電泵聯(lián)鎖啟動(dòng)過(guò)程中快切動(dòng)作分析及處理

葉朋珍，李建河，汪廣玲，楊文生

(皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽銅陵244012)

快切裝置的主要作用是充分利用異步電動(dòng)機(jī)的殘壓，在工作電源斷開(kāi)后，滿足角差和壓差情況下迅速將備用電源投入，確保大容量異步電動(dòng)機(jī)在重啟動(dòng)過(guò)程中不受強(qiáng)大的電氣和機(jī)械沖擊［1－3］。為此，本文結(jié)合某廠2011年快切裝置經(jīng)過(guò)技改后投入生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)發(fā)生的3次跳機(jī)事件，分析其產(chǎn)生事件的原因，并給出處理建議。

1 事件經(jīng)過(guò)

某廠3號(hào)機(jī)組的6 kV廠用電系統(tǒng)對(duì)稱分段運(yùn)行，A側(cè)分為01A、IIIA段，B側(cè)分為01B、IIIB段，400 V工作段和保安段分為A、B段從6 kV A、B側(cè)供電，如圖1所示。一臺(tái)最大5500 kW的電泵在6 kV IIIA段。廠用電系統(tǒng)均進(jìn)行過(guò)工作電源及備用電源母線電壓校驗(yàn)，確保了單臺(tái)最大電機(jī)啟動(dòng)和電機(jī)群自啟動(dòng)。6 kV系統(tǒng)設(shè)置A、B兩段快切，兩段快切分別在開(kāi)關(guān)6301和6701、6302和6702之間實(shí)現(xiàn)。

圖1 廠用電接線Fig.1 Auxiliary power wiring

2011年該機(jī)組快切裝置經(jīng)過(guò)技改后，于當(dāng)年10月份投入運(yùn)行。2011－11－14，3號(hào)發(fā)電機(jī)由于出口PT一相爆炸，導(dǎo)致發(fā)變組定子接地保護(hù)動(dòng)作，啟動(dòng)快切動(dòng)作，廠用電切換正常，如圖2所示。2013－01－23，由于脫硫C漿液循環(huán)泵膨脹節(jié)脫落，導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)跳閘，鍋爐 MFT，快切動(dòng)作成功，但是400 V部分A側(cè)輔機(jī)跳閘，如3所示。2013－07－18，增壓風(fēng)機(jī)底腳螺栓拉斷，導(dǎo)致鍋爐系統(tǒng)擾動(dòng)，汽包水位高保護(hù)動(dòng)作，鍋爐MFT，快切動(dòng)作成功，同樣也發(fā)生400 V部分A側(cè)輔機(jī)跳閘，如圖4所示。

圖2 2011－11－14快切圖形Fig.2 2011－11－14Fast cutting waveform

圖3 2013－01－23快切圖形Fig.3 2013－1－23 Fast cutting waveform

圖4 2013－07－18快切圖形Fig.4 2013－7－18 Fast cutting waveform

從這3次的數(shù)據(jù)和波形看，在快切過(guò)程中，6 kV IIIA段電壓發(fā)生了下降;A、B段同時(shí)切換，只有A側(cè)發(fā)生了電壓降低引起400 V輔機(jī)跳閘;兩次400 V輔機(jī)跳閘的臺(tái)數(shù)和名稱各不相同。

為了進(jìn)一步查找快切動(dòng)作過(guò)程中400 V輔機(jī)跳閘的原因，于2013－08－22，機(jī)組停機(jī)過(guò)程中，在低負(fù)荷狀態(tài)下將電泵先啟動(dòng)，鍋爐手動(dòng)觸發(fā)MFT，快切保護(hù)動(dòng)作正常，400 V輔機(jī)無(wú)跳閘，如圖5所示。

圖5 2013－08－22快切圖形Fig.5 2013－8－22 Fast cutting waveform

表1 快切數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.1 Fast cutting data contrast

在圖2—圖5中，Uma為電壓、fm為頻率、df為頻差、dq為角差，Uma、Umb、Umc分別為母線電壓，Ugz、Uby分別為工作電源電壓和備用電源電壓。

這4次快切數(shù)據(jù)如表1所示。表中，1DL為工作電源進(jìn)線6301開(kāi)關(guān)，2DL為備用電源進(jìn)線6701開(kāi)關(guān)。

2 原因分析

在最初分析6 kV電壓下降的原因中，考慮到是否會(huì)由于變頻器節(jié)能改造后，在快切過(guò)程中使失電過(guò)程中的電機(jī)合成反饋電壓(殘壓)下降。而且在與快切廠家進(jìn)行溝通過(guò)程中，也曾提出發(fā)生過(guò)變頻器改造導(dǎo)致的快切中電壓下降太低情況。但后來(lái)綜合考慮到6 kV B側(cè)也是進(jìn)行過(guò)同樣對(duì)稱的負(fù)荷變頻改造，快切卻每次均切換正常，故排除了變頻器改造的影響。

從2013－08－22快切試驗(yàn)的成功，說(shuō)明快切裝置、控制測(cè)量等二次回路均不存在問(wèn)題。此試驗(yàn)也進(jìn)一步印證了快切過(guò)程中，沒(méi)有電泵在此過(guò)程中啟動(dòng)(此次先啟動(dòng)電泵)，快切最終導(dǎo)致6 kV最低電壓只下降了7.0%左右。

綜合對(duì)電氣系統(tǒng)、運(yùn)行方式、跳閘邏輯、4次跳閘中的數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析，2次鍋爐MFT跳閘中，快切啟動(dòng)時(shí)的6 kV電壓均已經(jīng)有了約6%的電壓下降，也就是說(shuō)，在啟動(dòng)時(shí)，已經(jīng)有導(dǎo)致6 kV電壓下降的因素產(chǎn)生?？烨兄皇歉徊郊哟罅? kV電壓的下降程度。所以，在機(jī)組跳閘前，導(dǎo)致6 kV母線電壓下降的唯一因素就是電泵的聯(lián)鎖啟動(dòng)。

從電氣類型故障與非電氣類型故障(鍋爐MFT)相比較來(lái)看，由于跳閘邏輯不同，快切與電泵啟動(dòng)時(shí)間配合不同，最終導(dǎo)致了這幾次快切不同結(jié)果。

400 V輔機(jī)跳閘原因，從圖3、圖4數(shù)據(jù)可以看出，切換完成后，6 kV母線電壓下降近60% ～70%，而接觸器釋放和完全斷開(kāi)的極限值是其額定控制電源電壓Us的20% ～75%(交流)。所以可以判斷400 V輔機(jī)的控制回路接觸器返回是導(dǎo)致輔機(jī)跳閘的原因;接觸器釋放電壓范圍較寬，接觸器釋放性能各不相同，是導(dǎo)致輔機(jī)跳閘臺(tái)數(shù)和名稱不一樣的原因。

2.1 時(shí)間配合分析

2.1.1 電氣類故障邏輯動(dòng)作時(shí)間分析

電氣類故障跳閘邏輯如圖6所示。

圖6 電氣類故障跳閘邏輯Fig.6 Electrical fault tripping logic

電氣故障后，發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作，立即啟動(dòng)快切，快切發(fā)指令斷開(kāi)工作電源1DL，合上備用電源2DL。從快切動(dòng)作時(shí)間看，由于快切本身動(dòng)作時(shí)間很快，根據(jù)快切說(shuō)明書約12 ms，開(kāi)關(guān)分、合閘時(shí)間約80 ms左右?？紤]到此過(guò)程發(fā)變組出口啟動(dòng)、快切動(dòng)作、開(kāi)關(guān)分合閘，此過(guò)程時(shí)間按92 ms左右計(jì)算。同時(shí)，發(fā)變組發(fā)關(guān)主汽門信號(hào)至熱工ETS，熱工ETS發(fā)出跳閘指令，危急遮斷電磁閥AST打開(kāi)，EH油泄壓，主汽門關(guān)閉。根據(jù)《汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗(yàn)導(dǎo)則(DL－T711－1999)》中，關(guān)于汽門總關(guān)閉時(shí)間，對(duì)額定功率在200～600 MW的機(jī)組，調(diào)節(jié)汽閥的關(guān)閉時(shí)間應(yīng)小于0.4 s，主汽閥的關(guān)閉時(shí)間應(yīng)小于0.3 s。主汽門關(guān)閉后，發(fā)信號(hào)至DCS，啟動(dòng)爐MFT，爐MFT邏輯聯(lián)鎖小汽輪機(jī)跳閘，小機(jī)跳閘聯(lián)鎖啟動(dòng)電動(dòng)給水泵，參考《汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗(yàn)導(dǎo)則》，小機(jī)跳閘時(shí)間按1.0 s計(jì)算。電動(dòng)給水泵開(kāi)關(guān)合閘時(shí)間約60 ms，故從發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作至電泵啟動(dòng)至少需要時(shí)間約1460 ms。

2.1.2 非電氣類故障跳閘邏輯動(dòng)作時(shí)間分析

非電氣類故障跳閘邏輯如圖7所示。

圖7 非電氣類故障跳閘邏輯Fig.7 Non electrical fault tripping logic

正常情況下，非電氣類故障均應(yīng)通過(guò)程序逆功率保護(hù)動(dòng)作，切換廠用電。但是實(shí)際上由于3號(hào)汽輪機(jī)組主汽門關(guān)閉不嚴(yán)，無(wú)法逆功率，最后都是通過(guò)熱工保護(hù)聯(lián)鎖跳汽輪發(fā)電機(jī)的。

鍋爐MFT至主汽門關(guān)閉，按照應(yīng)小于0.4 s計(jì)算，啟動(dòng)發(fā)變組保護(hù)中的熱工保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)過(guò)1.1 s延時(shí)，啟動(dòng)快切，快切動(dòng)作時(shí)間約80 ms，故從MFT到廠用電快速切換需要約1592 ms的動(dòng)作時(shí)間。

電泵空載啟動(dòng)錄波圖形如圖8所示。

圖8 電泵空載啟動(dòng)錄波Fig.8 Electric pumps no－load start wave record

從圖8可以看出，電泵帯載啟動(dòng)成功至少需要6～8 s，故在電泵啟動(dòng)了0.5 s左右發(fā)生了快切動(dòng)作，引起6 kV母線電壓降低。

2.2 400 V低壓輔機(jī)跳閘分析

400 V低壓輔機(jī)控制回路如圖9所示。

根據(jù)《GB14048.4－2010低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第4－1部分》，單獨(dú)使用或裝在起動(dòng)器中使用的電磁式接觸器，在其額定控制電源電壓 Us的85% ～110%之間任何值應(yīng)可靠地閉合;接觸器釋放和完全斷開(kāi)的極限值是其額定控制電源電壓Us的20% ～75%(交流)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn):220 V交流接觸器返回電壓是額定電壓的20% ～75%，各類型號(hào)的接觸器均有不同的返回區(qū)間，在返回區(qū)間內(nèi)，接觸器處于不確定狀態(tài)。在某一返回值，接觸器處于抖動(dòng)狀態(tài)，再繼續(xù)進(jìn)行電壓降低或失壓一定時(shí)間后，接觸器返回;若增加電壓(或恢復(fù)電壓)，接觸器吸合。由此，驗(yàn)證了220 V交流接觸器返回性能各不相同。

圖9 400 V低壓輔機(jī)控制回路Fig.9 400 V auxiliary control circuit

經(jīng)分析，2013－01－23快切和2013－07－18快切導(dǎo)致的輔機(jī)跳閘不同結(jié)果，主要是由于輔機(jī)控制回路接觸器的釋放等性能不同所致。

3 處理措施［4－8］

1)修改電泵聯(lián)鎖邏輯，分別考慮電泵啟動(dòng)延時(shí)。分兩種邏輯，汽泵跳閘與主汽門關(guān)閉延時(shí)起電泵;汽泵跳閘與不關(guān)主汽門(或發(fā)變組保護(hù)不動(dòng)作)立即啟動(dòng)電泵。

2)修改發(fā)變組保護(hù)定值，將熱工保護(hù)定值延時(shí)解列滅磁改為無(wú)延時(shí)切換廠用電。然后通過(guò)程序逆功率動(dòng)作，跳發(fā)變組系統(tǒng)(由于主汽門關(guān)閉不嚴(yán)，可以考慮抬高逆功率保護(hù)定值，保證程序逆功率能動(dòng)作)。

3)改變運(yùn)行方式，將重要輔機(jī)換至B側(cè)運(yùn)行。由于A、B側(cè)均為對(duì)稱布置，保證了完整冗余和可靠備用。

4)將接觸器改為自保持型的交流接觸器。由于保持型的交流接觸器在失電情況下仍然保持合閘，不利于各類檢修及安措的執(zhí)行。因此，該方案適合于電源進(jìn)線或長(zhǎng)時(shí)間無(wú)啟停的設(shè)備。

4 結(jié)語(yǔ)

從大量的歷史事件和各類型電廠發(fā)生的快切事故來(lái)看，快切誤動(dòng)和快切失敗的事故發(fā)生頻率頗高，但大部分是由于設(shè)計(jì)、開(kāi)關(guān)接點(diǎn)、二次回路、快切裝置故障等問(wèn)題所致。所以，只有對(duì)機(jī)電聯(lián)鎖邏輯、發(fā)變組保護(hù)定值、快切動(dòng)作數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運(yùn)行方式等進(jìn)行深入分析，才能徹底解決此類問(wèn)題。

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