300MW 機(jī)組電跳機(jī)保護(hù)拒動(dòng)原因分析及解決方案

葉春明，李勇，孫道陽(yáng)，張國(guó)亮，姚從輝

（華能聊城熱電有限公司，山東聊城，252041）

0 前言

在300MW 火電機(jī)組中，電氣保護(hù)與熱工保護(hù)有比較復(fù)雜的聯(lián)系，有不同的聯(lián)鎖方式進(jìn)行跳閘，比如主汽門(mén)關(guān)閉后由熱工保護(hù)聯(lián)跳電氣設(shè)備，電氣方面也有發(fā)變組保護(hù)電跳機(jī)出口聯(lián)關(guān)主汽門(mén)功能，電氣保護(hù)裝置出口方式多且復(fù)雜，不易分辨出故障時(shí)刻是哪個(gè)保護(hù)出口聯(lián)關(guān)的主汽門(mén)，并且出口繼電器的時(shí)間也會(huì)根據(jù)不同的保護(hù)裝置而有較大差異，一旦設(shè)置不當(dāng)或者有設(shè)計(jì)性錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致主汽門(mén)不能及時(shí)關(guān)閉，可能造成汽輪機(jī)超速的事故發(fā)生。因此做好電氣保護(hù)與熱工保護(hù)之間的配合，并且進(jìn)行詳細(xì)的試驗(yàn)，確定動(dòng)作行為是否與設(shè)計(jì)一致，是避免事故發(fā)生的主要手段。

1 事件經(jīng)過(guò)

某火電廠發(fā)變組保護(hù)裝置配置為南瑞繼保公司生產(chǎn)的兩套PCS-985A 和一套PCS-974A 非電量保護(hù)裝置，發(fā)變組保護(hù)裝置A、B 柜屬于雙重化配置，配置PCS-985 裝置，C 柜配置一套PCS-974A裝置。A、B、C 三套保護(hù)裝置均配置了電氣設(shè)備跳閘后出口送至ETS 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)關(guān)主汽門(mén)的功能。其中發(fā)變組保護(hù)A、B 柜反應(yīng)的電氣故障多達(dá)二十余種，如“發(fā)變組差動(dòng)、發(fā)電機(jī)差動(dòng)、高廠變差動(dòng)”等等，均可聯(lián)關(guān)主汽門(mén)，C 柜也有數(shù)十種保護(hù)可以聯(lián)關(guān)主汽門(mén)。熱工專(zhuān)業(yè)進(jìn)行DCS 系統(tǒng)改造，ETS系統(tǒng)由PLC 獨(dú)立裝置改為DCS 廠家統(tǒng)一配置，實(shí)現(xiàn)DCS、ETS一體化，在改造結(jié)束進(jìn)行開(kāi)關(guān)傳動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，驗(yàn)證發(fā)變組保護(hù)C 柜中的“發(fā)電機(jī)斷水”保護(hù)啟動(dòng)電跳機(jī)出口、ETS 系統(tǒng)動(dòng)作關(guān)閉主汽門(mén)的功能，發(fā)現(xiàn)三次試驗(yàn)均未能將主汽門(mén)關(guān)閉，并且在ETS 控制邏輯中未檢測(cè)到該DI 量的變化，說(shuō)明“發(fā)電機(jī)斷水”保護(hù)動(dòng)作出口不能正常實(shí)現(xiàn)聯(lián)關(guān)主汽門(mén)的功能，一旦在事故情況下將會(huì)造成主汽門(mén)關(guān)閉不及時(shí)，導(dǎo)致汽輪機(jī)超速的事故發(fā)生。

2 原因分析及處理

為查明ETS 拒動(dòng)、主汽門(mén)不能關(guān)閉的原因，技術(shù)人員對(duì)發(fā)變組C 柜啟動(dòng)跳閘至ETS 系統(tǒng)DI 點(diǎn)以及經(jīng)邏輯運(yùn)算后的DO 點(diǎn)進(jìn)行了排查，跳閘邏輯圖如圖1 所示，該邏輯圖為發(fā)變組保護(hù)C 柜接收到非電量保護(hù)開(kāi)入量至主汽門(mén)關(guān)閉的整個(gè)流程。

圖1 發(fā)變組C 柜關(guān)主汽門(mén)邏輯圖

根據(jù)主汽門(mén)跳閘邏輯圖進(jìn)行排查，因ETS 系統(tǒng)關(guān)閉主汽門(mén)的邏輯有多個(gè)輸入通道，比如發(fā)變組A、B、C 柜主保護(hù)、DEH110%超速、潤(rùn)滑油壓低、手動(dòng)停機(jī)等多達(dá)十七個(gè)保護(hù)可以關(guān)閉主汽門(mén)，而在做其他試驗(yàn)時(shí)均可正確關(guān)閉主汽門(mén)，可以初步判斷ETS 系統(tǒng)邏輯以及出口回路是正常的，問(wèn)題只能發(fā)生在“發(fā)變組C 柜跳閘出口”至“熱工ETS 系統(tǒng)DI 板卡”前四個(gè)環(huán)節(jié)中，首先排查的是發(fā)變組保護(hù)C 柜跳閘出口是否發(fā)出跳閘脈沖。

該廠采用的發(fā)變組C 柜保護(hù)裝置為PCS-974A型保護(hù)裝置，該裝置可接受十六路非電量保護(hù)，前三路具有延時(shí)跳閘功能，可根據(jù)保護(hù)功能進(jìn)行時(shí)間設(shè)置，后十三路為直接跳閘功能，其區(qū)別在與前三路接收到開(kāi)入量之后，需要啟動(dòng)DSP 內(nèi)部邏輯運(yùn)算功能，再由重動(dòng)繼電器動(dòng)作啟動(dòng)跳閘出口，該出口只保持200ms(1)。非電量保護(hù)動(dòng)作原理圖如圖3-2 所示。例如當(dāng)“發(fā)電機(jī)斷水”保護(hù)啟動(dòng)后，外部開(kāi)入8ZD3 與8ZD7 之間的接點(diǎn)閉合，啟動(dòng)J2 繼電器，J2 繼電器動(dòng)作觸發(fā)光耦繼電器，再經(jīng)過(guò)DSP 邏輯運(yùn)算啟動(dòng)重動(dòng)繼電器YJ2，該YJ2 繼電由程序設(shè)定只保持200ms 的脈沖，并由YJ2 繼電器啟動(dòng)跳閘矩陣將TJ1、TJ2、TJ3、TJ4 出口繼電器啟動(dòng)，外經(jīng)保護(hù)出口經(jīng)壓板去各設(shè)備的跳閘回路，例如電跳機(jī)的接點(diǎn)是由圖2 中TJ3-1 接點(diǎn)閉合導(dǎo)通8CD9、8CD45 實(shí)現(xiàn)的。

為了測(cè)試發(fā)變組保護(hù)C 柜跳閘出口是否動(dòng)作及脈沖時(shí)間，將TJ3-1 接點(diǎn)連接測(cè)試電纜敷設(shè)至故障錄波器開(kāi)關(guān)量采集端子，模擬“發(fā)電機(jī)斷水”保護(hù)啟動(dòng)跳閘出口接點(diǎn)，經(jīng)過(guò)四次試驗(yàn)，故障錄波器實(shí)測(cè)動(dòng)作時(shí)間均為200±1ms，圖3 顯示為其中一次錄波器實(shí)測(cè)接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間為200.9ms，證明該接點(diǎn)在“發(fā)電機(jī)斷水”保護(hù)動(dòng)作后正確閉合，并且脈沖時(shí)間與說(shuō)明書(shū)一致，符合設(shè)計(jì)，可以排除發(fā)變組保護(hù)C 柜動(dòng)作后未出口的故障。

圖3 實(shí)測(cè)TJ3-1 動(dòng)作脈沖時(shí)間

下一步就是排查“熱工ETS 系統(tǒng)DI 板卡”是否能接受該接點(diǎn)，該接收點(diǎn)為ETS 系統(tǒng)DI 板卡K-DI11 的第十四路通道，經(jīng)過(guò)在發(fā)變組C 柜端子排8CD9、8CD45 處將外部接線進(jìn)行手動(dòng)短接，觀察通道隨短接試驗(yàn)發(fā)生了變位，可以排除接線錯(cuò)誤和ETS 系統(tǒng)DI 板卡故障的原因。經(jīng)過(guò)上述兩個(gè)試驗(yàn)，可以確定ETS 系統(tǒng)可以接受短接試驗(yàn)發(fā)過(guò)來(lái)的脈沖，但是收不到發(fā)變組C 柜發(fā)出的跳閘脈沖，其區(qū)別就是短接試驗(yàn)的脈沖是人為短接，脈沖時(shí)間長(zhǎng)，而發(fā)變組C 柜發(fā)出的跳閘脈沖只有200ms，時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于短接試驗(yàn)的時(shí)間，問(wèn)題就在這個(gè)跳閘脈沖時(shí)間上。

經(jīng)過(guò)對(duì)熱工ETS 系統(tǒng)板卡參數(shù)進(jìn)行檢查，該通道的濾波參數(shù)一項(xiàng)內(nèi)設(shè)置有“無(wú)通道濾波5ms”、“快速通道濾波200ms”和“慢速通道濾波2300ms”的選項(xiàng)，實(shí)際應(yīng)用中選取的是“快速通道濾波200ms”這一選項(xiàng)，查看該ETS 系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)可知該選項(xiàng)的作用是DI 點(diǎn)接收到200ms 之內(nèi)的脈寬信號(hào)后判定為無(wú)效接點(diǎn)，只有脈寬超過(guò)200ms 才會(huì)判定為有效脈沖(2)，該通道濾波參數(shù)設(shè)置的目的是防止DI 量誤動(dòng)或者接點(diǎn)抖動(dòng)導(dǎo)致設(shè)備誤動(dòng)的情況，經(jīng)過(guò)該延時(shí)可以有效防止干擾對(duì)設(shè)備的影響。因此發(fā)變組保護(hù)C 柜跳閘出口如果僅僅維持200ms 那將正好落在通道濾波時(shí)間判定點(diǎn)上，無(wú)法有效驅(qū)動(dòng)DI 點(diǎn)。

為了測(cè)試在該設(shè)置下跳閘脈沖持續(xù)多久可以讓ETS 系統(tǒng)判定接點(diǎn)有效，對(duì)其做了以下試驗(yàn)，因發(fā)變組保護(hù)C 柜用戶(hù)無(wú)法自行調(diào)整脈沖時(shí)間，所以利用發(fā)變組B 柜“發(fā)變組差動(dòng)跳閘”保護(hù)功能進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，該保護(hù)的脈沖時(shí)間可以設(shè)置為200ms 及以上，利用故障錄波器采樣的精確性可以記錄跳閘脈沖的時(shí)間，同時(shí)觀察ETS 系統(tǒng)是否接收到脈沖量，通過(guò)發(fā)出不同的脈沖時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)可以明確看出，在故障時(shí)長(zhǎng)小于70ms 及以下時(shí)，因保護(hù)裝置DSP 邏輯運(yùn)算固有時(shí)間，不同的故障時(shí)長(zhǎng)下跳閘脈沖時(shí)間一律為198±1ms，ETS 系統(tǒng)無(wú)法收到該脈沖；延長(zhǎng)故障時(shí)間在跳閘脈沖時(shí)間小于218ms 時(shí)，ETS 系統(tǒng)無(wú)法接收到有效脈沖，無(wú)法啟動(dòng)邏輯運(yùn)算關(guān)閉主汽門(mén)；只有當(dāng)脈沖時(shí)間超過(guò)218ms 時(shí)，ETS 系統(tǒng)才首次接收到該脈沖，繼而進(jìn)行內(nèi)部邏輯運(yùn)算，發(fā)出關(guān)閉主汽門(mén)命令。由此可以得出以下結(jié)論，當(dāng)把通道的濾波參數(shù)設(shè)置為“快速通道濾波200ms”時(shí)，ETS 系統(tǒng)只有接收到脈沖時(shí)間長(zhǎng)于218ms 及以上時(shí)，判定該DI 點(diǎn)為有效點(diǎn)，啟動(dòng)邏輯運(yùn)算并發(fā)出關(guān)主汽門(mén)命令。當(dāng)把濾波參數(shù)設(shè)置為“無(wú)通道濾波5ms”之后再進(jìn)行該試驗(yàn)，可以看到因該設(shè)置的改變，ETS 系統(tǒng)接收有效脈沖時(shí)間也發(fā)生了變化，在198ms的脈沖下即可判定為有效脈沖，系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行邏輯運(yùn)算。

經(jīng)過(guò)上述工作，基本原因已經(jīng)確定，就是發(fā)變組C 柜跳閘脈沖時(shí)間與ETS 系統(tǒng)DI 板卡的濾波參數(shù)設(shè)置不匹配，導(dǎo)致在該濾波時(shí)間內(nèi)無(wú)法判定該跳閘接點(diǎn)的有效性。處理方式有兩種，一種是將ETS 系統(tǒng)通道的濾波時(shí)間設(shè)置為“無(wú)通道濾波5ms”，在低于200ms 的脈沖下可靠動(dòng)作；另一種是加長(zhǎng)發(fā)變組C 柜跳閘脈沖時(shí)間，該設(shè)置用戶(hù)無(wú)法自行修改，經(jīng)與廠家進(jìn)行溝通，可以根據(jù)該情況進(jìn)行程序修改，將發(fā)變組C 柜具有延時(shí)功能的非電量跳閘脈沖由200ms 調(diào)整為300ms，并將修改完的程序進(jìn)行了入網(wǎng)測(cè)試，取得入網(wǎng)許可后進(jìn)行了相應(yīng)修改，經(jīng)試驗(yàn)確定可以正常啟動(dòng)ETS 跳閘功能。因發(fā)變組保護(hù)A、B 柜亦有與ETS 系統(tǒng)配合的跳閘出口，根據(jù)實(shí)測(cè)時(shí)間將A、B柜的延時(shí)脈沖由140ms 改為240ms，確保在最快速的保護(hù)功能下（差動(dòng)保護(hù)）仍能可靠觸發(fā)ETS 系統(tǒng)。

3 結(jié)論

本文分析了一起傳動(dòng)試驗(yàn)中主汽門(mén)拒動(dòng)的事件，通過(guò)事件分析，發(fā)現(xiàn)了該異常事件的原因，并提出了解決問(wèn)題的方法：修改熱工ETS 系統(tǒng)的通道濾波參數(shù)或者修改發(fā)變組保護(hù)裝置跳閘脈沖時(shí)間，使其在時(shí)間上能夠滿足配合要求；本機(jī)組采取的修改發(fā)變組保護(hù)裝置內(nèi)核程序，延長(zhǎng)跳閘脈沖時(shí)間，該解決方案在同類(lèi)型機(jī)組中具有一定的推廣意義。雖然本次事件沒(méi)有造成設(shè)備損壞，但也給我們敲響了警鐘，首先針對(duì)開(kāi)關(guān)傳動(dòng)試驗(yàn)要做細(xì)致，投入的保護(hù)功能要與動(dòng)作行為一致方可認(rèn)為試驗(yàn)正確，而不能只看動(dòng)作結(jié)果；其次需要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的學(xué)習(xí)，特別是異常狀況下設(shè)備的特性，只有全面掌握了設(shè)備特性，才能與其他設(shè)備正確配合，做到不拒動(dòng)不誤動(dòng)。