某電廠#2機(jī)汽機(jī)子系統(tǒng)I/O模件故障跳閘原因分析及防范措施

摘要：針對(duì)某電廠#2機(jī)I/O模件故障引起機(jī)組跳閘的原因進(jìn)行了分析，對(duì)事件暴露出來的問題進(jìn)行了梳理，并就存在的隱患提出了防范措施，為后續(xù)的整改提出了指導(dǎo)建議。

關(guān)鍵詞：汽機(jī)；I/O模件；跳閘；防范措施

中圖分類號(hào)：TM621.7" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）03-0017-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.03.005

0" " 引言

某電廠#2機(jī)為600 MW超臨界機(jī)組，其中DCS系統(tǒng)采用ABB公司生產(chǎn)的Symphony分散控制系統(tǒng)。該機(jī)組2005年基建投入生產(chǎn)使用，2007年6月投入生產(chǎn)運(yùn)行，I/O模件已超過15年使用年限。隨著運(yùn)行年限的增加，Symphony分散控制系統(tǒng)主控制器、網(wǎng)絡(luò)控制器、伺服卡及電源模塊出現(xiàn)故障率高、備件停產(chǎn)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高等問題，因此在檢修中開展了主模件的升級(jí)改造。而輸入/輸出I/O子模件等由于之前故障較少、備件充足等原因未進(jìn)行升級(jí)，因此所有I/O子模件并未更換。本文針對(duì)該廠#2機(jī)組汽機(jī)子系統(tǒng)I/O模件故障跳閘事件經(jīng)過及原因進(jìn)行了分析，對(duì)ABB系統(tǒng)子模件老化存在的隱患提出了整改建議和防范措施，以確保機(jī)組安全運(yùn)行。

1" " 事件經(jīng)過

2020年12月31日，#2機(jī)組負(fù)荷582 MW，A、B汽泵運(yùn)行，A、C、D、E、F制粉系統(tǒng)運(yùn)行，各主要系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行正常，機(jī)組重要參數(shù)監(jiān)視正常。

21：44，#2機(jī)組負(fù)荷582 MW，DCS控制系統(tǒng)汽機(jī)子系統(tǒng)24號(hào)模件柜M24-04-03數(shù)字量輸出子模件（此模件第8通道為“高壓排汽口金屬溫度過高”送至ETS汽機(jī)跳閘信號(hào)）故障報(bào)警，#2機(jī)組汽機(jī)保護(hù)動(dòng)作跳閘，鍋爐MFT聯(lián)鎖動(dòng)作，發(fā)電機(jī)解列。檢查鍋爐MFT跳閘首出為汽機(jī)跳閘，查詢SOE記錄，ETS跳閘首出為“高壓排汽口金屬溫度過高”。運(yùn)行當(dāng)值立即按照發(fā)電機(jī)解列，汽輪機(jī)跳閘，鍋爐MFT故障停機(jī)操作檢查處理，匯報(bào)運(yùn)行部部長(zhǎng)和中調(diào)。

21：51，運(yùn)行通知熱控值班人員立即檢查汽機(jī)跳閘原因，熱控人員檢查發(fā)現(xiàn)操作員站畫面上出現(xiàn)DSO卡件故障報(bào)警，對(duì)卡件進(jìn)行檢查后，確認(rèn)DSO卡件報(bào)警損壞，需要申請(qǐng)更換故障卡件。

機(jī)組跳閘后高低旁聯(lián)鎖全開，高旁減溫水調(diào)閥聯(lián)鎖全開，運(yùn)行盤面檢查發(fā)現(xiàn)主汽及再熱蒸汽系統(tǒng)多個(gè)疏水氣動(dòng)門變粉紫色，其中包括高排逆止閥前后疏水氣動(dòng)門，就地檢查確認(rèn)疏水門未開，通知汽機(jī)、熱控人員配合打開。

22：24，盤面變粉紫色的疏水氣動(dòng)門均恢復(fù)正常顯示狀態(tài)，檢查所有疏水氣動(dòng)門已打開。

22：45，熱控專業(yè)完成#2機(jī)組模件柜DSO子模件更換，告知運(yùn)行當(dāng)值卡件已處理好。運(yùn)行當(dāng)值立即按照故障停機(jī)操作處理，并做好啟動(dòng)準(zhǔn)備工作。

23：06，#2機(jī)組汽機(jī)轉(zhuǎn)速到0，盤車自啟正常，惰走時(shí)間81 min，盤車電流14.5 A，偏心22.1 μm。

2021年1月5日14：50，#2爐點(diǎn)火成功。

2021年1月6日00：33，#2機(jī)并網(wǎng)。

2" " 檢查情況及原因分析

檢查#2機(jī)組DCS控制系統(tǒng)汽機(jī)子系統(tǒng)24號(hào)模件柜M24-04-03卡件發(fā)現(xiàn)，該故障卡件為ABB系統(tǒng)數(shù)字量輸出卡件DSO14，版本序列號(hào)信息為SCJFE04578（圖1），系2006年5月印度產(chǎn)的卡件，截至2020年12月31日，該M24-04-03數(shù)字量輸出卡件DSO14運(yùn)行已近15年，且該卡件未發(fā)生過故障。通過查詢#1～#4機(jī)組DCS系統(tǒng)卡件故障記錄得知，數(shù)字量輸出子模件DSO14卡件故障率較低，2020年未發(fā)生此類型故障。

M24-04-03模件共有16通道DO輸出，實(shí)際使用包含高壓缸過熱汽母管疏水門打開指令、高壓缸A側(cè)主汽門前疏水門打開指令等共14通道，其中第8通道為“高壓排汽口金屬溫度過高”送至ETS汽機(jī)跳閘信號(hào)。

“高壓排汽口金屬溫度過高”送至ETS汽機(jī)跳閘信號(hào)由DCS系統(tǒng)對(duì)6個(gè)高壓排汽口金屬溫度進(jìn)行綜合判斷，該信號(hào)控制邏輯判斷為：任一高壓缸排汽溫度高高（≥420 ℃）且其他高壓缸排汽溫度高報(bào)警（≥400 ℃）時(shí)，高壓排汽口金屬溫度過高跳閘汽機(jī)，經(jīng)M24-04-03模件第8通道DO輸出送至ETS系統(tǒng)，進(jìn)行汽輪機(jī)保護(hù)跳閘，鍋爐MFT聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作，在ETS系統(tǒng)及DCS系統(tǒng)輸出均為單點(diǎn)保護(hù)信號(hào)[1]。

事件發(fā)生后，邀請(qǐng)DCS廠家北京ABB控制有限公司專家于2021年1月1日來廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析，通過對(duì)故障數(shù)字量輸出子模件現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)故障卡件外觀檢查無明顯故障，地址撥碼開關(guān)設(shè)置和邏輯配置地址一致，正常地址開關(guān)設(shè)置為00010010（該地址為：24+21=16+2=18）。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量地址開關(guān)實(shí)際狀態(tài)，地址撥碼開關(guān)異常，發(fā)現(xiàn)最右側(cè)的一位地址開關(guān)阻值為109.1 kΩ（圖2），即等于最右側(cè)的地址開關(guān)也變成了1，所以此模件的地址已經(jīng)變?yōu)椋?4+21+20=16+2+1=

19（表1）。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析，初步判斷為模件使用年限較長(zhǎng)，元件老化導(dǎo)致M24-04-03位置的DSO模件（地址18）地址開關(guān)異常，使此模件與左側(cè)的DSO模件（地址19）地址重復(fù)，產(chǎn)生地址沖突，使得M24-04-03位置的DSO模件的輸出和左側(cè)DSO模件輸出一致，通道8（高壓排汽口金屬溫度過高）信號(hào)錯(cuò)誤輸出邏輯1。故障模件已發(fā)回ABB公司，以便進(jìn)一步分析詳細(xì)情況。

如果在同一控制下存在兩塊地址一樣的模件，會(huì)使模件尋址出現(xiàn)故障，導(dǎo)致錯(cuò)誤通信。將故障模件重復(fù)插回原槽位實(shí)驗(yàn)，都看到相同的故障結(jié)果，確認(rèn)這塊模件地址開關(guān)故障，導(dǎo)致通信異常。

M24-04-03位置的DSO模件地址（18）開關(guān)異常，導(dǎo)致該DSO模件地址由18變?yōu)?9，使此模件與左側(cè)的DSO模件地址（19）重復(fù)，產(chǎn)生地址沖突，最終使得原模件通道錯(cuò)誤輸出。而剛好DSO模件地址19中的第8通道信號(hào)為“中壓聯(lián)合汽閥B疏水門打開”指令，該信號(hào)常為1，最終導(dǎo)致“高壓排汽口金屬溫度過高”也同步為1。

因此，經(jīng)綜合檢測(cè)分析判斷，#2機(jī)組DCS控制系統(tǒng)汽機(jī)子系統(tǒng)24號(hào)模件柜M24-04-03數(shù)字量輸出子模件發(fā)生故障，發(fā)出“高壓排汽口金屬溫度過高”至ETS觸發(fā)“高壓排汽口金屬溫度過高”條件，#2汽輪機(jī)跳閘。

3" " 暴露問題

1）通過故障模件出廠序列號(hào)查詢到，模件出廠日期為2006年，產(chǎn)地為印度。模件使用年限較長(zhǎng)，元件已產(chǎn)生老化現(xiàn)象，尤其是黑色地址開關(guān)容易出現(xiàn)故障，建議更新重要子模件或者對(duì)模件更換地址開關(guān)。

2）控制邏輯組態(tài)不完善，建議進(jìn)一步優(yōu)化，減少DSO模件通道指令常為1的輸出，盡量采用脈沖信號(hào)輸出。

3）#2機(jī)組DCS系統(tǒng)輸入/輸出子模件等由于之前故障較少、備件充足等原因未進(jìn)行升級(jí)，隨著機(jī)組服役時(shí)間增加，電子設(shè)備老化日漸嚴(yán)重，且存在輸出至重要系統(tǒng)的單信號(hào)保護(hù)誤動(dòng)作，給機(jī)組安全運(yùn)行帶來了隱患。

4）#2機(jī)組ETS系統(tǒng)設(shè)備已日漸老化，且系統(tǒng)設(shè)置存在較多的單點(diǎn)信號(hào)輸入進(jìn)行機(jī)組保護(hù)跳閘的情況。其中高壓排汽口金屬溫度過高、發(fā)電機(jī)定子冷卻水出口溫度過高、發(fā)電機(jī)遮斷、高中壓缸脹差、低壓缸脹差等信號(hào)均為經(jīng)過邏輯綜合判斷后單信號(hào)輸入ETS系統(tǒng)作為機(jī)組跳閘信號(hào)，給機(jī)組安全運(yùn)行帶來了隱患[2]。

4" " 防范措施

1）更換#2機(jī)組DCS控制系統(tǒng)汽機(jī)子系統(tǒng)24號(hào)模件柜M24-04-03數(shù)字量輸出子模件，并對(duì)控制回路進(jìn)行檢查。

2）邀請(qǐng)DCS廠家北京ABB控制有限公司專家來廠對(duì)故障數(shù)字量輸出子模件進(jìn)行檢測(cè)，分析模件故障的原因，組織排查#1～#4機(jī)組所有類似的模件。

3）對(duì)DCS系統(tǒng)送至ETS系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行排查梳理，重新分配通道，減少安全風(fēng)險(xiǎn)。

4）對(duì)DCS系統(tǒng)送至ETS系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行排查梳理，形成清冊(cè)，列入檢修計(jì)劃，對(duì)包括卡件、端子板、電纜等在內(nèi)的整個(gè)回路進(jìn)行檢查測(cè)試。

5）針對(duì)ETS系統(tǒng)的單點(diǎn)保護(hù)情況進(jìn)行排查，開展系統(tǒng)升級(jí)、保護(hù)完善的可行性研究。利用#1、#2機(jī)組通流改造項(xiàng)目機(jī)會(huì)對(duì)ETS系統(tǒng)進(jìn)行改造，針對(duì)DCS到ETS的跳機(jī)輸出信號(hào)，建議在ETS側(cè)增加3取2功能，避免誤動(dòng)和拒動(dòng)，提高ETS系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作可靠性。

5" " 結(jié)束語

本文針對(duì)某電廠#2機(jī)組汽機(jī)子系統(tǒng)I/O模件故障引起機(jī)組跳閘的情況，通過查找事件原因，對(duì)DSO模件的撥碼開關(guān)進(jìn)行測(cè)試，最終發(fā)現(xiàn)I/O子模件的撥碼開關(guān)故障導(dǎo)致地址沖突，使“高壓排汽口金屬溫度過高”通道信號(hào)誤發(fā)為1，最終造成機(jī)組異常跳閘。通過對(duì)機(jī)組跳閘事件原因進(jìn)行分析，針對(duì)事故中暴露出的一些問題，提出了一系列防范措施，從而避免I/O模件故障導(dǎo)致機(jī)組異常跳閘事件重復(fù)發(fā)生。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 韓國(guó)強(qiáng).汽輪機(jī)側(cè)單點(diǎn)保護(hù)技術(shù)改造分析[J].河北電力技術(shù)，2013，32（增刊1）：46-49.

[2] 劉文豐，尋新，劉紅旭.火電機(jī)組主保護(hù)硬回路典型設(shè)計(jì)及可靠性淺析[J].熱力發(fā)電，2013，42（10）：16-20.

收稿日期：2024-10-24

作者簡(jiǎn)介：蔡樹杰（1985—），男，廣東潮州人，工程師，主要從事火電廠熱工控制及維護(hù)工作。

金晶（1983—），男，湖北鐘祥人，高級(jí)工程師，主要從事火電廠熱工控制及管理工作。