賀治國(guó)

(國(guó)電電力大同發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 大同 037043)

600 MW機(jī)組爐膛總風(fēng)量低保護(hù)誤動(dòng)作分析及改進(jìn)

賀治國(guó)

(國(guó)電電力大同發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 大同 037043)

介紹了一起爐膛總風(fēng)量低保護(hù)觸發(fā)MFT保護(hù)動(dòng)作的事故。根據(jù)ABB Symphony系統(tǒng)的控制柜電源結(jié)構(gòu)以及PFI信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理與作用，分析了爐膛總風(fēng)量低保護(hù)誤動(dòng)作的原因，并提出了針對(duì)性的整改措施，對(duì)該系統(tǒng)控制柜的電源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以避免同類(lèi)事故的發(fā)生。

總風(fēng)量低保護(hù)；控制柜電源；PFI信號(hào)；PFI電壓

0 引言

某公司7號(hào)機(jī)組是我國(guó)首臺(tái)采用直接空冷的600 MW機(jī)組。其鍋爐為DG2026/17.35Ⅱ型亞臨界、自然循環(huán)、一次中間再熱、固態(tài)排渣汽包爐。DCS(分布式控制系統(tǒng))采用ABB Symphony系統(tǒng)。爐側(cè)風(fēng)量取樣裝置為機(jī)翼式，風(fēng)量變送器型號(hào)為EJA110A差壓變送器。其中，6臺(tái)磨煤機(jī)的一、二次風(fēng)量與燃燼風(fēng)量模擬量信號(hào)都送入MCS02機(jī)柜，然后在MCS02機(jī)柜的控制器中將以上風(fēng)量求和后得出爐膛總風(fēng)量，并判斷低限值(小于460 t/ h)，得出3個(gè)開(kāi)關(guān)量DI(數(shù)字量輸入)信號(hào)，再通過(guò)3個(gè)獨(dú)立的模件輸出3個(gè)開(kāi)關(guān)量DO(數(shù)字量輸出)信號(hào)，送入FSSS(鍋爐爐膛安全監(jiān)控)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)“三取二”邏輯判斷后作為MFT(主燃料跳閘)保護(hù)跳閘條件之一。

1 事故概況

2012-05-07T03:09，7號(hào)機(jī)組DCS畫(huà)面顯示鍋爐總風(fēng)量從1 900 t/h突降至140 t/h，鍋爐總風(fēng)量低保護(hù)觸發(fā)MFT保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組負(fù)荷由394 MW降為0，7號(hào)機(jī)組跳閘。

03:20，在運(yùn)行人員啟動(dòng)A磨煤機(jī)時(shí)，鍋爐重新點(diǎn)火。

03:40，鍋爐總風(fēng)量低保護(hù)再次觸發(fā)MFT保護(hù)動(dòng)作，此時(shí)DCS畫(huà)面顯示鍋爐總風(fēng)量從929 t/h突變?yōu)?。在更換MCS02機(jī)柜的電源模塊和模件后，經(jīng)運(yùn)行值長(zhǎng)同意，將鍋爐總風(fēng)量低保護(hù)退出。

03:54，啟動(dòng)B磨煤機(jī)，鍋爐再次重新點(diǎn)火。

06:24，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，機(jī)組正常發(fā)電運(yùn)行。

2 事故分析

首次MFT動(dòng)作后，對(duì)鍋爐風(fēng)量測(cè)點(diǎn)回路進(jìn)行檢查，確定回路正常，初步推測(cè)MFT動(dòng)作的原因是風(fēng)量信號(hào)被干擾。

第2次MFT動(dòng)作時(shí)，鍋爐側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)的各風(fēng)量參數(shù)大部分離線，經(jīng)檢查離線的參數(shù)都在MCS02機(jī)柜。進(jìn)一步觀察MCS02機(jī)柜，發(fā)現(xiàn)該機(jī)柜模件均報(bào)警，40 s后大部分模件報(bào)警消失，狀態(tài)恢復(fù)正常，但主備控制器的狀態(tài)燈仍報(bào)警。重新啟動(dòng)備用控制器，主備控制器的報(bào)警消失，狀態(tài)恢復(fù)正常。因此，判斷MCS02機(jī)柜參數(shù)離線(即脫網(wǎng))是造成MFT動(dòng)作的直接原因。為了進(jìn)一步找出MCS02機(jī)柜離線的根本原因，進(jìn)行了以下分析和試驗(yàn)。

(1) 通信故障分析。該機(jī)組DCS通信為雙環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通信線纜為同軸電纜，通信模件冗余配置，通信協(xié)議為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，所有節(jié)點(diǎn)的地位是平等的。單獨(dú)1塊通信模件異常不會(huì)導(dǎo)致MCS02機(jī)柜脫網(wǎng)，2個(gè)通信模件同時(shí)異常也不會(huì)導(dǎo)致信號(hào)誤發(fā)，主備通信模件狀態(tài)燈在事故發(fā)生40 s后都恢復(fù)正常，因此通信故障不是造成MFT動(dòng)作的原因。

(2) 硬件試驗(yàn)。第2次MFT動(dòng)作后，逐一檢查了MCS02機(jī)柜主備控制器和I/O模件外觀，無(wú)積灰無(wú)燒損。事故發(fā)生40 s后，大部分模件恢復(fù)正常，但主備控制器仍報(bào)警，重新啟動(dòng)備用控制器后報(bào)警消失，據(jù)此判斷柜內(nèi)主備控制器和I/O模件應(yīng)無(wú)問(wèn)題。為了排除硬件可能存在的不確定因素和降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，更換了1對(duì)同型號(hào)的控制器。將替換下來(lái)的控制器送廠家檢測(cè)，判斷均無(wú)故障。主備控制器報(bào)警是因?yàn)橹匦聠?dòng)導(dǎo)致相互沖突，因此MFT動(dòng)作不是由控制器和I/O模件引起的。

(3) 軟件組態(tài)分析。比較上傳邏輯組態(tài)與備份組態(tài)，結(jié)果完全一致，且該MFT保護(hù)的組態(tài)自2005年投產(chǎn)以來(lái)從未更改，因此排除軟件組態(tài)錯(cuò)誤引起MFT動(dòng)作的可能。

(4) 電源系統(tǒng)試驗(yàn)與DCS變位數(shù)據(jù)分析。在鍋爐第2次點(diǎn)火前，熱控專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員將2塊電源模塊拆下后檢測(cè)各輸出電壓值，均合格。但從事故發(fā)生時(shí)DCS變位數(shù)據(jù)及曲線記錄中，發(fā)現(xiàn)MCS02機(jī)柜所有開(kāi)關(guān)量同時(shí)由1突變?yōu)?，模擬量數(shù)值突變?yōu)?，總風(fēng)量判斷小于460 t/h。由此斷定該起事故原因是MCS02機(jī)柜所有信號(hào)突變，導(dǎo)致總風(fēng)量信號(hào)都低于定值而觸發(fā)MFT動(dòng)作。

3 根本原因

ABB Symphony系統(tǒng)的控制柜電源采用母線排供電方式，如圖1所示。母線排包括+5 V、±15 V、COM(即0電壓)以及PFI電壓排，為控制柜內(nèi)各層控制器和I/O模件提供相應(yīng)的工作電壓。母線排的各等級(jí)電壓來(lái)自2個(gè)電源模塊供電，且2個(gè)電源模塊各承擔(dān)50 %的用電負(fù)荷。同時(shí)該電源系統(tǒng)配有PFI(電源故障中斷信號(hào))檢測(cè)裝置，該裝置檢測(cè)母線排各組電壓，經(jīng)判斷后產(chǎn)生PFI電壓輸出至PFI母線排上，然后再引至各層控制器和模件，最終由各層控制器和I/O模件判斷出PFI信號(hào)是否存在。

圖1 ABB Symphony控制柜電源示意

當(dāng)PFI母線排電壓不在正常范圍(4.75-5.25 V)內(nèi)，PFI信號(hào)會(huì)強(qiáng)制控制器和I/O模件在電源完全失去前采取預(yù)防性和安全性的動(dòng)作，觸發(fā)停止控制器及I/O模件工作，防止控制器中的NVRAM(非易失性隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器)產(chǎn)生沖突數(shù)據(jù)，同時(shí)使輸出回0，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大而導(dǎo)致更大的損失；當(dāng)電壓恢復(fù)正常后，PFI信號(hào)消失，控制器及I/O模件重新啟動(dòng)運(yùn)行。第2次MFT動(dòng)作后，MCS02機(jī)柜控制器及I/O模件重新啟動(dòng)引起信號(hào)突變現(xiàn)象，即為PFI信號(hào)跳變所引起的。當(dāng)控制器及I/O模件重新啟動(dòng)時(shí)，控制器重新采集所有的模擬量信號(hào)，控制器中靠前的功能碼塊號(hào)先采集先判斷，沒(méi)有采集到的初值則為0；又因開(kāi)關(guān)量信號(hào)的采集與處理時(shí)間快于模擬量，進(jìn)而導(dǎo)致總風(fēng)量計(jì)算、判斷錯(cuò)誤，最終發(fā)出錯(cuò)誤的總風(fēng)量低信號(hào)觸發(fā)MFT動(dòng)作。

將PFI裝置送至ABB公司檢查，發(fā)現(xiàn)PFI裝置因使用年限較長(zhǎng)有性能下降的跡象。目前7號(hào)機(jī)組使用的新一代控制器和I/O模件工作電壓都是+5 V，而老一代控制器和模件的工作電壓是±15 V。因此，電源輸出的±15 V電壓處于開(kāi)路狀態(tài)，易受干擾，進(jìn)而使PFI裝置輸出電壓不穩(wěn)定，這是導(dǎo)致控制器計(jì)算、判斷風(fēng)量錯(cuò)誤的根本原因。

4 改進(jìn)措施

根據(jù)ABB公司的建議，屏蔽所有控制柜PFI裝置產(chǎn)生的PFI電壓，直接將+5 V電壓作為PFI母線電壓送入各層控制器及I/O模件。因此，將母線排上的+5 V電壓通過(guò)專(zhuān)用短接線短接至PFI電壓母線排上，并拆除了PFI裝置至PFI電壓母線排上的接線。改進(jìn)后，+5 V電壓即是PFI電壓，實(shí)現(xiàn)了送入各控制器及模件的PFI信號(hào)電壓就是其工作電壓，確保了PFI信號(hào)的可靠性。為了防止+5 V排與PFI電壓排單線短接而接觸不可靠，再增加1處短接，確保PFI電壓與+5 V電壓一致。

為了保證控制柜母線電壓的穩(wěn)定，首先更換了同型號(hào)新一代的電源模塊，保證由AC 220 V轉(zhuǎn)換出母線排的各類(lèi)直流電壓的穩(wěn)定；其次聯(lián)系電氣專(zhuān)業(yè)進(jìn)行外部供電電源切換試驗(yàn)，保證UPS電源和保安電源切換過(guò)程中不影響控制柜母線電壓的穩(wěn)定；最后熱控人員獨(dú)立進(jìn)行內(nèi)部配電柜電源切換試驗(yàn)以及控制柜電源切換試驗(yàn)，保證切換過(guò)程中控制柜母線電壓不波動(dòng)。

在機(jī)組停運(yùn)時(shí)，清理控制柜的2個(gè)電源模塊及其機(jī)架的靜電積灰，并對(duì)電源模塊的輸入輸出電壓以及母線排電壓進(jìn)行檢測(cè)，做好清掃和檢測(cè)記錄。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析本次爐膛總風(fēng)量低保護(hù)誤動(dòng)作事故，加深了對(duì)ABB控制柜電源系統(tǒng)的認(rèn)知。雖然ABB控制柜電源系統(tǒng)采用雙電源母排供電方式，但PFI裝置不是冗余配置。如果PFI裝置不穩(wěn)定，將導(dǎo)致該控制柜內(nèi)控制器和I/O模件失電或重啟，進(jìn)而引發(fā)事故。所以提高PFI電壓的可靠性對(duì)于電源系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要，應(yīng)將事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)，保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2016-04-18；

2016-07-09。

賀治國(guó)(1981-)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱工專(zhuān)業(yè)的維護(hù)工作，email: hzgaaa@163.com。