彭 軍，祁富志，李富榮

(1.青海電研科技有限責任公司，青海 西寧 810008；2.國網(wǎng)青海省電力公司電力科學研究院，青海 西寧 810008)

0 前言

新型調(diào)相機的安全穩(wěn)定運行能有效提高特高壓直流輸電系統(tǒng)的無功補償能力，其輔機熱控聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的可靠性又影響著調(diào)相機的安全穩(wěn)定運行。目前，新型調(diào)相機輔機熱控聯(lián)鎖保護系統(tǒng)提出了“雙冗余”的控制概念，并進行推廣應用。這種新技術(shù)在設(shè)計與實際應用中存在一些問題，文章結(jié)合實際調(diào)試案例分析總結(jié)了熱控系統(tǒng)中的典型問題，并提出了相應解決方案，具有一定的借鑒價值。

1 調(diào)相機熱控系統(tǒng)簡介

新型調(diào)相機主要由本體和輔機(包括潤滑油、頂軸油及外冷系統(tǒng)等)構(gòu)成，熱控聯(lián)鎖保護系統(tǒng)作為新型調(diào)相機的控制核心，主要用于調(diào)相機聯(lián)鎖、保護及程控操作，實現(xiàn)調(diào)相機各設(shè)備自動根據(jù)工藝流程順序啟(停)控制，以及自動實現(xiàn)聯(lián)鎖、保護功能。熱控聯(lián)鎖保護系統(tǒng)包括了分散控制系統(tǒng)(以下簡稱“DCS”)和輔機電氣控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護控制，新型調(diào)相機輔機電氣控制系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)中的故障聯(lián)鎖邏輯，共同形成了“雙冗余”控制系統(tǒng)，保證其中某一個系統(tǒng)異常時，熱控聯(lián)鎖保護系統(tǒng)能夠正常運行。

新型調(diào)相機在國內(nèi)屬于起步發(fā)展階段，輔機“雙冗余”控制理念提出后，往往忽略了其電氣控制系統(tǒng)與DCS之間的邏輯匹配問題，出廠時也沒條件進行相關(guān)聯(lián)調(diào)試驗，使得部分設(shè)備可能在出廠時已經(jīng)存在上述問題〔2〕，本文結(jié)合某新型調(diào)相機工程的實際調(diào)試案例，分析并總結(jié)了相關(guān)典型問題及解決措施。

2 典型問題分析及解決方案

2.1 潤滑油熱控系統(tǒng)問題

潤滑油系統(tǒng)是新型調(diào)相機最重要的輔助系統(tǒng)，如果潤滑油系統(tǒng)工作異常，會導致調(diào)相機燒瓦、大軸彎曲、轉(zhuǎn)子動靜摩擦等惡性事故。潤滑油系統(tǒng)輔機聯(lián)鎖保護系統(tǒng)配置為“雙冗余”控制回路，DCS作為常規(guī)程序控制系統(tǒng)載體，已經(jīng)設(shè)計了一套聯(lián)鎖保護邏輯，下面重點介紹電氣控制系統(tǒng)中增設(shè)的聯(lián)鎖保護邏輯〔1〕。

1)交流潤滑油泵典型備用聯(lián)鎖邏輯包含但不限于以下條件，其電氣控制原理見圖1。

(a)運行泵故障跳閘。

(b)周期性切換備用泵。

2)直流潤滑油泵典型事故聯(lián)鎖邏輯包含但不限于以下條件，其電氣控制原理見圖2。

圖2 調(diào)相機直流潤滑油泵電氣控制系統(tǒng)原理圖

(a)交流潤滑油泵兩段主交流電源失電。

(b)兩臺交流潤滑油泵均跳閘。

(c)系統(tǒng)潤滑油油壓低于跳機值。

2.1.1DCS與電氣控制回路聯(lián)鎖投、退邏輯混用問題

1)問題描述：應用于輔機上的故障聯(lián)鎖“雙冗余”控制技術(shù)屬于新概念，設(shè)計之初未完全考慮DCS與電氣控制系統(tǒng)相互配合的問題，誤將電氣控制系統(tǒng)的“聯(lián)鎖投入信號”作為兩套系統(tǒng)共用的反饋信號，且兩套系統(tǒng)中“聯(lián)鎖投、退”控制邏輯也處于混用狀態(tài)，最終導致兩套聯(lián)鎖控制邏輯相互沖突，原設(shè)計原理見圖3。

圖3 調(diào)相機潤滑油泵DCS與電氣回路聯(lián)鎖投(退)原設(shè)計原理圖

2)原因分析：由于設(shè)計院引入“雙冗余”控制概念后，未對兩套系統(tǒng)控制邏輯進行解耦處理，且DCS廠家未理解電氣控制回路聯(lián)鎖控制原理，在組態(tài)過程中誤將電氣控制回路返回的“就地電氣控制聯(lián)鎖已投入”信號作為兩方共用的信號，調(diào)試過程中曾出現(xiàn)此信號異常，聯(lián)鎖邏輯無法正常投入，最終導致“雙冗余”控制回路功能均夫效；其次，兩套控制系統(tǒng)共用一套投(退)邏輯，若其中一套控制系統(tǒng)需要檢修時，只能同時退出聯(lián)鎖控制，不滿足“雙冗余”控制功能的要求。

3)解決方案：為滿足輔機故障聯(lián)鎖“雙冗余”控制功能的要求，兩套控制系統(tǒng)故障聯(lián)鎖邏輯應進行獨立設(shè)計，包括上述問題中的投(退)指令功能、投入(退出)反饋及兩套系統(tǒng)中聯(lián)鎖條件的時間配合等功能，均應做到相互獨立，才能滿足當一套控制系統(tǒng)異常時，另一套控制系統(tǒng)還能正常工作的“雙冗余”功能要求，改造后的控制原理見圖4。通過對改造后的兩套控制系統(tǒng)分別進行聯(lián)鎖試驗，試驗結(jié)果符合“雙冗余”功能設(shè)計要求。

圖4 調(diào)相機潤滑油泵DCS與電氣控制回路優(yōu)化后原理圖

2.1.2 運行交流泵故障聯(lián)鎖啟動備用泵同時啟動事故直流泵的問題

1)問題描述：新型調(diào)相機潤滑油系統(tǒng)備用邏輯設(shè)計為：2臺交流泵1運1備，當運行泵跳閘后，聯(lián)鎖啟動備用泵；若兩臺交流泵全停，則聯(lián)鎖啟動事故直流泵，并保護跳機。在進行模擬交流泵故障聯(lián)鎖試驗過程中，運行泵跳閘后聯(lián)鎖啟動備用泵成功，且系統(tǒng)母管油壓建立正常，但同時會啟動事故直流泵。

2)原因分析：檢查DCS事件歷史數(shù)據(jù)，DCS未發(fā)出啟動直流泵的指令。分析直流泵就地電氣控制原理圖(見圖2)后發(fā)現(xiàn)，直流泵是通過電氣控制系統(tǒng)聯(lián)鎖啟動的。

直流泵電氣控制回路中設(shè)計了以下功能：在聯(lián)鎖投入情況下，故障切泵過程中，若兩交流泵均停止0.5 s后(通過延時繼電器KT4實現(xiàn))，判定為備用泵聯(lián)鎖啟動失敗，此時需聯(lián)鎖啟動直流事故泵。延時繼電器KT4的作用是避開雙泵切換的時間〔3〕，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)KT4在運行泵跳閘瞬間，未延時就已經(jīng)動作，從而導致直流泵在每次故障聯(lián)鎖時均會同時啟動，不符合保護邏輯。

3)解決方案：對延時繼電器KT4進行校驗后，發(fā)現(xiàn)繼電器不合格，導致電氣聯(lián)鎖回路未能躲避切泵時間，誤判為“故障切泵失敗”而聯(lián)鎖啟動直流泵?，F(xiàn)場更換延時繼電器并設(shè)定延時定值后，問題得到了解決。

2.1.3 400V系統(tǒng)“備自投”動作時直流泵聯(lián)鎖啟動問題

1)問題描述：為防止400 V廠用電某一段母線失電而導致兩臺交流泵全停，新型調(diào)相機兩臺交流泵設(shè)計為由兩段母線分別供電。調(diào)試期間進行400 V系統(tǒng)備自投試驗過程中，運行泵因所在母線失電而跳閘，聯(lián)鎖啟動備用泵(備用泵所在母線帶電)，備用泵工作正常，事故直流泵仍伴隨啟動的問題。經(jīng)檢查分析，發(fā)現(xiàn)直流泵是通過電氣控制回路聯(lián)鎖啟動的。

2)原因分析：兩臺交流泵供電來自不同段母線，但各自的“電源監(jiān)視信號”取自每段母線進線處，若其中一段母線失電切換至另一段母線供電時，由于備自投裝置有動作時間，會出現(xiàn)瞬時“電源監(jiān)視信號”消失，直流泵因“電源監(jiān)視信號”瞬間消失而誤啟動。

3)解決方案：結(jié)合現(xiàn)場實際，考慮到改造“電源監(jiān)視信號”二次接線回路工作量較大，在直流泵電氣控制回路中對“電源監(jiān)視信號”增加延時繼電器，以躲避母線備自投切換時間。經(jīng)現(xiàn)場試驗驗證備自投切換時間均在0.3 s左右，延時繼電器定值整定為0.4 s，以躲避備自投切換。經(jīng)過此方案改造后，問題得到解決。

2.1.4 電氣回路延時繼電器設(shè)置不合理導致輔機不能遠方停止問題

1)問題描述：調(diào)試過程中，交流泵啟動后，泵切換至“遠方位”時，DCS無法停泵。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)DCS系統(tǒng)所有二次接線均正確，遠方指令也能正常發(fā)出，無邏輯閉鎖；當泵切換至“就地位”時，可以正常啟、停泵。通過對就地電氣控制原理圖(見圖1)分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)上述問題是由于電氣控制回路閉鎖了遠方停止指令。

2)原因分析：交流泵電氣控制聯(lián)鎖回路中設(shè)計了“就地聯(lián)鎖投入情況下，若運行泵跳閘聯(lián)鎖啟動備用泵”功能，與DCS系統(tǒng)聯(lián)鎖保持一致，原理見圖1。

經(jīng)檢查分析，此條件需將運行泵跳閘條件延時(見圖1中KT6時間繼電器)以躲避切泵時間，但檢查發(fā)現(xiàn)延時繼電器未設(shè)定延時時間，導致電氣控制系統(tǒng)中的“啟動回路”保持“常閉合”狀態(tài)，遠方停止指令被電氣控制系統(tǒng)閉鎖。

3)解決方案：根據(jù)聯(lián)鎖投備的原理可知，聯(lián)鎖啟備用泵應考慮切泵成功后建立正常油壓過程時間〔3〕，但現(xiàn)場實際此延時繼電器時間為0 s，泵遠方啟動運行后，由于備用泵跳閘延時為0 s，電氣控制系統(tǒng)“啟動回路”保持常閉合狀態(tài)，導致停止回路被反向閉鎖。結(jié)合現(xiàn)場實際，在電氣控制系統(tǒng)中將延時繼電器KT6設(shè)定為0.5 s(泵切換時間定值)，并保持與DCS聯(lián)鎖邏輯延時一致，此問題得到解決。

2.1.5 運行泵失電瞬間恢復供電時，引發(fā)上級斷路器跳閘的題。

1)問題描述：當運行交流泵供電段失電瞬間又恢復供電時，兩臺交流泵瞬間同時啟動導致沖擊電流過大，觸發(fā)上級斷路器“過電流保護”跳閘，最終保護跳機，原理見圖5。

圖5 調(diào)相機潤滑油泵就地電氣回路中晃電保護原理圖

2)原因分析：交流油泵電氣控制系統(tǒng)聯(lián)鎖回路設(shè)計了一套“晃電保護”功能：即交流油泵運行過程中，若泵電源發(fā)生瞬間失電后又立即恢復時，原運行泵通過電氣控制回路中“晃電保護”功能自動啟動恢復運行。

運行泵失電跳閘瞬間，首先觸發(fā)故障聯(lián)鎖啟動備用泵，同時原運行泵在瞬時恢復供電時，通過電氣控制回路中“晃電保護”功能自啟動(功能原理見圖5)，此時原運行泵“晃電保護”與故障聯(lián)鎖啟動備用泵幾乎同時動作，原運行泵瞬停后瞬啟，同時聯(lián)鎖啟動備用泵，沖擊電流達到額定電流的20倍以上，導致上級斷路器保護跳閘。

3)解決方案：經(jīng)分析，交流潤滑油泵電氣控制系統(tǒng)中“晃電保護”回路設(shè)計不符合實際工況要求，“晃電保護”邏輯未考慮備用泵聯(lián)啟成功的工況，若備用泵聯(lián)啟成功后，無需自啟原運行泵。

在“晃電保護”回路中增加延時繼電器，增加“備用泵停止0.5 s邏輯”,若“備用泵未聯(lián)鎖啟動或聯(lián)鎖啟動失敗”，此時才通過“晃電保護”功能啟動原運行泵，與DCS故障聯(lián)鎖條件中的“備用泵聯(lián)鎖啟動失敗后，又回啟原運行泵”的邏輯保護一致，符合現(xiàn)場實際工況。

2.2 頂軸油熱控系統(tǒng)問題

2.2.1 頂軸交流泵、直流泵“雙冗余”控制系統(tǒng)問題

新型調(diào)相機頂軸油系統(tǒng)配置與潤滑油系統(tǒng)相同，“雙冗余”控制回路設(shè)計存在的問題及處理情況與2.1款一樣，這兒不再贅述。

2.2.2 機組在啟動過程中DCS與電氣控制回路聯(lián)鎖邏輯沖突問題

1)問題描述：調(diào)相機頂軸油系統(tǒng)在機組啟(停)機過程的聯(lián)鎖邏輯設(shè)計是，機組啟動過程中轉(zhuǎn)速高于600 r/min時，由于已建立油膜，需自動退出頂軸油系統(tǒng)；機組停機惰走過程中轉(zhuǎn)速低于580 r/min時，需啟動一臺交流頂軸油泵，避免調(diào)相機油膜破膜而造成嚴重事故。

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，當機組啟動過程中轉(zhuǎn)速達到600 r/min時，兩臺交流頂軸泵瞬間頻繁交替瞬停、瞬啟，最后導致上級斷路器過流燒損，當轉(zhuǎn)速近630 r/min時，頂軸油系統(tǒng)全部停止。

2)原因分析：交流頂軸油泵電氣控制系統(tǒng)“聯(lián)鎖狀態(tài)”若需退出，需通過DCS發(fā)出退出指令后，才能退出聯(lián)鎖狀態(tài)，原理見圖4。

通過對DCS事件歷史數(shù)據(jù)分析，泵的停止指令是通過DCS系統(tǒng)出口的，而泵的啟動指令是由電氣控制回路發(fā)出的。當機組啟動轉(zhuǎn)速達600 r/min時，DCS聯(lián)鎖邏輯同時發(fā)出“遠方停止運行交流頂軸油泵”和“遠方退出電氣控制回路聯(lián)鎖”指令，調(diào)相機在低轉(zhuǎn)速升速過程中，由于升速較快，電氣控制系統(tǒng)接收到“聯(lián)鎖退出”指令前，DCS聯(lián)鎖停泵指令先到達電氣控制系統(tǒng)“停泵回路”而停泵，此時電氣控制系統(tǒng)由“故障聯(lián)鎖功能”啟動備用泵。在這過程中兩套系統(tǒng)瞬間動作過程為，DCS循環(huán)發(fā)出停運行泵指令，就地電氣回路聯(lián)鎖啟動備用泵，形成死循環(huán)，導致兩臺交流頂軸泵頻繁交替瞬停、瞬啟，甚至造成一次頂軸泵上級斷路器過流燒損，直接原因是DCS系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯不匹配造成。

3)解決方案：結(jié)合調(diào)相機啟機過程在低轉(zhuǎn)速段上升速率較快的實際情況，為解決這種“雙冗余”控制系統(tǒng)的不匹配問題，需電氣控制系統(tǒng)聯(lián)鎖早于DCS退出，以避免兩套系統(tǒng)沖突的問題，經(jīng)試驗驗證電氣控制系統(tǒng)聯(lián)鎖退出定值為550 r/min較為合適。經(jīng)過定值整定后，再未發(fā)生類似事故。

3 結(jié)束語

新型調(diào)相機輔機熱控系統(tǒng)創(chuàng)新性地采用“雙冗余”故障聯(lián)鎖控制技術(shù)，但其在設(shè)計之初，未考慮相互匹配問題，嚴重影響調(diào)相機的安全運行。隨著這種熱控技術(shù)逐漸成為新型調(diào)相機輔機控制的發(fā)展趨勢，需要及時分析總結(jié)新技術(shù)出現(xiàn)的典型問題，提出解決方案，提高新型調(diào)相機的熱控聯(lián)鎖保護水平，為目前新型調(diào)相機熱控調(diào)試、檢修及運維提供借鑒經(jīng)驗。