某電廠空預器控制柜雙路電源切換試驗過程中空預器跳閘故障及對策

2010-08-09 09:53:20劉清坡海廣星胡小林李興照宋國鋒

電力建設 2010年7期

劉清坡，海廣星，胡小林，李興照，宋國鋒

（河南第一火電建設公司調試所，鄭州市，450000）

0 引言

回轉式空預器是大型火電機組重要的系統設備，它起到改善并強化燃燒、強化爐內輻射傳熱、減小爐內熱損失、降低排煙溫度、提高鍋爐熱效率、干燥燃料等作用。它的跳閘會引起風機跳閘、停爐等惡性事故。因此，為保證空預器的安全、穩定運行，必須保證空預器聯鎖保護軟硬邏輯組態的合理、正確。為檢驗空預器聯鎖保護軟硬邏輯組態合理、正確，可以進行空預器就地控制柜內雙路電源切換試驗。在鞏義電廠空預器控制柜雙路電源切換試驗過程中，出現了空預器跳閘故障，以下對其進行分析、探討。

1 鞏義6號機組空預器系統簡介

鞏義6號機組空預器為LAP10320/1950型三分倉容克式，2臺功率相同的主電機，1運1備，分別命名為主、輔電機，主、輔電機均設計有變頻器。潤滑系統設有1臺傳動油泵（潤滑油泵）電機。在空預器平臺安裝有電氣控制柜，通過控制柜實現對上述3臺電機的啟停、聯鎖等控制。

控制柜內有2個總電源開關，控制由保安段送來的2路電源。此總電源分2路，一路供給電機的動力，另一路供給回路控制，動力電源和回路控制電源互不影響，但均受總電源開關的控制。

2 電源切換試驗過程及問題描述

在空預器調試過程中，有一項試驗為就地電氣控制柜內2路總電源切換試驗。試驗的目的是檢驗電源系統的穩定性，保證空預器在任何一路電源突然失去的情況下，空預器動力電源和控制電源通過軟、硬邏輯切換至另一路，并且主電機、輔電機、傳動油泵電機等也通過相應的聯鎖切換使空預器繼續正常運行[1-9]。

在本試驗中，出現了以下幾種情況。

（1）初始狀態：主、輔電源均正常，主電機運行，輔電機停止，傳動油泵電機運行；試驗過程：將主電源斷開；試驗結果：主電機停止（且狀態變為黃色），傳動油泵停止（且狀態變為黃色），而輔電機未聯鎖啟動（且狀態變為黃色），空預器跳閘。

（2）初始狀態：主、輔電源均正常，主電機運行，輔電機停止，傳動油泵運行；試驗過程：將輔電源斷開；試驗結果：主電機、輔電機、傳動油泵均保持原狀，未發生異常。

（3）初始狀態：主、輔電源均正常，主電機停止，輔電機運行，傳動油泵運行；試驗過程：將主電源斷開；試驗結果：傳動油泵停止（且狀態變為黃色），輔電機停止（且狀態變為黃色），主電機未聯鎖啟動（且狀態變為黃色），空預器跳閘。

（4）初始狀態：主、輔電源均正常，主電機停止，輔電機運行，傳動油泵運行；試驗過程：將輔電源斷開；試驗結果：輔電機停止（狀態變為黃色），傳動油泵運行，主電機聯鎖啟動成功（實現正常聯鎖）。

（5）初始狀態：主電源斷開，輔電源正常，主電機停止，輔電機運行，傳動油泵運行；試驗過程：將主電源合上；試驗結果：傳動油泵停止（狀態變為黃色），輔電機停止（狀態變為黃色），主電機未聯鎖啟動（且狀態變為黃色），空預器跳閘。

（6）初始狀態：主電源正常，輔電源斷開，主電機運行，輔電機停止，傳動油泵運行；試驗過程：將輔電源合上；試驗結果：主電機、輔電機、傳動油泵均保持原狀，未發生異常。

在上述切換試驗中，只有第（2）、（6）項狀態未發生變化，第（4）項實現正常聯鎖啟動備用，其余第（1）、（3）、（5）項切換不成功。

3 問題分析

針對上述各項試驗，需要根據試驗現象，從就地控制柜電氣硬回路（硬邏輯）和分散控制系統（distributed control system，DCS）組態（軟邏輯）2方面分析。

3.1 硬回路特點

通過分析電氣原理圖，首先得出硬回路特點，如下：

（1）傳動油泵啟動反饋信號分別串入主、輔電機的啟動和停止控制回路中，即傳動油泵啟動后才能啟動主、輔電機；傳動油泵停止后，自動閉合主、輔電機停止控制回路，從而停止主、輔電機。

（2）主電機使用主電源，輔電機使用輔電源，傳動油泵電機的工作和控制電源取自通過簡單繼電器回路切換過的主、輔電源。

（3）傳動油泵在主、輔電源切換的過程中，會失電2～3 s。在這個過程中，傳動油泵停止，且不能重新自動啟動。

主輔電機分別帶變頻器啟動，從啟動到已啟動信號來時間為10 s。

3.2 ABB控制系統軟邏輯相關內容

軟邏輯采用ABB控制系統，根據ABB系統設備操作塊特點，需對下列內容進行解釋。

（1）明確軟邏輯涉及到的測點（就地電氣控制柜與DCS控制邏輯聯絡點）。聯絡點名稱分別為：主電機、輔電機和傳動油泵電機的啟動、停止（DCS輸出指令，是DO點）；主電機、輔電機和傳動油泵電機的已啟、已停（現場輸入給DCS的反饋，是DI點）；傳動控制1號電源失去、2號電源失去（分別對應于主、輔電源失去，是DI點）。

（2）對試驗中出現的黃色狀態進行解釋。ABB控制系統設備顯示有3種狀態，正常時已啟動的設備狀態為紅色，停止的設備狀態為綠色，還有1種故障狀態為黃色。對于ABB設備控制塊而言，當設備狀態為正常紅色或綠色時，可接受聯鎖啟停信號。當設備為黃色狀態時，說明當前反饋與上一個指令不一致，存在以下2種情況：

1）當前反饋為停止狀態，而上一個指令顯示為啟動指令，如當正常運行的電機由于就地停電而停運時就會出現這種情況；

2）當前反饋為運行狀態，而上一個指令顯示為停止指令，如在就地啟動的設備，遠方指令顯示為停止，但反饋狀態為運行。

第1種情況，設備操作塊只接受聯鎖停止信號，不接受聯鎖啟動信號；第2種情況與第1種情況正好相反。

明確ABB系統狀態變黃時的操作塊特點，是以下分析完善軟邏輯組態的基礎。

（3）空預器跳閘：主、輔電機全停延時30 s后發。

（4）現有DCS軟邏輯如圖1～3所示。本文SAMA圖只列出與電源切換有關的邏輯，其他不涉及的原有邏輯一律用“1”或“0”代替。

3.3 試驗現象的分析及解決方案

3.3.1 第1項試驗

現象1：主電源斷開，主電機失去工作電源，主電機停止。

原因分析：其狀態為黃色（見3.2節對ABB設備黃色狀態進行的解釋），說明電機的停止不是靠軟邏輯發出的停止指令實現的，而是因工作電源失去引起的。

現象2：傳動油泵停止，狀態變為黃色。

原因分析：從硬邏輯分析，控制柜3個設備中只有傳動油泵有簡單的電源切換，一路電源失去時，硬回路通過繼電器把電源切換至另一路。本試驗中傳動油泵停止，這說明傳動油泵此時電源取自主電源，在向輔電源切換過程中傳動油泵的工作電源失去，電機停止；并且由于切換時間長，不足以維持傳動油泵電機的控制回路自啟動而使電機一直停運。

現象3：輔電機未啟動，且狀態為黃色。

原因分析：原有基本邏輯為只要主電機停止信號來，就要聯鎖啟動輔電機，而此時輔電機未能成功啟動，要從軟硬邏輯查找原因。輔電機狀態變為黃色，說明邏輯已經通過聯鎖啟動信號發出了啟動指令，但由于某些原因輔電機沒有啟動，指令反饋不一致，造成狀態異常，成為黃色。根據前面的硬邏輯分析，傳動油泵的啟動反饋信號串入主、輔電機的啟動停止硬回路中，且此時傳動油泵由于電源切換過程而在停止狀態，所以輔電機雖然接受聯鎖啟動指令而未能啟動的原因在于：沒有傳動油泵啟動的前提。

解決方案：本項試驗要達到的目的是要求輔電機聯鎖啟動成功。聯啟信號已發，而未成功是因為硬回路沒有傳動油泵正常運行這一前提。因此，在主電源失去后，需要DCS先發出聯鎖啟動傳動油泵的信號，延時一定時間后再發出聯鎖啟動輔電機的信號。但現象2提到傳動油泵狀態為黃色（電機的停止不是靠邏輯發出的停止指令實現的，而是就地硬回路原因引起的），根據前面介紹的ABB系統的特點，這時候操作塊不接受DCS的聯鎖啟動信號，即這時即使有聯鎖啟動信號來，操作塊也不能發出啟動指令，傳動油泵也就不能啟動，所以應該先使傳動油泵恢復至正常狀態，再進行啟動聯鎖。具體步驟應在主電源失去后，依次發出停止傳動油泵的聯鎖信號，延時再發出啟動傳動油泵的聯鎖信號，再延時發出啟動輔電機的聯鎖信號。

需要對傳動油泵和輔電機的原邏輯進行完善，如圖4～5所示。為了不影響其他聯鎖信號，聯鎖信號要加2 s脈沖。

3.3.2 第2項試驗

輔電源斷開無異常，說明此狀態下，傳動油泵電源使用的是主電源。

3.3.3 第3項試驗

現象1：主電源斷開后，傳動油泵停止，狀態變為黃色。

原因分析：原因同3.3.1試驗中的現象2。

現象2：輔電機停止，狀態變為黃色。

原因分析：主電源失去，輔電源正常會影響到輔電機的運行，這說明輔電機的停止是由于傳動油泵的停止而引起的，在前面硬回路的特點中也分析到了這一點，即當傳動油泵停止反饋信號來時，主、輔電機的停電氣控制回路導通，主、輔電機停止。狀態變為黃色，原因同第1項試驗分析。

現象3：主電機未聯啟，狀態變為黃色。

原因分析：主電機本身在停止狀態。其狀態變為黃色的原因為軟邏輯輔電機停止要聯鎖啟動主電機，聯鎖啟動信號、指令已經發出，但這時候控制回路中傳動油泵未運行，且主電源被斷開且沒有動力電源，所以從硬回路上不能啟動。這就造成現指令（啟動）與當前反饋（停止狀態）不一致，顯示黃色。

解決方案：本項試驗的目的是要保證在主電機未運行的情況下，斷開主電源而不影響到輔電機的運行。但斷開主電源會影響傳動油泵和輔電機的運行，這進一步說明了硬回路中傳動油泵的電源在由主向輔切換過程中失電停止，并且說明主、輔電源都存在的情況下，硬回路中傳動油泵的控制、工作電源使用的是主電源。

所以，本項試驗要把受影響的輔電機再啟動起來。解決方案要在第1項邏輯完善的基礎上對傳動油泵、輔電機、主電機的軟邏輯進行再完善。傳動油泵現象同試驗1，不用再作修改。輔電機要先解決狀態變為黃色的問題，應先發聯鎖停信號，再發聯鎖啟動信號，使輔電機再恢復至正常狀態。主電機也要解決狀態變為黃色的問題，使其恢復至初始狀態。另外，要注意延時時間上的配合。

完善后的邏輯SAMA圖如圖6～7所示。

3.3.4 第4項試驗

本項試驗驗證了主、輔電源都存在時，傳動油泵電源取自主電源。由于傳動油泵未受影響，所以實現了正常聯鎖。但是輔電機狀態變為黃色，原因同上，需要通過邏輯恢復正常狀態。

完善后的邏輯SAMA圖如圖8所示。

3.3.5 第5項試驗

第5、6項試驗分析了電源失去后再恢復時空預器的狀態，在此情況下也要保證空預器的正常運行。

現象1：傳動油泵停止。

原因分析：合上主電源傳動油泵停止，說明傳動油泵電源以主電源為主，與前述分析的硬回路特點相符。這時存在傳動油泵電源由輔電源向主電源切換的過程。在這個過程中傳動油泵的現象和第1項試驗分析中的現象2一樣，狀態變為黃色，原因同上。

現象2：輔電機停止，狀態變為黃色。

原因分析：非邏輯指令停，當前反饋停與上一個指令啟不一致（與前述原因相同）。

現象3：主電機未聯鎖啟動，狀態變為黃色。

原因分析：狀態變為黃色，說明輔電機停止，聯鎖啟動主電機的信號、指令已經發出，但主電機未能啟動是因為傳動油泵此時處于停止狀態，造成主電機指令反饋不一致。

解決方案：在合上主電源時，首先要邏輯聯鎖停傳動油泵（解決狀態變黃問題，此時軟邏輯設備操作塊不接受聯鎖啟動信號，只接受聯鎖停止信號），然后延時等硬回路將傳動油泵電源切換至主電源后，再發聯鎖啟動傳動油泵的啟動信號，操作塊發出啟動指令，啟動傳動油泵。然后，發聯鎖信號啟動主電機（此時也可再聯鎖啟動輔電機，這里以主電機為主），要注意時間配合，特別是要有足夠延時時間（要等傳動油泵啟動成功后）后發聯鎖啟動主電機信號。同樣，也要發聯鎖停止輔電機信號，解決輔電機狀態變為黃色的問題，使其指令與反饋一致。本項主電機的控制邏輯屬于基本控制邏輯，延時時間可在基本控制邏輯中更改，因此此分析結果只需要繼續完善傳動油泵控制和輔電機控制的軟邏輯。

完善后的SAMA圖如圖9、10所示。