給水系統異常造成MFT的事故分析

韓威，崔猛，鄭志強，董建朋，韓法玲

（1.河南電力試驗研究院，鄭州市，450052；2.西安科技大學電氣工程與控制學院，西安市，710054）

0 引言

根據DL/T 435—2004《電站煤粉鍋爐防爆規程》[1]和DL/T 1091—2008《火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統規程》[2]的要求，為防止鍋爐發生爆燃等重大事故，電站鍋爐均設計有主燃料跳閘（main fuel trip，MFT）保護。2006—2009年，河南省發生1例汽包水位保護未能及時動作重大事故，其原因為除氧器缺水，給水泵也未跳閘，造成了鍋爐缺水；此期間，汽包水位保護動作18次（統計結果僅包括中電投、大唐集團的電廠），其中相當一部分是因控制設備故障、信號干擾、測點上凍、邏輯錯誤等原因造成的保護動作。本文結合其中較為典型的3次因給水系統異常造成的鍋爐MFT誤動事故進行分析和討論。

1 機組設備概況

1.1 機組1概況

機組1為210 MW熱電機組，配置東方鍋爐廠的DG670/13.7-20型亞臨界、自然循環汽包鍋爐，采用四角切圓燃燒、單爐膛“π”型布置。配備2臺直吹式雙進雙出磨煤機，分別有4層煤粉管道接至鍋爐燃燒器四角。切向燃燒的煤粉燃燒器布置有2層主油燃燒器，并增加1層等離子點火裝置。其中給水管路設計為2路，30%鍋爐最大連續出力（boiler maximum continuous rating，BMCR）的給水啟動旁路和100%BMCR的主給水主路。主給水回路設計有1個電動門。

1.2 機組2概況

機組2為300 MW熱電機組，配置東方鍋爐廠的DG1025/17.4-II4型亞臨界、自然循環汽包鍋爐，采用四角切圓燃燒、單爐膛“π”型布置。機組配備5臺直吹式中速磨煤機，分別有4層煤粉管道接至鍋爐燃燒器四角。其中給水管路設計為2路，30%BMCR的給水啟動旁路和100%BMCR的主給水主路。汽包本體設計有3個差壓平衡式水位計。

1.3 機組3概況

機組3為300 MW火電機組，配置東方鍋爐廠的DG1025/18.2-II6型亞臨界一次中間再熱、自然循環、單爐膛、平衡通風汽包爐，采用四角切圓燃燒，配備5臺直吹式中速磨煤機。給水泵設計1臺50%最大持續功率（maximum continuous rating，MCR）的電動給水泵，1臺100%MCR的汽動給水泵。

2 機組1異常MFT事故分析

2.1 事故過程

某日，2號機組單機運行，負荷150 MW；16：12：00，運行人員準備進行給水的主、旁路切換操作，先開啟給水旁路前后電動門，并準備開啟給水旁路調整門；16：13：00，主給水電動門突然關閉（當時該門在“掛起”狀態），汽包水位迅速下降；立即調整給水泵勺管、將主給水電動門“解掛”并開啟；16：15：00，MFT動作，2號爐滅火，給出“汽包水位低三值”報警信號。

2.2 事故分析過程

（1）檢查分散控制系統（distribute control system，DCS）邏輯，發現在閥門為“掛起”狀態時，任何聯鎖邏輯均不會觸發閥門動作，包括運行人員手動操作也是閉鎖的。同時檢查DCS的歷史趨勢和操作員站操作記錄均證明主給水門屬于異常關閉，DCS未發出關閉指令。

（2）檢查DCS內部卡件、預制電纜、繼電器等，均未發現異常。將故障范圍確定在DCS柜外。

（3）查現場資料，得到閥門控制電纜布置如圖1所示。

圖1 閥門控制電纜布置Fig.1 The arrangement of valve control cable

（4）在DCS機柜處測量閥門“關指令”電纜絕緣時發現，其中1根線對地的電阻只有500 Ω。

（5）檢查閥門本體控制回路，發現控制指令采用“24 V”采集，指令線纜的2根線芯均采用懸空設計。因此，當其中1芯發生接地后，不會導致指令動作。

（6）打開閥門控制柜發現DCS指令送到閥門控制柜的端子排后，1路短接到閥門本體，同時轉接到接觸器控制回路中，而在閥門控制柜內，關閉指令得1根線纜是直接連接在接觸器的線圈上，分閘線圈電阻為500 Ω（見圖1），同時線圈的N端是直接接地的，造成關閉指令線的一芯間接接地（500 Ω）。同時發現，關閉指令線的另一芯被甩開到另一接觸器（主給水旁路門的控制接觸器）下的導軌處，幾乎貼緊導軌。

（7）后經模擬試驗確認，發生異常事故的誘因是主給水旁路門的接觸器動作后，瞬間形成了一小幅振動，進而導致主給水門關閉指令的那根基本懸空的電纜被振到導軌處，而導軌是接地的，結果指令線的2根線芯同時接地形成回路，導致主給水電動門關閉。

2.3 防范措施

（1）將主給水電動門的控制電纜重新拉放，直接從DCS機柜放到電動門處，中間不得進行轉接，不得和動力電纜走在同一橋架，并將屏蔽線在DCS側充分接地，防止干擾[3-4]。

（2）對全廠所有的一體化控制電動門進行排查[5]，防止同類設備發生同樣事故。

（3）重要設備的控制回路[6]在投運前必須進行絕緣測試，并根據設備情況在大修期間定期進行維護。

3 機組2異常MFT事故分析

3.1 事故過程

某日，1號機組單機運行，負荷270 MW，汽包水位-10 mm。04：10：09，運行人員發現汽包水位2為425 mm，汽包水位2報警；04：10：25，汽包水位1突然上升至413 mm；04：10：26，MFT動作，1號爐滅火，給出“汽包水位高三值”報警。

3.2 事故分析過程

（1）檢查DCS邏輯，發現在04：08：00時刻汽包水位1、2出現上漲趨勢，僅汽包水位3和電接點汽包水位顯示接近。

（2）檢查DCS內部邏輯，MFT動作正確，“汽包水位高”保護設計為“三取二”動作。

（3）檢修人員反映，現場檢查汽包水位計變送器箱時，取樣管上凍，造成汽包水位1、2顯示錯誤，并最終導致MFT誤動作。

（4）現場檢查發現變送器箱設計的電加熱電源線絕緣故障，導致電加熱異常跳閘，變送器箱內溫度迅速下降，引起取樣管上凍。

（5）檢查DCS汽包水位補償邏輯[7]，發現由于變送器上凍，但變送器測量的差壓值當時并未超量程，因此DCS仍判斷為好點，保護未自動將已上凍的測點剔除，造成MFT保護誤動作。

3.3 防范措施

（1）將電加熱器電源電纜重新拉放，且應考慮對此加熱裝置設計雙路冗余電源，充分保障電源的可靠性。在變送器箱內增加1個溫度測點引至DCS顯示。在冬季夜晚較冷時應定期監視和記錄溫度值。

（2）由于變送器測量的差壓量程較大，且測量的差壓在DCS還需要補償計算，因此，在超過一定差壓時，汽包水位補償值將超出正常的顯示范圍，此時應考慮增加相應的DCS邏輯，將該測點判斷為壞點并將其從保護中切除。邏輯可采取當任一汽包水位超過±330 mm（汽包實際水位上下限）時，判斷壞質量，并切除其保護功能[8]。

（3）對除氧器水位等其他重要水位計檢查，加強防凍措施。

（4）排查主保護涉及到模擬量品質判斷的邏輯，統一增加測量結果超出一定范圍后自動切除保護功能，同時對于測量同一工質的多測點的增加偏差大報警。

4 機組3異常MFT事故分析

4.1 事故過程

某日，3號機170 MW運行。09：00：00，主蒸汽流量590 t/h，給水流量530 t/h，汽泵轉速3 924 r/min。09：00：45，汽泵突然超馳動作，轉速飛升至5 160 r/ min，給水流量突升至1 180 t/h，汽包水位突升較快，運行人員立即打開汽包事故放水，鍋爐汽機發電機（boiler turbine generator，BTG）盤上小機降速無效，立即將小機打閘。09：01：45汽包水位升至+250 mm，MFT動作，汽機因“汽包水位高”保護動作跳閘。

4.2 事故分析過程

（1）小機轉速指令在集控室立盤處設計有數字邏輯站（硬手操按鈕），通過檢查數字邏輯站的組態確認，當時3號小汽機突然誤發“小機低壓進汽電動門關”指令，導致小機低壓調門失去汽源。

（2）由于在自動狀態，小機自動開啟高壓調門。觀察趨勢發現，高壓調門在開啟后，小機轉速突然飛升至5 160 r/min，給水流量突升至1 114 t/h。

（3）檢查小機閥門流量曲線正常，高調門汽源參數正常，懷疑高調門伺服閥有問題[9]。

（4）現場檢查確認小機高壓調門伺服閥卡澀，從而導致高調門在剛開啟后，并無流量輸出，進而導致高調門全開，小機轉速飛升，鍋爐給水量過大。

4.3 防范措施

（1）應加強組態的維護工作，在大修或修改組態后，必須進行完善的試驗和嚴謹的驗收工作[10]，尤其是對涉及到軟邏輯、硬回路相冗余的設備，在進行整改和試驗時必須同步進行修改，并分別進行連鎖保護試驗驗證。

（2）定期對處于備用的設備進行在線試驗，以防其備用在故障位置，導致關鍵時刻不能正常投入。

（3）在條件允許時定期對伺服閥、危機遮斷（automatic shift trip，AST）電磁閥等油路閥門進行清洗工作，并且按照規程規定定期進行閥門活動試驗。

5 結論

給水系統在設計階段應充分了解所控設備的詳細資料，如事例1中的主給水電動門的控制特性在設計時出現沖突，導致安裝時混接了2套不同的強、弱電控制回路，造成控制電纜絕緣不合格，而調試過程中，也未引起重視，未將廢棄的閥門控制柜內電纜全部甩開，為事故突發遺留了重大隱患。

汽包水位測量系統的保溫設計在給水系統中愈發重要，變送器箱內電加熱采取單一電源回路設計，也無相應的報警功能，不符合生產運行的需要，如文中事例2，電加熱若設計了2路可靠電源，或者可靠的報警和監視措施，就不會造成保護誤動。同時，DCS中要設計完善的水位保護邏輯，不能簡單地只對變送器輸出信號進行壞質量判斷，也要考慮到因變送器引入管上凍等特殊情況下的邏輯處理。

在機組生產運行中，要定期對給水系統的備用設備進行維護和試驗，如對小機的油系統進行定期清污工作，防止出線伺服閥卡澀，以及運行中處于備用狀況的給水調門、最小流量閥等設備進行定期的活動試驗，防止真正需要急用時動作不正常。

[1]DL/T 435—2004電站煤粉鍋爐爐膛防爆規程[S].北京：中國電力出版社，2004.

[2]DL/T 1091—2008火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統技術規程[S].北京：中國電力出版社，2008.

[3]苗長信，姚長青.某600 MW機組鍋爐異常MFT分析[J].電力建設，2008，29（8）：81-83.

[4]DL/T 5190.5—2004電力建設施工及驗收技術規范第五部分：熱工自動化[S].北京：中國電力出版社，2004.

[5]姚波威，呂強.機電一體化原理及應用[M].北京：國防大學出版社，2005：1-32.

[6]DL/T 5136—2001火力發電廠、變電所二次接線設計技術規程[S].北京：中國電力出版社，2001.

[7]侯子良.鍋爐汽包水位測量系統[M].北京：中國電力出版社，2005：16-18.

[8]李平，楊平.鍋爐汽包水位保護技術研究進展[R].上海：上海電力學院，2007：1-3.

[9]梁利華.液壓傳動與電液伺服系統[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2005：344-349.

[10]DL/T 1012—2006，火力發電廠汽輪機監視和保護系統驗收測試規程[S].北京：中國電力出版社，2006.