一起控制系統(tǒng)故障造成跳閘事故的分析

孫秋生

（陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102）

某廠6×350 MW機(jī)組采取單元制配置，鍋爐采用美國(guó)福斯特·惠勒公司提供的亞臨界自燃循環(huán)汽包爐，汽輪機(jī)采用德國(guó)西門(mén)子公司制造的KN型亞臨界一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽純凝汽式、噴嘴調(diào)節(jié)、反動(dòng)式汽輪機(jī)。DCS采用西門(mén)子的T-XP自動(dòng)控制系統(tǒng)，冗余配置，主柜運(yùn)行，從柜備用，相互之間可以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。

1 事故經(jīng)過(guò)

某日5:00，3號(hào)機(jī)組負(fù)荷290 MW，主汽壓力14.56 MPa，協(xié)調(diào)方式下運(yùn)行正常。

05:10，OM畫(huà)面發(fā)出AP103故障，單元主控和電氣畫(huà)面參數(shù)全部黃閃，同時(shí)高、低壓旁路全開(kāi)，機(jī)組負(fù)荷、主汽壓力開(kāi)始下滑，高調(diào)門(mén)由34 %逐漸全開(kāi)，過(guò)負(fù)荷閥全開(kāi)。

05:11，手動(dòng)全關(guān)高旁，低旁全開(kāi)無(wú)法關(guān)閉，通知儀控人員。

05:15，投入油槍穩(wěn)燃。

05:21，燃料主控退出自動(dòng)，手動(dòng)增加鍋爐出力，此時(shí)機(jī)組負(fù)荷下滑至164 MW，主汽壓力降至9.3 MPa。

05:21，儀控人員檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)AP103主、從柜均停運(yùn)。重啟AP103主柜成功，重啟從柜啟動(dòng)失敗，OM畫(huà)面恢復(fù)正常，運(yùn)行人員手動(dòng)全關(guān)低旁。機(jī)組負(fù)荷回升至190 MW，此時(shí)主汽壓力9.37 MPa，主汽壓力設(shè)定值顯示恢復(fù)，其值為10.45 MPa，單元主控畫(huà)面上機(jī)組運(yùn)行方式顯示為“機(jī)跟隨”。

05:24，機(jī)組負(fù)荷200 MW，主汽壓力8.9 MPa，主汽壓力設(shè)定值為10.57 MPa，實(shí)際主汽壓力低于設(shè)定值，雖為“機(jī)跟隨”方式，但機(jī)組負(fù)荷并未下降。此時(shí)，汽機(jī)高、中壓調(diào)門(mén)呈全開(kāi)狀態(tài)。

05:25，機(jī)組負(fù)荷從195 MW快速下滑，運(yùn)行人員立即在控制器畫(huà)面上將負(fù)荷手動(dòng)設(shè)定為200 MW，但負(fù)荷仍下降，快速關(guān)小高調(diào)門(mén)，主汽壓力上漲。

05:26，鍋爐負(fù)荷下滑至40 MW，高旁自動(dòng)開(kāi)啟，發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組解列，汽機(jī)跳閘，鍋爐滅火。

06:55，重新點(diǎn)火。

09:09，機(jī)組并網(wǎng)。

2 原因分析

(1) AP103負(fù)責(zé)電氣開(kāi)關(guān)和協(xié)調(diào)部分。AP103停運(yùn)后，協(xié)調(diào)中的負(fù)荷指令降至零，但變化速率為10 MW/min，故鍋爐指令自動(dòng)降低，燃料量下降。汽機(jī)電調(diào)中的負(fù)荷指令來(lái)自“協(xié)調(diào)負(fù)荷指令+主汽壓力偏差指令”，故障后主汽壓力設(shè)定值下降速率為2.5 MPa/min，高于實(shí)際主汽壓力變化速率，即故障后實(shí)際主汽壓力始終高于壓力設(shè)定值。因此，當(dāng)執(zhí)行“協(xié)調(diào)負(fù)荷指令+主汽壓力偏差指令”后，汽機(jī)電調(diào)中的負(fù)荷指令基本未變(發(fā)生故障)，此時(shí)旁路開(kāi)啟，汽機(jī)進(jìn)汽減少，汽機(jī)實(shí)際負(fù)荷下降，汽機(jī)各調(diào)門(mén)便持續(xù)開(kāi)大。

(2) AP103停運(yùn)后，主開(kāi)關(guān)合閘信號(hào)，鍋爐負(fù)荷反饋指令＞40 %均丟失(鍋爐負(fù)荷反饋指令＞40 %為下降延時(shí)3 s，故3 s后便無(wú)高旁快開(kāi)指令，只能手動(dòng)關(guān)高旁)，滿足高旁快開(kāi)的條件，導(dǎo)致高旁全開(kāi)。低旁快開(kāi)的條件是發(fā)電機(jī)負(fù)荷＞20 %，故低旁快開(kāi)指令一直存在，不允許手動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)AP103主柜重啟成功后，“主開(kāi)關(guān)合閘信號(hào)”返回，低旁才可以手動(dòng)關(guān)閉。

(3) AP103主柜重啟成功后，OM畫(huà)面參數(shù)顯示恢復(fù)正常，可以看出：壓力設(shè)定值為機(jī)組實(shí)際負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力值，高低旁全關(guān)，鍋爐燃料手動(dòng)。正常情況下應(yīng)是“機(jī)跟隨”的方式，但AP103重啟后，汽機(jī)控制器內(nèi)部參數(shù)恢復(fù)正常需要一段時(shí)間，壓力設(shè)定值以2.5 MPa/min的速率升高。AP103恢復(fù)正常后，初始?jí)毫υO(shè)定值遠(yuǎn)低于實(shí)際主汽壓力，壓力控制器和負(fù)荷控制器的輸出均為最大值，調(diào)門(mén)全開(kāi)。當(dāng)壓力設(shè)定值超過(guò)實(shí)際主汽壓力后，壓力控制器起作用，使汽機(jī)調(diào)門(mén)關(guān)小；壓力設(shè)定值持續(xù)升高，導(dǎo)致汽機(jī)調(diào)門(mén)持續(xù)關(guān)小，最終造成汽機(jī)負(fù)荷快速下滑，在1 min內(nèi)從190 MW驟降至40 MW。

(4) 由于滿足實(shí)際負(fù)荷<25 %，機(jī)組進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，高旁控制主汽壓力值由正常運(yùn)行中的“跟蹤模式”切換為7.5 MPa，高旁快速全開(kāi)，低旁自動(dòng)全開(kāi)，從而引起發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)動(dòng)作。

從上述分析可以看出，造成機(jī)組跳閘的直接原因是AP103主、從柜同時(shí)停運(yùn)，導(dǎo)致CPU送至機(jī)組DEH系統(tǒng)的負(fù)荷指令、主汽壓力設(shè)定值指令變?yōu)榱悖椭铃仩t主控的燃料指令也變?yōu)榱悖煌瑫r(shí)，汽機(jī)主汽門(mén)全開(kāi)，鍋爐主汽壓力快速降低，致使機(jī)組負(fù)荷驟降至85 MW以下。此外，機(jī)組控制方式自動(dòng)切換至啟動(dòng)方式，致使設(shè)定壓力低于機(jī)組實(shí)際壓力，引發(fā)旁路系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟，機(jī)組電負(fù)荷驟降至50 MW以下，最終引起發(fā)電機(jī)零功率保護(hù)動(dòng)作。

造成機(jī)組跳閘的主要原因是AP103主、從柜間的通信電纜故障，即冗余CPU之間的通訊電纜故障。西門(mén)子冗余CPU之間的主、從切換設(shè)計(jì)是依靠通訊電纜同步完成的，當(dāng)電纜故障導(dǎo)致主、從CPU無(wú)法同步時(shí)，西門(mén)子控制系統(tǒng)為保證機(jī)組安全，系統(tǒng)邏輯會(huì)自動(dòng)輸出零并停運(yùn)雙側(cè)CPU，最終導(dǎo)致機(jī)組跳閘。

3 防范措施

(1) AP103停運(yùn)后，由于鍋爐要自動(dòng)減燃料，為保證鍋爐負(fù)荷滿足生產(chǎn)工藝，必須解除燃料自動(dòng)功能，改為手動(dòng)控制鍋爐負(fù)荷。

(2) AP103重啟后，電調(diào)的壓力設(shè)定值從零以2.5 MPa/min的速率升高，此時(shí)應(yīng)快速增加鍋爐燃燒量，恢復(fù)主汽壓力。為避免汽機(jī)調(diào)門(mén)關(guān)小，應(yīng)在AP103恢復(fù)正常后立刻將機(jī)組運(yùn)行方式切為“基本方式”，然后根據(jù)實(shí)際主汽壓力手動(dòng)設(shè)定汽機(jī)負(fù)荷待機(jī)組穩(wěn)定后再切換為“機(jī)跟隨”方式。

(3) 加強(qiáng)設(shè)備劣化分析和隱患排查工作，做好備品、備件管理，提高設(shè)備的可靠性。

(4) 針對(duì)通訊電纜故障導(dǎo)致主、從CPU都停運(yùn)的問(wèn)題，應(yīng)與西門(mén)子公司積極溝通，落實(shí)補(bǔ)丁程序，確保在發(fā)生通信電纜故障時(shí)另一側(cè)的CPU仍可正常運(yùn)行，從而杜絕類似問(wèn)題的再次發(fā)生。