300MW機(jī)組空氣預(yù)熱器均停保護(hù)系統(tǒng)故障分析

賀 寧

（大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司，河北 邯鄲 056044）

大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司9、10號(hào)鍋爐為DG1025/17.4－Ⅱ12型、亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、半露天布置、全鋼構(gòu)架的∏型汽包爐。每臺(tái)鍋爐配2臺(tái)三分倉容克式回轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器，主軸垂直布置，煙氣和空氣以逆流方式換熱。轉(zhuǎn)子直徑10.32m，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速1.14r/min。每臺(tái)空氣預(yù)熱器除配備主驅(qū)動(dòng)電機(jī)和輔驅(qū)動(dòng)電機(jī)外，還配有手動(dòng)盤車裝置與氣動(dòng)馬達(dá)。主輔驅(qū)動(dòng)電機(jī)互為聯(lián)鎖，當(dāng)主輔驅(qū)動(dòng)電機(jī)均出現(xiàn)故障時(shí)，氣動(dòng)馬達(dá)連鎖啟動(dòng)。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，若空氣預(yù)熱器發(fā)生跳閘事故時(shí)，為防止空氣預(yù)熱器在高溫?zé)煔鉀_刷下受熱變形，鍋爐安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）設(shè)計(jì)有空氣預(yù)熱器均停停爐保護(hù)，保護(hù)邏輯為單側(cè)空氣預(yù)熱器跳閘時(shí)，延時(shí)聯(lián)跳同側(cè)送、引風(fēng)機(jī)，關(guān)閉該側(cè)空氣預(yù)熱器煙氣進(jìn)口擋板并觸發(fā)RB。雙側(cè)空氣預(yù)熱器均跳閘時(shí)，MFT動(dòng)作，鍋爐安全停爐。

1 故障情況介紹

2010年12月21日14時(shí)29分，9號(hào)機(jī)組負(fù)荷281MW。14時(shí)30分，運(yùn)行監(jiān)屏人員發(fā)現(xiàn)9號(hào)機(jī)組空氣預(yù)熱器間隙調(diào)整系統(tǒng)失電。15時(shí)08分控制中心檢修人員到達(dá)現(xiàn)場，檢查后發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器間隙調(diào)整系統(tǒng)總電源開關(guān)掉閘、間隙調(diào)整系統(tǒng)PLC停運(yùn)。檢修人員做外觀檢查未發(fā)現(xiàn)其它問題，重新送電。15時(shí)13分推上該系統(tǒng)的電源開關(guān)，PLC指示燈顯示運(yùn)行正常，但空氣預(yù)熱器間隙調(diào)整裝置的液晶觸摸屏仍為黑屏。15時(shí)14分，F(xiàn)SSS首次跳閘記憶出“2臺(tái)預(yù)熱器均停”信號(hào)，MFT動(dòng)作，機(jī)組掉閘。MFT動(dòng)作前后相關(guān)歷史曲線見圖1。

圖1 MFT動(dòng)作前后歷史曲線

2 故障原因分析

9、10號(hào)機(jī)組投運(yùn)后，空氣預(yù)熱器均停保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)院提供功能說明書要求，設(shè)計(jì)如下：每個(gè)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子旁邊安裝1個(gè)接近開關(guān)，轉(zhuǎn)子上設(shè)計(jì)有2個(gè)凸沿，相隔180°。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過低轉(zhuǎn)速接近開關(guān)監(jiān)測凸沿發(fā)出脈沖信號(hào)，送至空氣預(yù)熱器間隙調(diào)整PLC中，PLC檢測就地接近開關(guān)1min內(nèi)接通2次則判斷空氣預(yù)熱器運(yùn)轉(zhuǎn)正常，否則為停轉(zhuǎn)。并發(fā)出空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)DO信號(hào)至DCS中供FSSS做邏輯使用。電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：從熱工總電源引來一路220V交流電源送入間隙調(diào)整系統(tǒng)盤柜后，分為兩路輸出，一路為間隙調(diào)整PLC輸入電源，另一路為24VDC電源模塊輸入電源。24V電源模塊輸出供給就地低轉(zhuǎn)速接近開關(guān)、繼電器線圈、間隙調(diào)整系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋及信號(hào)隔離裝置。空氣預(yù)熱器電源系統(tǒng)示意見圖2。

圖2 空氣預(yù)熱器電源系統(tǒng)

對原有設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)每側(cè)空氣預(yù)熱器僅有1個(gè)低轉(zhuǎn)速接近開關(guān)監(jiān)測空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)且與間隙調(diào)整裝置合用，中間傳輸環(huán)節(jié)過于復(fù)雜。電源設(shè)計(jì)方面：2臺(tái)空氣預(yù)熱器的保護(hù)信號(hào)的電源沒有分散，重要保護(hù)信號(hào)與其它設(shè)備的電源也沒有分散。如果24V電源消失，而PLC運(yùn)行正常，低轉(zhuǎn)速接近開關(guān)輸出信號(hào)保持不變，PLC檢測不到低轉(zhuǎn)速接近開關(guān)的翻轉(zhuǎn)信號(hào)，即判斷2臺(tái)空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)。

分析歷史曲線及SOE記錄，發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)速、電流均正常，而首次跳閘記憶為“2臺(tái)空氣預(yù)熱器均停”，初步判斷為保護(hù)誤動(dòng)。對空氣預(yù)熱器間隙調(diào)整系統(tǒng)進(jìn)行深入檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)柜內(nèi)24V電源模塊故障。由于該電源模塊提供2臺(tái)空氣預(yù)熱器的低轉(zhuǎn)速接近開關(guān)的供電電源。如果24V電源消失，而PLC運(yùn)行正常，低轉(zhuǎn)速接近開關(guān)輸出信號(hào)將消失，PLC檢測不到其翻轉(zhuǎn)信號(hào)，即判斷2臺(tái)空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)。還原事故經(jīng)過，認(rèn)為24V電源模塊首先發(fā)生故障，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)信號(hào)誤發(fā)，但由于24V電源模塊故障同時(shí)造成空氣預(yù)熱器間隙調(diào)整系統(tǒng)總電源掉閘，PLC失電，空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)信號(hào)因沒有電源驅(qū)動(dòng)而不能發(fā)出。當(dāng)控制中心檢修人員對系統(tǒng)進(jìn)行送電后，PLC上電正常運(yùn)行，而接近開關(guān)仍處于停電狀態(tài)，無法進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。PLC判斷出空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)信號(hào)并發(fā)出，導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)跳閘。

《火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控》［1］明確規(guī)定：觸發(fā)停機(jī)停爐的熱工保護(hù)信號(hào)測量儀表應(yīng)單獨(dú)設(shè)置；當(dāng)與其他系統(tǒng)合用時(shí)，其信號(hào)應(yīng)首先進(jìn)入優(yōu)先級最高的保護(hù)聯(lián)鎖回路，其次是模擬量控制回路，順序控制回路最低。控制指令應(yīng)遵循保護(hù)優(yōu)先原則，保護(hù)系統(tǒng)輸出的操作指令應(yīng)優(yōu)先于其他任何指令。因此，對FSSS中空氣預(yù)熱器均停保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化整改。

3 優(yōu)化方案及效果

3.1 優(yōu)化方案

3.1.1 整改保護(hù)測量回路及電源系統(tǒng)

原有接近開關(guān)仍作為間隙調(diào)整使用，不參與FSSS邏輯。每個(gè)空氣預(yù)熱器上另加裝2個(gè)接近開關(guān)，作為FSSS專用。并在盤柜中設(shè)計(jì)兩路不同的24VDC電源，實(shí)現(xiàn)同側(cè)空氣預(yù)熱器2個(gè)接近開關(guān)及繼電器電源分散。繼電器J1－J4各輸出一對常開觸點(diǎn)接近至DCS系統(tǒng)中參與保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)。接近開關(guān)接線原理見圖3。

圖3 接近開關(guān)接線原理

3.1.2 優(yōu)化 DCS組態(tài)

2個(gè)接近開關(guān)同時(shí)監(jiān)測該側(cè)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子上的2個(gè)凸沿，每個(gè)接近開關(guān)大約30s左右發(fā)出1個(gè)脈沖信號(hào)，送入DCS中做邏輯判斷。當(dāng)DCS監(jiān)測到同側(cè)2個(gè)接近開關(guān)在40s內(nèi)均無翻轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)，即判斷該側(cè)空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)。為確保設(shè)備穩(wěn)定性，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器轉(zhuǎn)速也作為停轉(zhuǎn)信號(hào)判斷依據(jù)，并將所有停轉(zhuǎn)判斷條件做“或”邏輯觸發(fā)光字牌。空氣預(yù)熱器優(yōu)化后組態(tài)邏輯見圖4。

圖4 空氣預(yù)熱器優(yōu)化后組態(tài)邏輯

如圖4所示，當(dāng)同側(cè)空氣預(yù)熱器2個(gè)接近開關(guān)在40s內(nèi)均未監(jiān)測到翻轉(zhuǎn)信號(hào)，且同側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器輸出轉(zhuǎn)速低于150r/min時(shí)，DCS判斷該側(cè)空氣預(yù)熱器停轉(zhuǎn)；雙側(cè)空氣預(yù)熱器均停，MFT動(dòng)作。當(dāng)上述任一條件成立時(shí)，光字牌報(bào)警。

3.2 優(yōu)化效果

通過以上優(yōu)化工作，將空氣預(yù)熱器保護(hù)回路與間隙調(diào)整回路進(jìn)行隔離，為控制回路檢修提供了便利，也提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；增裝2個(gè)保護(hù)專用接近開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)用信號(hào)的冗余；設(shè)計(jì)兩路獨(dú)立的24V電源模塊分別供給2個(gè)冗余的接近開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的分散，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。整改工作完成后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，保護(hù)動(dòng)作正常，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

4 結(jié)束語

空氣預(yù)熱器是火電機(jī)組鍋爐側(cè)重要輔機(jī)設(shè)備，在火電機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)中，均設(shè)置有空氣預(yù)熱器均停保護(hù)項(xiàng)目，使空氣預(yù)熱器在意外掉閘后，能夠安全停爐，避免其在高溫?zé)煔獾臎_刷下受熱不均變形，造成嚴(yán)重?fù)p失。在機(jī)組檢修過程中，對空氣預(yù)熱器均停保護(hù)的測量回路進(jìn)行整改，與其它系統(tǒng)進(jìn)行隔離，并對電源系統(tǒng)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，大大提高了其運(yùn)行的可靠性，保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］ 電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì).火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控［M］.北京：中國電力出版社，2010.