火檢系統故障導致機組跳閘事故的分析及防范

王鵬鵬

(天津大港發電廠，天津 300272)

1 機組概況

某火電廠310 MW機組汽機為北京北重汽輪電機有限責任公司生產的NCK310—17.75/540/540型亞臨界、中間一次再熱、三缸雙排汽、單軸、直接空冷抽汽冷凝式汽輪機;鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的HG-1038/18.34-HM35型亞臨界、一次中間再熱、自然循環汽包爐，采用平衡通風、四角切圓燃燒方式，雙層等離子無油點火。制粉系統采用中速磨正壓冷一次風直吹式送粉系統，配置5臺ZMG113G-I型中速磨煤機。各煤層燃燒器四角分別配備1套火檢，安裝在對應燃燒器上方的二次風道內。火檢系統采用美國COEN公司生產的ISCAN智能一體化火焰檢測器，共20套。A，B層四角8臺等離子燃燒器均安裝由煙臺龍源電力技術公司配供的圖像火檢。鍋爐主燃料跳閘(MFT)保護功能由魯控公司的LN-2000型分散控制系統實現。機組于2011年10月底完成168 h試運后正式投產發電。投產后機組一直安全穩定運行，但在2012-10-25，該機組發生了一起因火檢系統故障導致的非計劃停運事件。技術人員對事故原因進行了認真的分析查找，并對火檢系統在供電回路設計上存在的深層次隱患做了改進設計，有針對性地制定了相應的防范措施，有效地避免了類似事故的重復發生。

2 事故經過

2012-10-25T18:52:00，機組在協調方式運行正常，電功率221 MW，主汽壓力15.5 MPa，主汽溫度541.4 ℃，A，C，D 3臺磨煤機運行，B，E磨煤機備用，總煤量為153 t/h的情況下，鍋爐燃燒穩定。18:52:48，機組在無任何運行操作的情況下發生MFT，大聯鎖保護動作，聯鎖汽輪機、發變組跳閘，機組與電網解列，汽輪機交流油泵聯啟正常，廠用電切換正常，DCS操作員站顯示MFT首出為全爐膛火焰喪失。

3 事故原因分析

根據DCS操作員站顯示的MFT首出跳閘因素，確定鍋爐全爐膛火焰喪失保護動作是導致MFT發生的原因。因此重點安排查找鍋爐全爐膛無火信號觸發的原因。

該機組鍋爐全爐膛無火主保護信號的邏輯判斷示意如圖1所示。

從圖1可以看出，觸發全爐膛無火主保護信號動作可分為以下2種情況。

(1) A層或B層中任一煤層在等離子點火模式，且對應層四角等離子燃燒器至少3個角啟弧成功(煤火檢有火)15 s以上的情況下，所有煤層均發出火焰喪失信號。

圖1 鍋爐全爐膛無火主保護信號的邏輯判斷示意

(2) 在正常模式(即A，B層均不在等離子點火模式)，任一臺給煤機運行2 s以上的情況下，所有煤層均發出火焰喪失信號。

由于事故發生前，機組負荷為221 MW，鍋爐燃燒穩定， A，C，D 3臺磨煤機正常運行，因此全爐膛無火主保護信號是在第2種情況下觸發的。分析MFT發生前后1 min內各煤層層火焰及各角燃燒器火檢的趨勢可以看出，MFT發生時正在運行的A，C，D磨煤機對應煤層所有1號角火焰均檢測正常，為有火狀態，而2，3，4號角火檢有火信號突然同時消失。根據邏輯判斷，如果煤層燃燒器的4個角中有3個或以上角火檢發出無火信號即判斷為該煤層層火焰喪失，因此導致正在運行的A，C，D煤層均發出層火焰喪失信號，觸發了全爐膛無火MFT動作。

COEN公司的ISCAN智能一體化火焰檢測器把經光纖檢測到的火焰信號進行智能化處理，一方面把火焰強度(0～100 %)轉換成4～20 mA的模擬量信號輸出至DCS實時顯示，為運行人員對實際燃燒情況的監視調整提供依據。另一方面在火檢處理器中設定了一個閾值，當火焰強度高于12.5 %時，火焰檢測器會自動輸出一個代表有火的開關量信號至FSSS系統，用于判斷鍋爐火焰是否喪失保護。

從MFT發生前1s的報警記錄可知，在MFT之前1 s，所有煤層的2，3，4號角燃燒器火檢強度模擬量信號同時異常，發出報警，火焰強度瞬間同時從正常值突變至12.5 %以下，3，4號角火檢強度變為壞值，1 s后又自動恢復至0，而所有煤層的1角燃燒器火檢火焰強度未見異常。因此初步懷疑跳閘前所有煤層2，3，4號角燃燒器火檢處理器均同時發生了瞬間失電的異常情況。

火檢系統電源回路接線如圖2所示。從圖2可以看出，火檢系統共設計有廠用保安段和UPS供的2路220 VAC電源，分別經過直流電源轉換模塊變成24 VDC。2個電源模塊的24 VDC正端經過二極管后并接在一起，引出1根24 VDC正端母線供至FU保險端子排，在FU端子排上通過勾線互相并接后供至各煤層四角火檢處理器電源正端；2個電源模塊的24 VDC負端并接在一起后，引出1根24 VDC負端母線供至JX端子排，在JX端子排上通過勾線互相并接后供至各煤層四角火檢處理器電源負端。

對火檢系統就地電源柜各端子接線進行檢查，發現JX端子排第12端子(圖2中所示故障點)處24 VDC負端電源勾線接線松動。由于第12端子虛接，直接導致其下方12～26端子對應的所有煤層2，3，4號角火檢24 VDC電源負端浮空，使A～E層2，3，4號角的火檢處理器同時瞬間失電，火焰強度輸出同時變為0或壞值，并發出火檢無火信號，各煤層均有3/4火檢無火，構成所有煤層火焰喪失條件，觸發了全爐膛無火信號。

基于以上分析，造成這次機組跳閘的直接原因是火檢系統就地電源柜JX端子排第12端子接線松動，導致所有煤層2，3，4號角火檢處理器全部失電，鍋爐全爐膛無火主保護信號誤發引起MFT動作。

圖2 火檢系統電源回路接線

4 暴露的問題

(1) 隱患排查工作不深入細致。在機組基建和試生產期間未能及時發現火檢系統在供電回路設計上存在的安全隱患。由于所有火檢處理器24 VDC電源正、負極設計均采用1根導線通過在端子排上并聯勾線的供電模式，如果個別接線端子松動或接觸不良必然導致所并聯下方端子對應的所有火檢處理器全部失電，影響機組的安全穩定運行。

(2) 在設備管理和維護方面還存在不足。設備維護單位未嚴格按照要求對火檢系統就地電源柜進行定期檢查緊線工作，未能及時消除設備運行中可能存在的隱患，致使基建時接線施工工藝不良的端子接線在經過現場長時間運行后發生松動。

(3) DCS數據庫中部分重要輸入點報警設置不當，致使各角火檢無火、煤層火焰喪失等重要開關量信號動作未能在報警記錄中準確顯示，而是通過火檢強度模擬量報警信息和調取歷史趨勢后才得以

判斷確認，給事故的及時準確分析帶來不便。

5 改進及防范措施

5.1 火檢系統供電回路的改進

為了從根本上消除火檢系統存在的隱患，對火檢供電回路進行了改進。

(1) 將FU保險端子排(火檢24 VDC正端)左側各電源勾線拆除后更換成一組帶塑的短接片；將JX端子排(火檢24 VDC負端)左側各電源勾線拆除后，在端子排中間加裝固定橋接式短路連接片。消除因勾線接線松動造成電源中斷的隱患。

(2) 從D2二極管后增加1根電源母線(24 VDC正端)接至FU端子排的最下方端子，和端子排最上方原來的24 VDC正端母線構成環形冗余供電。從直流電源模塊負端增加1根電源母線(火檢24 VDC負端)接至JX端子排的最下方端子，和端子排最上方原來的24 VDC負端母線構成環形冗余供電。當其中某1根電源母線故障或端子排某一端子松動時，仍可通過另1根電源母線從另一方向供電，即使有一個端子松動也不會影響到其他火檢處理器的正常供電。從根本上消除了原設計供電方式所存在的隱患。

(3) 將A層1角火檢與A層2角火檢、E層1角火檢與E層2角火檢、D層2角火檢與D層3角火檢、A層3角火檢與A層4角火檢、E層3角火檢與E層4角火檢的24 VDC正端和負端分別在對應端子排左側端子處兩兩并接。短接線采用多股軟線，將2根軟線壓接成1個接線棒，并嚴格按照工藝標準進行緊固。當某一端子接線發生松動時，其他火檢處理器仍能保持端子排上下兩路電源母線的冗余供電，這就大大減小了某一端子接線松動產生的影響范圍，提高了火檢電源供電的可靠性。

5.2 加強設備維護和定檢工作

嚴格按照DL/T774-2004《火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程》中的要求和工藝標準，加強對現場熱工設備的檢修維護。定期對火檢系統就地控制柜、電源箱、接線盒等進行檢查、吹掃和整體緊線工作，緊線時要確保導線與端子接觸良好牢固，并舉一反三，對機組其他具備處理條件的系統控制柜采取可靠措施，并安排檢查緊線，對暫時不具備條件的系統控制柜，可利用最近的檢修機會進行全面檢查處理。

5.3 完善DCS系統數據庫報警設置

對DCS數據庫中各角火檢無火、煤層火焰喪失等重要開關量信號輸入點的報警設置進行修改，去掉報警屏蔽選項，并進行模擬傳動試驗驗證報警記錄的正確性。同時對數據庫中涉及機組主保護、重要輔機保護測點和主要設備監測狀態點的報警設置進行檢查完善，確保機組發生異常時DCS系統能夠準確地記錄所有的重要報警信息，為事故及時分析處理提供依據。

6 結束語

通過對這起火檢系統故障導致機組跳閘事故的原因和暴露問題進行分析，并采取有針對性的改進防范措施，消除了火檢系統存在的隱患，提高了鍋爐火焰檢測和滅火保護的可靠性，有效避免了類似事故的重復發生。

國電發[2000]589號《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》在關于防止鍋爐爐膛爆炸事故中明確要求：要加強鍋爐滅火保護裝置的維護與管理，熱工儀表、保護、給粉控制電源應可靠，防止因瞬間失電造成鍋爐滅火。這起機組跳閘事故充分暴露出在控制系統隱患排查和設備維護管理方面存在的不足，需要認真從中汲取教訓。要嚴格按照《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》和DL/T774-2004《火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程》的要求，切實做好控制系統隱患排查和現場設備的檢修維護工作，不斷提高保護可靠性，降低保護誤動幾率，保障發電機組和電網的安全穩定運行。

1 DL/T774-2004火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程[S]．北京:中國電力出版社，2005.

2 國家電力公司發輸電運營部．防止電力生產重大事故的二十五項重點要求[M]．北京:中國電力出版社，2001.