印尼Indomayu電廠高壓缸保護誤動的分析及處理

蔡國保，劉國弼，趙軍峰，安 欣

（西安熱工研究院有限公司，西安 710032）

印尼Indomayu電廠3×330 MW機組的鍋爐是由北京巴布科克·威爾科克斯有限公司制造的亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛、自然循環、平衡通風、固態排渣、前后墻對沖燃燒汽包鍋爐，型號為B&WB-1050/18.44-M，汽輪機為北京北重汽輪電機有限公司制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸三缸雙排汽凝汽式汽輪機，型號為N330-17.75/540/54，采用中壓缸啟動方式。設計了50%高壓和2×35%低壓兩級串聯旁路。

1 中壓缸啟動過程

為了縮短啟動時間，節省啟動成本，同時為減小高、中壓轉子的壽命損耗，降低對再熱器管道材質的要求，設計采用中壓缸啟動模式。

中壓缸啟動是指在沖轉時高壓缸不進汽而由中壓缸進汽沖動轉子，待轉速至3 000 r/min且機組并網后，才逐步向高壓缸進汽的啟動方式，汽輪機組蒸汽系統如圖1所示。啟動時，首先開啟高壓排汽倒暖閥，關閉高壓缸抽真空閥。高壓缸抽真空閥的作用是在汽輪機高壓缸溫度達到一定水平及高壓缸進汽之前用于高壓缸抽真空，以防止高壓缸末級葉片因鼓風摩擦而發熱損壞。然后通過高、低壓旁路閥調節再熱汽壓力，對高壓缸進行預暖。

圖1 汽輪機蒸汽系統示意

當中壓主汽門前蒸汽溫度高于360℃時，通過中壓調節閥控制汽輪機轉速至1 000 r/min，進行暖缸，此時高壓排汽倒暖閥仍保持開啟狀態，高壓缸抽真空閥處于關閉狀態。

當高壓外缸溫度達到190℃時，高壓排汽倒暖閥自動關閉，高壓缸抽真空閥自動開啟，此時可升速至同步轉速，并網帶初負荷，中調門隨著轉速或負荷升高逐漸開大。

當機組負荷為35～45 MW，主汽壓力高于4 MPa、主蒸汽溫度高于380℃時，機組將自動切至高壓缸運行模式，運行人員也可通過操作盤上的切換按鈕選擇自動或者手動切缸。在切缸時，高壓主汽門開啟，高壓旁路閥逐步關閉，高壓缸抽真空閥自動關閉，隨后高壓排汽逆止門自動開啟，機組進入高壓缸控制模式（GC）。

2 高壓缸保護邏輯

本機組的高壓缸保護有以下幾項：

（1）高壓外缸排汽金屬溫度達到420℃，延時2 s，汽輪機自動跳閘。

（2）汽輪機轉速低于1 050 r/min（高壓缸暖缸）時，若高壓缸排汽逆止閥壓力高于1.7 MPa，延時2 s，汽輪機自動跳閘。

（3）當汽輪機轉速高于1 050 r/min（高壓缸真空）且高壓調節閥關閉時，如果啟動時高壓缸排汽壓力高于0.14 MPa，且延續時間超過4 min，汽輪機自動跳閘。

（4）高壓缸抽真空閥動作保護跳閘的邏輯功能作用范圍分3部分。

在中壓缸模式（即IC模式）暖機期間汽機轉速低于1 020 r/min且高壓缸上半金屬溫度低于190℃時，如果高壓缸抽真空閥在關閉指令發出110 s后仍未完全關閉，發高壓缸抽真空閥未關保護信號。

中壓缸模式下，汽機轉速高于1 020 r/min且高壓缸上半金屬溫度高于190℃（即暖缸結束）時，如果高壓缸抽真空閥在開指令發出后延時110 s仍未完全開啟，發高壓缸抽真空閥未開保護信號。

高壓缸模式且負荷大于40 MW時，如果抽真空閥打開，發高壓缸抽真空閥未關保護信號。

以上邏輯是在DEH系統經過邏輯判斷后由2個繼電器送至ETS硬跳閘板回路的，在ETS首出面板分別用高壓缸保護動作1，2進行標記。如圖2所示，任意1路繼電器動作，就直接跳閘汽輪機。其中，上述邏輯的前3項通過高壓缸保護邏輯1實現并通過1號繼電器硬回路送至ETS（見圖3）。第4項保護通過高壓缸保護邏輯2由2號繼電器硬回路送至ETS（見圖4）。

圖2 ETS首出

3 事故及處理

3.1 事故經過

圖3 高壓缸保護邏輯1

在機組試運啟動期間，機組負荷39.85 MW，主汽壓力5.56 MPa，主汽溫度390℃，高壓缸上缸金屬溫度194℃，高壓缸排汽壓力65.1 kPa，高壓缸抽真空閥（即VV閥）在全開位，此時機組以中壓缸模式運行。運行人員在操作盤上按下切缸按鈕后，高壓主汽門首先開啟，待高壓主汽門完全開啟后開始關高壓排汽倒暖閥，完全關閉之后開始關VV閥，就在VV閥剛剛離開全開位置時，機組突然發出跳閘信號，導致切缸失敗。ETS首出記錄為高壓缸保護動作。

3.2 事故分析

事故發生后，通過在歷史工作站中查找高壓缸保護1號、2號繼電器的動作狀態，發現1號硬回路繼電器在整個沖轉過程中一直處于低電平狀態（即保護未動作），沒有異常變化，而2號硬回路繼電器在VV閥的全開信號消失瞬間，立即由低電平跳至高電平（保護動作），因此確認是2號繼電器動作。

查看歷史趨勢和分析圖4所示邏輯中的抽真空閥未開邏輯后，確認此邏輯在機組從啟動到帶負荷初期完全能夠滿足機組安全穩定運行要求。但在切缸過程中，因為圖4中壓缸模式BI01信號（即IC控制模式）由狀態“1”翻轉為狀態“0”的條件是切缸完成，也就是邏輯中將切缸的動作過程歸屬于中壓缸啟動模式，而切缸完成的條件是高調門控制負荷、中調門全開，這就使得圖4的邏輯在切缸過程中保護所要求的高壓缸上缸金屬溫度高于190℃和轉速高于1 020 r/min 2個條件早已滿足（此條件也是中速暖機完成條件），同時高壓缸抽真空閥在高壓缸上缸金屬溫度高于190℃時自動開啟，并一直保持到切缸。也就是說，上述參數除真空閥未開沒有滿足邏輯保護要求外，其余參數均已滿足。此時當機組在切缸過程中，一旦系統要求關閉高壓缸抽真空閥，當抽真空閥離開全開位時，就會發生抽真空閥未開保護動作，導致切缸失敗。

經過仔細研究邏輯，結合機組的運行情況，判定抽真空閥未開的保護主要是針對在中壓缸模式下進行真空閥暖缸時，如果抽真空閥未開，則高壓缸保護動作，防止因高壓缸鼓風摩擦而使高壓排汽缸溫度超過規定值，此保護僅限于切缸前的作用范圍，而不能作用于切缸過程。而現有的邏輯組態中僅通過BI01信號的翻轉來界定中壓缸抽真空閥未開的保護范圍，很容易把切缸過程誤認為中壓缸控制模式，導致在切缸過程中高壓缸保護誤動。但如果把中壓缸控制模式定義在切缸過程開始之前結束，就能避免切缸過程中的保護誤動，從而使機組切缸順利完成。因此本次事故的主要問題在于組態設計時對高中壓模式切換時邏輯保護作用的有效范圍界定存在偏差。

圖4 高壓缸保護邏輯2

3.3 事故處理

經過分析和討論，提出了2種解決方案：

（1）方案一：將110 s的延時放在最后1個與門的后面，即當所有跳閘條件都滿足時再延時110 s后輸出跳機信號。此種方案原則上是可行的，但實際上延時時間110 s是遠遠不夠的，因為整個切缸時間需要3～4 min，而且根據機組參數的不同還會有所變化，因此無法用固定的時間來適應機組的多次啟動。

（2）方案二：結合機組的切缸過程，當中壓缸模式切至高壓缸模式時首先要開啟高壓主汽門，高壓主汽門開啟后，自動關閉高壓缸抽真空閥。因此，可在邏輯中加入高壓主汽門狀態判斷，一旦高壓主汽門開啟，就認為是高壓缸控制模式。因為在中壓缸模式時高壓主汽門始終保持全關（機組做主汽門嚴密性試驗時除外），因此只要避開主汽門的嚴密性試驗過程，就能使機組順利過渡到高壓缸模式。本機組采用第二種優化方案，如圖5所示。

考慮到機組的試驗工況，當機組進行主汽門嚴密性試驗時，系統自動切至中壓缸模式，此時高壓主汽門全關會導致高壓缸保護動作，因此需增加高壓主汽門嚴密性試驗閉鎖信號。

3.4 事故反思

通過本次事故，進一步反思為什么在國內已經非常成熟的中壓缸啟動模式，在海外項目上會出現如此事故，尤其是DEH這種相當成熟且程序比較固定的邏輯控制系統。分析認為不僅是系統設計時對保護作用范圍的認識（即保護邏輯何時有效）存在偏差，也有本控制系統的邏輯可讀性差的因素。

本機組的DEH系統采用福克斯波羅控制公司的ICC組態軟件，用語言編程的方式進行組態。同以往的模塊化窗口組態不同，語言編程的最大缺陷就是可讀性差，對潛在缺陷不能及時發現，容易造成系統漏洞。

4 結論

（1）本次事故的主要原因在于：組態設計時對高中壓模式切換時邏輯保護作用有效范圍的界定存在偏差，因此當高壓缸保護正常投入時，必然會導致在機組由中壓模式切至高壓模式時出現保護誤動。

（2）通過邏輯優化后，機組在切缸過程中和主汽門試驗期間能運行穩定，未發生保護誤動情況。

圖5 優化的高壓缸保護邏輯

（3）在以后同類型機組調試期間，對于存在過渡工況的系統，不能簡單的用“是”與“非”時，應特別注意保護邏輯在組態時的作用范圍，明確保護功能所指定的特定工況范圍，以便提早發現并排除工程中的隱患。

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