燃機(jī)發(fā)電機(jī)功率回路問題引起的機(jī)組跳閘分析及改造

李 鯤

（江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011）

燃機(jī)發(fā)電機(jī)功率回路問題引起的機(jī)組跳閘分析及改造

李 鯤

（江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011）

由于燃機(jī)發(fā)電機(jī)有功功率回路設(shè)計(jì)不合理，運(yùn)行中的燃機(jī)發(fā)電機(jī)電壓互感器在斷線處理中引起機(jī)組跳閘，通過分析找出原因并進(jìn)行了改造。

燃機(jī)發(fā)電機(jī)；功率回路；控制邏輯；改造

隨著節(jié)能減排的實(shí)施，近年來燃機(jī)電站投產(chǎn)日益增多，由于燃機(jī)自動化程度高、邏輯復(fù)雜，往往在設(shè)計(jì)基建中的隱藏問題會帶來較大的安全隱患。下面結(jié)合實(shí)際，針對燃機(jī)發(fā)電機(jī)電壓互感器回路及燃燒調(diào)整的邏輯進(jìn)行了分析，供同行參考。

1 設(shè)備概述

某電廠2011年底新投產(chǎn)兩臺220MW三菱M701DA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃機(jī)和汽輪機(jī)分軸布置，燃機(jī)發(fā)電機(jī)采用東方電氣的 QFR-165-2-15.75發(fā)電機(jī)，額定有功功率150MW，每臺發(fā)電機(jī)出口有兩組電壓互感器分別命名為1YH、2YH，電壓互感器采用大連北方互感器公司的 JDZX9-15Q全封閉戶內(nèi)單相電壓互感器，三相電壓互感器共6個初級小車；發(fā)電機(jī)自并勵勵磁方式，一套勵磁柜運(yùn)行、另一套備用。

燃機(jī)控制系統(tǒng)采用三菱重工開發(fā)的 DIASYS Netmation控制系統(tǒng)，由3部分組成，即TCS燃機(jī)控制系統(tǒng)、TPS燃機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和CPFM（Combustion Pressure Fluctuation Monitor）燃燒壓力波動監(jiān)視系統(tǒng)。

2 CPFM保護(hù)原理

M701DA燃機(jī)采用預(yù)混燃燒模式，該模式是為了降低氮氧化物排放并提高燃燒效率。但是預(yù)混燃燒的穩(wěn)定范圍比較窄，不能適應(yīng)燃機(jī)在大范圍內(nèi)變工況運(yùn)行的需求，尤其在低負(fù)荷工況下容易熄火。預(yù)混燃燒的另外一個副作用是易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象———聲波、流體力學(xué)和放熱之間相互作用。振蕩出現(xiàn)時，會伴隨著放熱量和壓力的大幅波動。若外界因素發(fā)生變化，劇烈的聲光釋放又會產(chǎn)生大量的熱量，反過來又加劇了聲光的釋放，激發(fā)壓力波動的產(chǎn)生。燃燒室壓力波動會引起燃燒不穩(wěn)定，影響機(jī)組正常運(yùn)行，嚴(yán)重的燃燒波動會導(dǎo)致熱部件的損壞。

三菱為燃機(jī)配備了 CPFM 作為燃燒監(jiān)控的手段，并提供保護(hù)功能。M701DA燃機(jī)的CPFM采用9個壓力波動傳感器，檢測10個頻段的壓力波動。同一頻段任兩個壓力波動傳感器達(dá)到高報警值，并RUNBACK；同一頻段任兩個壓力波動傳感器到達(dá)高高限值延時10s跳機(jī)。燃燒壓力波動保護(hù)定值見表1。

表1 燃燒壓力波動保護(hù)定值

3 事件經(jīng)過

2013年某日，燃機(jī)側(cè)有功功率83MW，燃機(jī)發(fā)電機(jī)“電壓互感器回路斷線”報警，運(yùn)行人員檢查發(fā)現(xiàn)燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵磁柜已從A柜切換至B柜，保護(hù)柜內(nèi)阻抗、失磁等帶電壓量的保護(hù)均被閉鎖。在“1YH”次級小開關(guān)處測得B相電壓為0，A、C相電壓正常；2YH次級三相電壓正常，判斷為“1YH”電壓互感器B相初級熔絲熔斷，并詢問熱控專業(yè)停用電壓互感器對燃機(jī)無影響情況下，對1YH進(jìn)行停電檢查。在壓變停用過程中，燃機(jī)跳閘。

4 事故時序

1）0∶31，燃機(jī)側(cè)TCS發(fā)“GT PT FAILURE”（發(fā)電機(jī)電壓互感器故障），“GT AC POWER SUPPLY FAILURE”（發(fā)電機(jī)交流采樣故障）報警，DCS畫面“燃機(jī)發(fā)電機(jī)出口PT斷線”。由運(yùn)行、檢修部門專工到場進(jìn)行檢查、判斷。

2）3∶56∶10，進(jìn)行停用1YH壓變操作。此時負(fù)荷從83MW突降至57MW，IGV（可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉）從22.4%突關(guān)至1.1%，燃機(jī)側(cè)燃燒劇烈波動。

3）3∶36∶15 #7、9、11壓力波動MID2（中2）段報警；3∶36∶16 #3壓力波動MID2段超跳機(jī)值；3∶36∶19 #9、11壓力波動MID2段超跳機(jī)值；3∶36∶20燃機(jī)跳閘（如圖1所示）。

圖1 燃機(jī)功率與CPFM曲線圖

5 原因分析

處理電壓互感器初級熔絲熔斷故障可以在線進(jìn)行，因?yàn)殡妷夯ジ衅鞴收虾笤斐傻挠绊懸寻l(fā)生，但此次處理為何會造成有功負(fù)荷劇烈波動造成燃機(jī)跳閘，經(jīng)對燃機(jī)控制系統(tǒng)采錄曲線分析和現(xiàn)場調(diào)查，原因如下。

1）在跳機(jī)后，更換初級熔絲時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場 1YH初級熔絲完好，測量實(shí)際為“2YH”初級熔絲熔斷，一次二次接線不對應(yīng)。經(jīng)比對圖紙發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電壓互感器柜廠家設(shè)計(jì)與電力設(shè)計(jì)院圖紙不符，而基建期間施工單位在接線時發(fā)現(xiàn)圖紙問題并未向業(yè)主交代。現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行標(biāo)示牌則按照設(shè)計(jì)院圖紙布置，導(dǎo)致運(yùn)行人員停錯了電壓互感器。

2）燃機(jī)控制系統(tǒng)采樣的三個有功變送器的電壓量均接至2YH的次級，當(dāng)斷開2YH B相二次回路時，進(jìn)入有功功率變送器的B相采樣失去，三個有功變送器輸出都下降1/3。

3）在燃機(jī)控制系統(tǒng)邏輯組態(tài)中，三個有功信號采取三取中方式，此種接線及邏輯組態(tài)在三個輸入信號錯誤時，則輸出信號失真。功率回路接線及邏輯組態(tài)在單一變送器故障或斷線時能起作用，當(dāng)發(fā)生兩個以上變送器故障時將會造成燃機(jī)控制系統(tǒng)誤判。

圖2 改造前的燃機(jī)發(fā)電機(jī)有功變送器接線

圖3 改造前的燃機(jī)發(fā)電機(jī)有功輸出邏輯

4）控制系統(tǒng)中負(fù)荷設(shè)定值與采樣到的負(fù)荷出現(xiàn)偏差，燃機(jī)自動增加燃料量以提升出力。但是由于采樣負(fù)荷下降，又造成IGV自動關(guān)閉、燃燒旁通閥打開。燃機(jī)燃燒器運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況，導(dǎo)致燃燒異常燃燒壓力波動增大超過跳機(jī)值導(dǎo)致燃機(jī)跳閘。

5）燃機(jī)的有功功率變送器回路及邏輯組態(tài)存在安全隱患，有功信號的電壓均采樣自同一個電壓互感器，缺少冗余，在正常運(yùn)行中，電壓互感器初級熔絲熔斷、二次回路故障、人為誤操作均可能造成機(jī)組跳閘，存在非常大的安全隱患。

6）新投產(chǎn)機(jī)組，生產(chǎn)人員對機(jī)組的邏輯、接線不熟悉，不能有效做到安全風(fēng)險預(yù)控。

6 功率回路的改造

根據(jù)以上分析，可以從電壓互感器二次接線、功率回路改造、燃機(jī)控制系統(tǒng)邏輯3個環(huán)節(jié)著手。利用機(jī)組小修機(jī)會，對同期投產(chǎn)的兩套燃機(jī)發(fā)變組電壓互感器回路及功率回路進(jìn)行了改造，對燃機(jī)控制系統(tǒng)組態(tài)邏輯進(jìn)行了修改。

1）按照電力設(shè)計(jì)院竣工圖對燃機(jī)發(fā)電機(jī)電壓互感器回路進(jìn)行整改，采取不動二次回路，只更改電壓互感器本體位置的方法進(jìn)行改造，并對標(biāo)示重新張貼，使一次、二次接線相對應(yīng)。并在整改后首次開機(jī)時進(jìn)行電氣試驗(yàn)驗(yàn)證接線正確性。

2）如圖4所示，在原有三只（#1、2、3）有功變送器的基礎(chǔ)上，新增加一只同型號的有功變送器（#4有功變送器），將原有的2組PT，分別接入4個有功變送器。其中#1、3有功變送器取自1YH，#2、4有功變送器取自2YH。

圖4 改造后的燃機(jī)發(fā)電機(jī)有功變送器接線

3）TCS系統(tǒng)邏輯改為#3和#4有功變送器輸出值取高后再與#1、#2有功變送器輸出值取中。

經(jīng)過以上3項(xiàng)改造措施的實(shí)施，確保了發(fā)電機(jī)任一個電壓互感器運(yùn)行中故障或停用，均不會因?yàn)楣β驶芈吩蛟斐扇紮C(jī)的非正常運(yùn)行。

圖5 燃機(jī)發(fā)電機(jī)有功輸出邏輯

7 結(jié)論

目前國內(nèi)部分燃機(jī)可能仍存在取一個電壓互感器采樣作為機(jī)組有功判斷的接線和邏輯。在發(fā)生同樣問題時仍可能造成嚴(yán)重的后果，必須高度重視這一問題。

通過對燃機(jī)發(fā)電機(jī)有功功率回路發(fā)生問題的分析及改造，解決了燃機(jī)運(yùn)行中存在的安全隱患。在機(jī)組設(shè)計(jì)、基建、施工、運(yùn)行中，必須全面考慮設(shè)備安全運(yùn)行的各種因素，及時發(fā)現(xiàn)解決問題，確保機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

［1］吳海斌.M701F燃機(jī)燃燒室壓力波動監(jiān)視系統(tǒng)及其

聯(lián)鎖保護(hù)功能［J］.熱力發(fā)電，2010（1）：80-82，85.

李 鯤（1976-），男，工程師，從事發(fā)電廠電氣運(yùn)行技術(shù)管理工作。