超超臨界機組間冷系統事故疏水控制可靠性優化

曹　陽，陳　昊，海　浩

（寧夏棗泉發電有限責任公司，銀川　750409）

0　引言

間接空冷系統因其經濟性的顯著優勢,在中國發電廠中的應用越來越廣泛[1]，特別是西北地區近年來間接空冷系統投運較多，但由于可靠性問題造成空冷散熱器損壞事故時有發生,給發電廠帶來嚴重的經濟損失[2-3]。寧夏棗泉發電廠一期工程（2×660 MW超超臨界燃煤機組，以下簡稱棗泉發電廠）汽輪機排汽冷卻采用表凝式間接空冷系統（簡稱間冷系統），空冷散熱器垂直立式布置在空冷塔外側一周，利用間接空冷塔排煙，煙囪布置在空冷塔內，簡稱“二塔合一”方案[4]。間冷塔防凍保護動作時，緊急泄放扇區冷、熱水，起到保護扇區的作用。當冷、熱水事故疏水閥開啟時，膨脹水箱內循環水將會被排空，膨脹水箱液位低于200 mm將會超馳跳閘循環水泵，凝汽器失去循環冷卻水迫使機組停運。因此冷、熱水事故疏水閥可靠與否，將直接影響機組的安全可靠運行[5]，而控制系統的配置與運行可靠性缺陷是設備故障的最主要原因[6-9]。

1　間冷系統事故疏水控制概述

棗泉發電廠間冷系統分別在冷、熱水管上各安裝1臺事故疏水閥，冷、熱水事故疏水閥單個閥門開啟，即可實現扇區、膨脹水箱和相關循環水管道緊急疏水的目的[10-12]。空冷系統各設備由億吉埃冷卻系統貿易（北京）有限公司整體提供，冷、熱水事故疏水閥采用ADSMS公司產品，閥門設計為液壓關閉、重錘開啟，冷、熱水事故疏水閥各配置1臺液壓油站。

冷、熱水事故疏水閥液壓油站配置1臺液壓油泵和1臺手動泵。在緊急情況下可通過手動泵打壓保持油站液壓油壓力正常，防止閥門誤動作。正常情況下，冷、熱水事故疏水閥液壓油泵由油壓開關聯鎖，油壓開關S4低于15 MPa啟泵，油壓開關S5高于19.5 MPa停泵。

如圖1所示，當V7與V8電磁閥均失電，油缸內活塞右側高壓油接通回油，閥門在重錘的作用下開啟；當V7與V8電磁閥任意帶電，高壓油與回油通路被阻斷，油缸內活塞右側充滿高壓油，閥門在油壓的作用下緩慢關閉。

2　疏水控制系統可靠性缺陷

2.1　電磁閥回路電源無冗余

由圖1可知，間冷系統事故疏水閥設計為雙電磁閥串聯控制，單個電磁閥帶電可使閥門關閉，2個電磁閥同時失電閥門打開。廠家設計間冷系統冷、熱水事故疏水閥均由間冷系統儀控電源柜供電，儀控電源柜至就地冷、熱水事故疏水閥均為單路供電，如圖2所示，控制電源失去則V7與V8電磁閥失電，導致冷、熱水事故疏水閥開啟，所以單路電源供電存在很大的安全隱患，需提高間冷系統冷、熱水事故疏水閥的電源可靠性。

2.2　控制箱24 V DC電源無冗余

1號、2號機間冷系統冷、熱水事故疏水閥就地控制箱內設置1個220 V AC轉24 V DC電源轉換器，輸入端220 V AC電源由間冷MCC（電動機控制中心）提供，輸出端24 V DC為就地控制柜內繼電器及行程開關提供電源，若出現電源轉換器故障或間冷MCC電源異常，均會導致閥門開啟，極大程度降低了事故疏水閥可靠性，對機組安全運行埋下了隱患。

圖1　間冷系統冷、熱水事故疏水閥油路示意

圖2　電磁閥回路電源無冗余

2.3　DCS關閥指令未實現冗余

在機組進入168 h試運行前DCS（分散控制系統）重要信號回路緊固過程中發現，DCS發送V7與V8得電指令在DO卡件處使用了跨接線，2個信號使用同1根公共零線，到就地四芯電纜僅使用了3根。當公共零線出現接線松動或者電纜損壞時V7與V8電磁閥同時失電，即將會導致事故疏水閥異常開啟，不滿足“二十五項反措”中重要信號全程冗余配置要求。

2.4　遠方開閥后油泵連續運行

在閥門運行過程中發現當閥門控制裝置在遠方位且DCS發出開閥指令后，V7與V8電磁閥失電，進油與回油打通油壓快速下降并低于15 MPa以下，油泵會一直運行，直至DCS再次發送關閥指令，油壓上升至19.5 MPa停泵或者疏水閥切至就地模式。

經檢查事故疏水閥控制柜電氣原理圖和控制柜內實際接線發現，閥門廠家設計有“油泵遠方啟允許”信號，當該信號出1，油泵投入油壓聯鎖，但DCS排卡中并未設計該信號，調試過程中用短接線將該信號短接，相當于油泵與油壓的聯鎖一直投入，最終導致遠方開閥油壓泄掉后油泵聯鎖啟動并連續運行。雖然回路滿足控制要求，但是遠方開閥后油泵連續運行會導致油泵壽命減少，增大維護成本，甚至可能造成油壓無法建立，閥門故障開啟導致機組跳閘。

2.5　閥門無法關到位

在機組調試期間，曾多次出現DCS遠方關閥時閥門無法關到位的情況。經檢查發現在DCS遠方關閥時，油泵聯鎖啟動閥門向關方向運行，當壓力達到19.5 MPa，油泵自動停止，但此時事故疏水閥尚未關到位。檢查閥門控制柜電氣原理圖發現，當閥門遠方關指令發出、壓力達到高值后，電氣硬回路聯鎖停止油泵運行導致油缸不再動作，閥門無法關到位。

2.6　綜合故障報警問題

閥門廠家設計有綜合故障報警信號（以下條件任意滿足）：

（1）發開閥指令5 min后未收到開到位反饋。

（2）發關閥指令5 min后未收到關到位反饋。

（3）油泵運行超過 5 min。

油泵運行超時報警可以判斷液壓油站運行狀態是否正常，但DCS中未予設計，且均未在大屏報警中體現出來。

2.7　緊急開閥為單按鈕設計

空冷系統事故疏水閥緊急開閥按鈕為單按鈕，存在人員誤操作、接線松動導致閥門誤動風險，當出現事故按鈕異常現象時易觸發事故疏水閥動作導致機組跳閘，為降低事故疏水閥誤動概率，須將事故疏水閥緊急開閥按鈕修改為雙按鈕并聯控制。

3　可靠性優化改造

3.1　電源與重要信號冗余改造

間冷系統冷、熱水事故疏水閥控制電磁閥V7由原設計回路供電，由工業廢水系統MCC間隔分別引接一路電源至1號、2號機就地間冷系統熱水事故疏水閥，在熱水事故疏水閥控制柜中增加F106與F107開關分別為熱水事故疏水閥V8電磁閥、冷水事故疏水閥V8電磁閥供電。原設計V8電磁閥供電回路取消，同時增加相應的電源失去報警送至DCS。

間冷系統冷、熱水事故疏水閥就地控制柜中各增加1個220 V AC轉24 V DC電源模塊（容量為72 W，3 A），電源模塊220 V AC輸入電源由新增的V8電磁閥電源引接，電源模塊24 V DC輸出與原有24 V DC模塊并接，并增加穩壓元件。改造完成后，任意一路電源失去或電源模塊故障均不會引起設備誤動。改造方案如圖3所示。

圖3　控制箱24 V DC電源冗余改造

重新鋪設電纜，將冷、熱水事故疏水閥V7與V8電磁閥指令信號分電纜、分電纜槽盒布置，改造完成后單個信號或者單根電纜故障均不會引起設備誤動，有效提升了事故疏水閥設備可靠性。

3.2　油泵油壓聯鎖回路改造

針對遠方開閥后油泵連續運行問題，如圖4所示，將柜內X22端子排2與4跨接、4與6跨接，改造后V7與V8任一電磁閥收到DCS得電指令后油泵即投入油壓聯鎖；若V7與V8電磁閥均無DCS得電指令，油泵便撤出油壓聯鎖，將遠方模式下DCS發送的關閥指令作為油泵投入油壓聯鎖的條件，避免遠方開閥后油泵連續運行。

圖4　油泵連續運行問題改造

對于閥門無法關到位問題，如圖5所示，油泵控制回路中原回路在遠方控制回路DCS發出關閉指令后，油壓在高于19.5 MPa工況下油泵停止運行。如果油缸響應時間長，則不能及時收到關到位信號，導致事故疏水閥不能完全關閉。將控制回路中d155繼電器的12端子與d221繼電器14端子短接，改為d221繼電器14端子與d153繼電器的14端子短接，改造后油泵聯鎖停運條件變為油壓高于19.5 MPa且事故疏水閥關到位。通過油泵控制回路改造解決了閥門無法關到位的問題，而且當機組正常運行過程中油壓緩慢泄放事故疏水閥關到位，油泵也會聯啟。

圖5　閥門無法關閉問題改造

3.3　綜合故障報警問題改造

在DCS邏輯中完成油泵運行超時報警邏輯，并加入空冷系統大屏報警中，報警發生時及時引起運行人員注意。

3.4　緊急開閥單按鈕改造

對于單按鈕存在誤動、誤操作隱患的情況，分別對冷、熱水事故疏水閥增加了1個緊急開閥按鈕（同時增加相應繼電器），采用雙按鈕串聯的方式，當單個按鈕動作或接線出現松動的情況下閥門不會動作，只有當2個按鈕同時按下，閥門才會緊急開啟。

4　應用效果測試

為保證改造完成后滿足間冷系統冷、熱水事故疏水閥能夠滿足供電回路和控制回路可靠性要求，確保閥門動作正常并能夠滿足正常運行需要，進行了如下試驗測試改造效果。

4.1　電源冗余切換試驗

（1）斷開間冷系統儀控電源柜主電源，冷、熱水事故疏水閥閥門V7電磁閥供電切換到間冷系統儀控電源柜UPS，V7與V8電磁閥均應帶電，閥門保持關閉狀態，并在DCS系統畫面報“間冷系統儀控電源柜主電源失去”。

（2）間冷系統儀控電源柜UPS放電完成后V7電磁閥失電（記錄UPS放電時間），V8電磁閥帶電，閥門保持關閉狀態，并在DCS系統報“間冷系統儀控電源柜UPS電源失去”。

（3）如圖6所示，斷開就地熱水事故疏水閥控制柜F105 B開關，熱水事故疏水閥V8電磁閥失電，熱水事故疏水閥閥門打開。

圖6　電磁閥電源冗余切換試驗示意

（4）斷開就地冷水事故疏水閥控制柜F105 A開關，冷水事故疏水閥V8電磁閥失電，冷水事故疏水閥閥門打開。

（5）恢復電源柜內各開關，使冷、熱水事故疏水閥V7與V8電磁閥均帶電，并確認閥門已正常關閉。

（6）斷開就地熱水事故疏水閥控制柜內F106 B開關，熱水事故疏水閥V7電磁閥失電，熱水事故疏水閥V8電磁閥帶電，熱水事故疏水閥應處于關閉狀態。

（7）斷開就地冷水事故疏水閥控制柜內F106 A開關，冷水事故疏水閥V7電磁閥失電，冷水事故疏水閥V8電磁閥帶電，冷水事故疏水閥應處于關閉狀態。

（8）斷開就地冷水事故疏水閥控制柜內F105 A開關，冷水事故疏水閥V7與V8電磁閥均失電，冷水事故疏水閥打開。

（9）斷開就地熱水事故疏水閥控制柜內F105 B開關，熱水事故冷水閥V7與V8電磁閥均失電，熱水事故疏水閥應打開。

（10）試驗完成后，恢復系統。

4.2　閥門開關動作試驗

（1）將間冷系統冷、熱水事故疏水閥開關切換至遠方位置，遠方操作閥門開關應正常，閥門指示燈正常，遠方開閥后油泵能夠正常停運。

（2）將間冷系統冷、熱水事故疏水閥開關切換至就地位置，就地操作閥門開關應正常，閥門指示燈正常。

（3）將間冷系統冷、熱水事故疏水閥開關切換至遠方位置，單獨按下緊急開閥按鈕，閥門應保持關閉狀態，單獨按下緊急開閥按鈕，閥門應保持關閉狀態，2個按鈕同時按下后，閥門開啟。

（4）試驗完成后，按復位按鈕，恢復系統。

5　結語

棗泉發電廠間冷系統事故疏水閥控制回路改造后經現場試驗，冷熱水事故疏水閥動作正常，原回路中存在的問題得到根除，使間冷系統事故疏水閥控制回路更加可靠。同時通過對間冷系統事故疏水閥控制回路的可靠性分析以及技術改造過程的闡述，有利于提高熱控人員對控制方法的理解力，培養了熱控人員主動發現熱控系統不可靠因素的能力，防范于未然。