600MW亞臨界機(jī)組電動(dòng)給水泵異常啟動(dòng)分析及處理

天津大唐國(guó)際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司 張豐

1 電廠基本情況介紹

大唐盤山電廠4號(hào)機(jī)組為2002年投產(chǎn)的600MW亞臨界火電機(jī)組。電廠的給水系統(tǒng)由2臺(tái)50%容量汽動(dòng)調(diào)速給水泵和1臺(tái)30%容量電動(dòng)調(diào)速給水泵組成，正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，電動(dòng)給水泵備用，一旦有汽動(dòng)給水泵故障跳閘，電動(dòng)給水泵聯(lián)鎖啟動(dòng)。電動(dòng)給水泵泵體采用沈陽(yáng)水泵廠的50CHTA/6SP筒式多級(jí)離心泵，電機(jī)為上海電機(jī)廠的YKS800-4 6000KV 空冷電機(jī)，控制機(jī)構(gòu)采用福伊特R16K550.1液壓勺管調(diào)節(jié)式液力耦合器。

大唐盤山電廠DCS控制系統(tǒng)采用北京ABBBailey公司的Symphony Plus控制系統(tǒng)。整個(gè)控制系統(tǒng)按功能劃分為以下幾類：數(shù)據(jù)采集(DAS)、模擬量控制(MCS)、順序控制(SCS)、鍋爐爐膛安全監(jiān)控(FSSS)和電氣控制系統(tǒng)(ECS)等。

電廠的模擬量控制系統(tǒng)有P1、P2、P3三套控制機(jī)柜，P1主要進(jìn)行機(jī)組協(xié)調(diào)控制，P2主要進(jìn)行機(jī)側(cè)模擬量控制，P3主要進(jìn)行爐側(cè)模擬量控制。其中除氧器水位由P2進(jìn)行控制，同時(shí)P2控制柜對(duì)輸入的三路除氧器液位信號(hào)進(jìn)行低二值判斷并將信號(hào)分三路送至順序控制系統(tǒng)。

順序控制系統(tǒng)包括P11、P12、P13、P14、P15五套控制機(jī)柜，P11主要控制送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)和空預(yù)器等爐側(cè)設(shè)備，P12主要控制凝結(jié)水泵、部分真空泵、疏水系統(tǒng)和低加系統(tǒng)等汽機(jī)側(cè)設(shè)備，P13主要控制電泵、部分真空泵、計(jì)量泵和汽機(jī)側(cè)輔助水泵等，P14主要控制爐水循環(huán)泵、減溫水電動(dòng)門和爐側(cè)疏水設(shè)備，P15主要控制氣動(dòng)給水泵輔助設(shè)備。其中電泵及其附屬設(shè)備均由P13控制器進(jìn)行控制。

2 電泵異常啟動(dòng)過程

2017年8月27日盤山電廠4號(hào)機(jī)組因用電負(fù)荷低停機(jī)備用，電廠決定利用停備的機(jī)會(huì)完成DCS系統(tǒng)電源升級(jí)工作。DCS系統(tǒng)電源升級(jí)時(shí)需要將整套控制柜斷電停用，由于停備時(shí)運(yùn)行人員仍需要監(jiān)視部分設(shè)備狀態(tài)，因此升級(jí)工作決定分步進(jìn)行。即以半天為單位，每半天升級(jí)3～4套控制柜電源，升級(jí)完成后立刻上電恢復(fù)控制柜功能。

9月1號(hào)4號(hào)機(jī)組除主機(jī)密封油和潤(rùn)滑油系統(tǒng)運(yùn)行外，其他設(shè)備均處于停運(yùn)狀態(tài)。除氧器水已放盡，電泵輔助油泵停運(yùn)，電泵及汽前泵為送電狀態(tài)。當(dāng)天下午對(duì)P1、P2、P3三套控制柜電源進(jìn)行升級(jí)，P2控制柜在斷電上電的過程中，復(fù)位并發(fā)出了除氧器水位低低保護(hù)信號(hào)，該信號(hào)觸發(fā)電泵保護(hù)停指令（見圖1），電泵保護(hù)停指令觸發(fā)了電泵輔助油泵保護(hù)啟命令，電泵輔助油泵啟動(dòng)。輔助油泵啟動(dòng)順序（見表1）。

9月1日電泵輔助油泵自啟動(dòng)后無人發(fā)現(xiàn)，9月2日上午電廠人員繼續(xù)進(jìn)行P12、P13、P14三套機(jī)柜電源的更換工作。P13在斷電上電的過程中控制器初始化，同時(shí)觸發(fā)了汽泵跳閘保護(hù)啟電泵邏輯（圖2）與除氧器液位低低保護(hù)停電泵邏輯，由于保護(hù)啟的脈沖時(shí)間長(zhǎng)于保護(hù)停的時(shí)間，電泵保護(hù)啟動(dòng)。

表1 電泵輔助油泵啟動(dòng)事件記錄

9月2日11:50至12:37，電泵在無機(jī)封冷卻水條件下共運(yùn)行47分鐘，期間電泵軸承超溫。由于電泵保護(hù)停條件一直成立，其余保護(hù)停的信號(hào)無法觸發(fā)，最終由電廠運(yùn)行人員通過就地急停按鈕將電泵停運(yùn)。泵軸斷裂、泵的動(dòng)靜部分磨損嚴(yán)重，從泵軸的斷裂面看沒有相對(duì)旋轉(zhuǎn)及摩擦痕跡，現(xiàn)場(chǎng)拆解后泵軸自然斷裂分離。

分析認(rèn)為，電泵在無水狀態(tài)運(yùn)行47分鐘，期間運(yùn)行22分鐘后，平衡盤和平衡套摩擦產(chǎn)生高溫，造成平衡盤熔化，動(dòng)靜摩擦使扭矩過大造成泵軸產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)展，但仍然繼續(xù)帶動(dòng)泵軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)按下事故按鈕后，隨著轉(zhuǎn)速下降，出口管道內(nèi)的存水回流，熔化的金屬凝固造成動(dòng)靜部分抱死，扭矩進(jìn)一步增大，裂紋擴(kuò)展到強(qiáng)度極限斷裂。經(jīng)設(shè)備廠家檢查確認(rèn)，電泵需要返廠修理，工期預(yù)計(jì)30天，費(fèi)用預(yù)計(jì)60萬元。

3 電泵異常啟動(dòng)損失

電泵誤啟動(dòng)后，在無機(jī)封水的條件下運(yùn)行47分鐘。電泵運(yùn)行期間勺管開度在手動(dòng)10%位置一直未變，轉(zhuǎn)速在5700～5900 R/MIN波動(dòng)。電泵前置泵驅(qū)動(dòng)端、自由端軸承溫度最高分別為125℃、129℃；電機(jī)主泵側(cè)、前置泵側(cè)軸承溫度最高分別為97℃、94℃，電機(jī)線圈溫度最高85℃；主泵驅(qū)動(dòng)端、自由端軸承溫度最高分別為154℃、208℃，推力瓦溫度最高147℃，主泵機(jī)封水溫度驅(qū)動(dòng)端、自由端最高分別為106℃、97℃；耦合器軸承溫度最高166℃。總之，電泵各項(xiàng)溫度參數(shù)均遠(yuǎn)超過了保護(hù)定值。

停運(yùn)后，電泵主泵解體發(fā)現(xiàn)泵內(nèi)熔化金屬堆積、

圖1 保護(hù)停電泵邏輯

4 電泵異常啟動(dòng)分析及解決方法

4.1 電泵的特殊作用

電泵是給水系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的備用設(shè)備，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，一旦汽泵跳閘，電泵及時(shí)聯(lián)啟能夠最大程度保證發(fā)電負(fù)荷及給水的穩(wěn)定，有效防止負(fù)荷及汽包水位大幅波動(dòng)。

例如，2016年盤山電廠1號(hào)凝泵出口管道法蘭墊片損壞導(dǎo)致凝汽器真空急劇下降，影響兩臺(tái)凝泵向除氧器打水，除氧器水位低低導(dǎo)致兩臺(tái)汽泵跳閘，電泵及時(shí)聯(lián)啟，最終負(fù)荷在151MW穩(wěn)定下來，未發(fā)生機(jī)組解列事故。同年，電廠1號(hào)小機(jī)機(jī)封損壞，機(jī)械密封水溫度高保護(hù)觸發(fā)，1號(hào)小機(jī)跳閘，電泵聯(lián)啟。當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷480MW，由于電泵聯(lián)啟及時(shí)，負(fù)荷未受影響。

4.2 電泵邏輯的考量

電泵及時(shí)聯(lián)啟對(duì)于保證鍋爐給水不中斷有著重要作用，為了保證電泵及時(shí)聯(lián)啟，電泵保護(hù)啟動(dòng)邏輯進(jìn)行了最大限度的精簡(jiǎn)。當(dāng)汽泵跳閘時(shí)，僅需電泵本身無故障，電泵潤(rùn)滑油壓正常以及電泵入口門打開，電泵就可以啟動(dòng)。

為了保證電泵的保護(hù)啟動(dòng)，電泵邏輯還規(guī)避了一項(xiàng)電泵保護(hù)停信號(hào)，這項(xiàng)信號(hào)就是除氧器水位低。正常除氧器水位低低信號(hào)會(huì)保護(hù)停兩臺(tái)汽泵和電泵，但是常常汽泵停運(yùn)后，機(jī)組負(fù)荷會(huì)快速下降，除氧器水位會(huì)迅速升高，因此在汽泵停運(yùn)的同時(shí)電廠希望保留電泵運(yùn)行，保證機(jī)組只降負(fù)荷不停機(jī)。實(shí)現(xiàn)手法就是將汽泵跳閘聯(lián)啟電泵的脈沖時(shí)間設(shè)置為5秒鐘，避開除氧器液位低低停電泵的3秒脈沖。

4.3 電泵邏輯中的漏洞

原有邏輯過分注重電泵聯(lián)啟，忽略了電泵啟動(dòng)所帶來的危害。

第一，電泵無電氣故障、潤(rùn)滑油壓力正常并不能保證電泵的安全運(yùn)行。盤山電廠電泵之所以損壞就是由于電泵在沒有機(jī)械密封水，沒有負(fù)載的情況下高速運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致平衡盤和平衡套摩擦產(chǎn)生高溫，平衡盤高溫熔化，泵軸運(yùn)轉(zhuǎn)阻力增大，最終因阻力過大而斷裂。

第二，汽泵停運(yùn)不能保證除氧器水位上漲恢復(fù)到正常值，除氧器水位低低信號(hào)會(huì)屏蔽電泵其它保護(hù)信號(hào)，同時(shí)在低除氧器水位下運(yùn)行電泵可能發(fā)生汽蝕。盤山電廠事故說明如果除氧器水位低低未恢復(fù)，電泵其它保護(hù)信號(hào)將無法觸發(fā)，電泵會(huì)在沒有保護(hù)的條件下運(yùn)行，正是因?yàn)槊芊馑疁囟雀弑Ｗo(hù)未及時(shí)觸發(fā)導(dǎo)致電泵平衡盤高溫熔化，電泵損壞。另外，電泵在低除氧器水位工況下運(yùn)行，很容易發(fā)生汽蝕，這也是原來設(shè)計(jì)除氧器水位低低保護(hù)跳汽泵和電泵的主要原因。

4.4 防電泵誤啟動(dòng)方法

為了解決電泵誤啟動(dòng)的問題，同時(shí)兼顧電泵優(yōu)先啟動(dòng)的功能，決定從兩方面對(duì)電泵邏輯進(jìn)行優(yōu)化。第一方面，在保護(hù)啟動(dòng)電泵邏輯中增加汽機(jī)未跳閘的判斷項(xiàng)，保證汽機(jī)跳閘后電泵不會(huì)保護(hù)啟動(dòng)；第二方面，考慮除氧器水位低低跳汽泵啟電泵的特殊要求，同時(shí)保證電泵不因?yàn)槌跗魉贿^低而發(fā)生電泵汽蝕，決定對(duì)除氧器水位跳汽泵和跳電泵的定值分開設(shè)置。當(dāng)前除氧器水位低低跳汽泵和電泵的定值為小于1450mm，修改后除氧器跳汽泵的水位值修改為小于1500mm，跳電泵的定值為小于1400mm。

圖2 電泵保護(hù)啟邏輯

為了規(guī)避DCS控制器斷電重啟可能重新出發(fā)設(shè)備啟、停指令的風(fēng)險(xiǎn)，電廠規(guī)定所有涉及到控制器斷電重啟的工作，控制器重啟前要將所有開關(guān)量輸出卡件拔出。待控制系統(tǒng)上電正常后，過3～5分鐘再逐一恢復(fù)開關(guān)量輸出卡件。

5 總結(jié)

本文通過介紹盤山電廠電泵誤啟動(dòng)事件，提醒注意幾方面：控制器重啟有可能誤觸發(fā)設(shè)備啟動(dòng)、停止命令，在控制器重啟前斷開開關(guān)量輸出的方法，可以有效規(guī)避設(shè)備誤啟、停的風(fēng)險(xiǎn)；同一信號(hào)既能使設(shè)備保護(hù)啟動(dòng)，又能使設(shè)備保護(hù)停止是不合理的，需要對(duì)此類情況進(jìn)行關(guān)注；邏輯設(shè)計(jì)者必須了解設(shè)備特點(diǎn)，不具備啟動(dòng)條件的設(shè)備，不允許其啟動(dòng)。