等離子退出導致鍋爐MFT的事故分析

馮 博

（浙江大唐烏沙山發電有限責任公司，浙江 寧波 315722）

全爐膛滅火是火力發電廠鍋爐爐膛主保護中，一個動作比較多也是最重要的主保護。引起全爐膛滅火的原因很多，多數電廠采用等離子燃燒技術作為點火源，但在機組點火期間，等離子系統故障，易造成單臺磨煤機運行燃燒不穩，鍋爐滅火，最終導致鍋爐MFT動作[1]。本文以某超臨界600MW機組點火期間等離子系統故障退出，導致鍋爐滅火觸發MFT動作為研究對象進行了分析，并對如何預防處理提出了建議，以此為今后處理同類型問題提供借鑒。

1 事件概況及檢查

某電廠鍋爐為超臨界參數、一次中間再熱、滑壓運行，配內置式再循環泵啟動系統，固態排渣、單爐膛、平衡通風、Π型布置、全鋼構架懸吊結構、露天布置。制粉系統為中速磨正壓直吹系統，配置6臺HP1003型中速磨煤機。燃燒方式為前后墻對沖燃燒，采用30只低NOX軸向旋流燃燒器，前后墻各15只，分三層對稱布置。A層燃燒器配有5支油槍，油槍采用機械霧化噴嘴，B層燃燒器配等離子點火裝置。配置兩臺等離子載體風機，兩臺等離子冷卻水泵，等離子正常運行期間，載體風機和冷卻水泵均為一用一備。機組大修后點火，制粉系統B運行，鍋爐熱態沖洗，磨煤機B等離子方式下運行，等離子1～5號角拉弧狀態，等離子載體風機A運行，B備用。等離子冷卻水泵B運行，等離子冷卻水泵A備用。

圖1 鍋爐MFT全過程曲線Fig.1 Curve of the whole process of boiler MFT

1.1 事故經過

09月10 日05 時53分45秒，做6KV B段備用電源自投試驗。試驗過程中等離子冷卻水泵B跳閘，DCS聯鎖邏輯動作，啟動等離子冷卻水泵A，4s后，等離子冷卻水泵A啟動成功，期間等離子冷卻水母管壓力低開關動作，持續約3s。根據邏輯設置，等離子冷卻水壓低聯鎖退出等離子運行，B層火檢隨即全部消失，鍋爐實際已經滅火，鍋爐MFT。

1.2 檢查處理過程

檢查等離子冷卻水泵聯鎖啟動回路如圖2所示。

對整個回路進行檢查，結果如下：

1）等離子冷卻水泵電機DCS驅動級中停指令發出無延遲時間，且驅動級為標準形式。

2）對PLC內部邏輯進行檢查，指令下發回路及反饋回路均無延遲設置。

圖2 啟動回路Fig.2 Starting circuit

圖3 錄波儀記錄圖形Fig.3 Recording graph of wave recorder

3）會同繼保、電氣專業一同對等離子冷卻水泵做切換試驗，試驗方法為在等離子冷卻水泵B運行，A備用狀態下，停止冷卻水泵B運行，聯啟冷卻水泵A，期間用錄波儀進行記錄。錄波儀兩項分別接入等離子冷卻水泵B反饋通道接線端子及A啟動繼電器的線圈上。結果錄波儀記錄等離子冷卻水泵B停止到冷卻水泵A啟動，繼電器動作之間的時間為3.2s。即冷卻水泵聯啟的時間，大部分是DCS輸入輸出、PLC輸入輸出以及DCS通訊至PLC的時間。

圖4 等離子冷卻水泵電氣控制回路原始圖Fig.4 Original drawing of the electrical control circuit of the plasma cooling water pump

4）隨后對其他幾臺機組等離子冷卻水泵跳閘聯啟備用泵進行了試驗，試驗結果與此機組一致。

5）對涉及等離子冷卻水泵的DCS模塊進行檢查，等離子冷卻水泵啟停狀態及指令均通過FOXBORO的FBM224通訊卡件通訊至PLC，再由PLC下發指令和接收就地反饋信號。查看通訊卡件配置參數，掃描周期設置為1s，即DCS側下發指令和接收反饋的周期為2s，加上PLC的掃描周期和PLC與DCS間的通訊時間，占了聯鎖時間的絕大部分。

2 事件原因分析與預控

2.1 事件原因分析

根據檢查結果分析，得出如下結論：

等離子冷卻水泵聯鎖時間長，主要是由于DCS與PLC的掃描計算周期以及兩者之間的通訊時間造成。由于等離子系統指令下發和反饋接收均采用DCS與PLC的通訊方式實現，而DCS側使用的為FOXBORO的FBM224通訊卡件，由于點數較多，通訊量較大，因而在設計時將該模塊的掃描周期設置為1s，如果減小為0.5s或者更低，能夠達到減小整個聯啟過程時間的目的。但設置更低的掃描周期，會大幅度增加該卡件的通訊負荷率，很有可能造成通訊故障等嚴重問題，影響設備正常運行，而且設置到0.5s（0.5s為基礎掃描周期）也不能夠完全避免等離子冷卻水泵聯啟過程的時間。但該隱患在電氣專業進行等離子冷卻水泵就地控制回路優化后一直存在，但熱控專業未能通過修后試驗或技術監控發現問題，以便進行處理。

查看等離子冷卻水泵電氣回路原始設計圖如圖4所示[2,3]。

由圖4可見，最初等離子冷卻水泵AB之間設計了互鎖邏輯，即當一臺等離子冷卻水泵跳閘，冷卻水母管水壓低，另一臺等離子冷卻水泵立即聯啟。電氣專業在后期的改造中對等離子冷卻水泵就地控制回路進行了優化，取消了就地聯鎖功能，原本就地電氣回路的聯鎖全部改為上位機DCS實現。電氣專業進行改造時，未充分論證改造的可行性和可能導致的影響。

因此，本次異常是由等離子冷卻水泵B在6KV B段備用電源自投試驗中跳閘引起的；直接原因為等離子冷卻水泵就地電氣控制回路互鎖功能取消后，導致備用泵聯鎖啟動時間變長，冷卻水壓力建立不及時，等離子冷卻水壓低開關動作，導致等離子滅弧，燃燒器滅火，鍋爐MFT；遠方控制系統中，等離子冷卻水泵備用泵聯鎖指令由于DCS處理周期及通訊原因導致時間偏長的隱患一直存在，熱控專業未能通過修后試驗或技術監控發現問題并進行改造，是本次異常的間接原因。

2.2 預防措施

1）熱控專業盡快完善PLC邏輯組態軟件管理及PLC程序備份管理，保證就地所有控制系統均有邏輯備份、組態軟件及安裝程序。

2）完善等離子冷卻水泵定期切換試驗制度，規范在試驗中需要監視的參數。

3）為了徹底消除此次異常發現的隱患，應對等離子冷卻水泵系統進行改造，討論了以下3種改造方案，待相關專業認證審查后實施：

a）對就地電氣控制回路進行改造，恢復就地AB泵之間的聯鎖功能。

b）將就地冷卻水泵相關信號直接接入DCS，而不是通過PLC以通訊方式接入DCS。由DCS直接接收信號和下發指令，實現AB泵之間的聯鎖功能。

c）對工藝系統進行改造，將壓力合適、品質合格的工藝水，例如閉式水（需調研分析），引入等離子系統作為等離子冷卻水，保留等離子冷卻水泵作為緊急備用。這樣既可以避免主備泵切換對系統造成的影響，也能達到節能的目的[4-6]。

3 結語

經多專業聯合審核后，選擇將等離子冷卻水泵相關信號直接接入DCS系統。實施后沒有再發生等離子冷卻水泵故障聯啟時間長，觸發水壓低的問題，保證等離子設備能夠得到穩定的冷卻水源，提高了等離子冷卻水系統運行的可靠性和設備的使用壽命。