660 MW機組熱工保護誤動的原因分析和預(yù)防措施

王世朋，趙晉

(神華國能寧夏煤電有限公司，銀川 750011)

0 引言

隨著火力發(fā)電廠機組單機容量不斷增大以及發(fā)電設(shè)備、生產(chǎn)工藝日益復(fù)雜，機組運行工況變化隨負荷變動越來越頻繁。如果相應(yīng)的參數(shù)得不到有效控制，有些參數(shù)的超限很可能造成設(shè)備損壞和人身傷害，所以火力發(fā)電廠必須根據(jù)設(shè)備特性和運行條件配備可靠的邏輯保護。但隨著邏輯保護的不斷增加，越來越復(fù)雜的保護邏輯并沒有達到最優(yōu)效果，反而產(chǎn)生許多保護誤動，給設(shè)備正常運行帶來很大困擾。追根究底，并不是保護條件繁多，而是保護邏輯的設(shè)計有缺陷。以下結(jié)合保護邏輯優(yōu)化實例進行分析、總結(jié)。

1 邏輯保護的可靠性分析

邏輯保護對機組運行中的重要信號、參數(shù)進行實時監(jiān)視，一旦某些信號或參數(shù)出現(xiàn)越限，機組立即開啟或切除相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)來保障機組安全、穩(wěn)定運行，因此，保護邏輯的設(shè)計是一個至關(guān)重要的問題，執(zhí)行機構(gòu)、觸點狀態(tài)和監(jiān)測元件的優(yōu)質(zhì)、可靠是邏輯保護可靠的前提，保護邏輯的設(shè)計需考慮測點、硬件、電源等，所以設(shè)備冗余和危險分散是保護可靠的重要保障。設(shè)備冗余包括電源冗余、模件冗余、控制器冗余、網(wǎng)絡(luò)通信冗余等;危險分散包括重要信號采用多點監(jiān)視、傳感原件采用獨立取樣裝置、保護測點分散在不同卡件通道、重要設(shè)備分散在不同控制器等。以往很多保護邏輯只關(guān)注取樣測點及取樣裝置是否獨立、是否具有代表性，以及最終保護動作設(shè)計是否合理，而忽略了信號的傳輸過程。由于很多保護信號都是通過盤聯(lián)信號(不同控制器之間盤柜的硬接線信號)來輸送的，所以必須注意盤聯(lián)信號的發(fā)送、接收和傳輸問題。只有從信號采集、發(fā)送、傳輸、接收以及保護條件的觸發(fā)全面考慮，才能提高保護邏輯的可靠性［1］。

2 邏輯保護誤動的原因分析及預(yù)防措施［2－3］

2.1 執(zhí)行機構(gòu)狀態(tài)信號誤動

鴛鴦湖電廠某臺機組曾發(fā)生漿液循環(huán)泵跳閘，跳閘首出為入口門全關(guān)，原因為漿液循環(huán)泵入口電動門信號電纜絕緣損壞，入口門關(guān)到位信號誤發(fā)，造成漿液循環(huán)泵跳閘。原始邏輯設(shè)計為入口門關(guān)到位信號觸發(fā)保護跳閘漿液循環(huán)泵，通過對邏輯進行優(yōu)化，將保護條件更改為入口門開到位信號消失且關(guān)到位信號觸發(fā)保護跳閘漿液循環(huán)泵，這樣就保證了在執(zhí)行機構(gòu)真實動作后才觸發(fā)保護跳閘信號，避免了保護誤動。目前其他電廠也有類似邏輯問題存在，如泵的入口門全關(guān)信號保護、風(fēng)機的出口門全關(guān)信號保護等，因為執(zhí)行機構(gòu)的反饋信號無法和現(xiàn)場測點一樣實現(xiàn)多點監(jiān)視，無法實現(xiàn)單一信號的“3取2”邏輯判斷，所以要對設(shè)備保護條件進行權(quán)衡，通過邏輯優(yōu)化避免保護誤動。

2.2 硬件異常情況下的故障演變

鴛鴦湖電廠在正常運行過程中曾發(fā)生7支鍋爐螺旋管因壁溫異常而導(dǎo)致變壓器跳閘，原因為卡件底座異常，在線更換故障底座后機組恢復(fù)正常。但仔細深究發(fā)現(xiàn)，鴛鴦湖電廠的螺旋管水冷壁壁溫采用“82選7”的邏輯接入鍋爐主保護，即82個螺旋管壁溫度中有7個溫度超過跳閘值，鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)會觸發(fā)主燃料跳閘(MFT)。排查發(fā)現(xiàn)該7個溫度測點在同一個卡件上，由于邏輯對溫度測量設(shè)計有速率判斷和壞質(zhì)量切除功能，雖然本次異常沒有造成保護誤動，但誤動的風(fēng)險仍然存在。并且螺旋管壁溫測點所分布的卡件——162控制器的 305，306，307，308，309 卡件，163 控制器的305，306，307卡件各接入了7個水冷壁螺旋管壁溫測點，雖然每個溫度測點在邏輯設(shè)計里有速率限制，原則上單個卡件故障不會導(dǎo)致保護誤動，但如果卡件出現(xiàn)軟故障并且故障演變，溫度緩慢爬升，避開速率限制，則很可能發(fā)生螺旋管壁保護誤動。

鴛鴦湖電廠利用機組檢修機會，根據(jù)危險點分散的原則，新增加2套卡件，將原包含7個測點的卡件均分出一個測點接入每個新增卡件，保證每個卡件接入的螺旋管水冷壁壁溫測點不大于6個，排除卡件故障導(dǎo)致MFT的風(fēng)險。

很多電廠在保護核查時，焦點都集中在“3取2”保護測點、同側(cè)相與異側(cè)向測點及單點保護的測點上，而忽視了大批量的測點。如此次異常，溫度保護邏輯采用“82選7”是合理的，每個測點設(shè)置有速率判斷和壞質(zhì)量切除功能也是可靠的，原則上單個卡鍵故障不會造成保護誤動，但模件的故障狀態(tài)是不可預(yù)估的，如果故障演變避開了設(shè)計的速率判斷，就有產(chǎn)生誤動的可能。既然有條件來實現(xiàn)危險的分散，為什么不將風(fēng)險降到最低呢?測點分散是最基本的危險分散，但往往在大批量測點保護中被忽視。所以，對邏輯保護的排查一定要仔細、全面，確保保護的可靠性。

2.3 盤聯(lián)信號誤動

某電廠#2機組MFT保護動作，檢查分散控制系統(tǒng)(DCS)事故報警及事故追憶，確認MFT信號首先發(fā)出，然后聯(lián)鎖跳閘汽輪機和發(fā)電機，但無觸發(fā)MFT條件。檢查DCS，發(fā)現(xiàn)MFT某輸出卡件保險內(nèi)部熔絲由于長期過熱造成老化燒損，卡件上繼電器失電，接點閉合，造成MFT繼電器硬回路動作，機組跳閘。究其本質(zhì)原因為:鍋爐跳閘回路設(shè)計MFT指令信號由DCS判斷，然后分別通過2個卡件(#8控制柜的#1擴展柜C1，C2卡件)中間繼電器(無MFT信號時帶電吸合，常閉點斷開)輸出信號，“2取1”動作MFT繼電器。

這就暴露出了保護邏輯設(shè)計的不合理性。盡管2路MFT指令信號由DCS 2個不同卡件發(fā)出，但“2取1”邏輯設(shè)計非常不可靠。電廠在保護核查時習(xí)慣性地認為原始設(shè)計是正確的，但正確的并不一定是最優(yōu)的。鍋爐主保護拒動會造成嚴重后果，對于單純的2個信號“2取1”，極大地降低了保護拒動的可能，但也提高了誤動的概率。針對以上案例，與MFT輸出相關(guān)聯(lián)的任意一個卡件保險燒壞、任意一個中間繼電器接線松動、任意一個中間繼電器誤動、串聯(lián)在任意一個中間繼電器輔助觸點上的電纜短路都會造成機組跳閘。因此，電廠要在保護拒動和誤動之間進行權(quán)衡，采取更有效的辦法:從DCS其他通道再分散出一路跳閘輸出信號，將MFT硬回路改成“3取2”模式，同時避免了保護誤動和拒動。

雖然鴛鴦湖電廠DCS有6路MFT輸出，實現(xiàn)了信號分散，硬回路串、并聯(lián)設(shè)計也相當可靠，但不能將排查的焦點僅停留在DCS輸出MFT信號這一層面上。鴛鴦湖電廠通過仔細排查，發(fā)現(xiàn)了類似的誤動可能:鍋爐MFT條件之一“再熱器保護喪失”動作過程是由汽輪機側(cè)控制器發(fā)出2路再熱器保護喪失信號，通過硬接線盤連信號送至FSSS控制器，邏輯或判斷輸出跳閘信號，2路輸出信號由汽輪機側(cè)控制器不同的卡件發(fā)出，由鍋爐側(cè)不同的卡件接收，信號的傳輸采用2根獨立的電纜，信號的發(fā)送、傳輸和接收都是分散的，但只要有1路盤連信號誤發(fā)，就會觸發(fā)MFT。通過調(diào)整控制器通訊，從汽輪機控制器再輸出1路信號(再熱器保護喪失3)，在FSSS進行“3取2”邏輯判斷，輸出跳閘信號，實現(xiàn)熱工信號從源頭、中間盤連、最終接收到動作輸出的全面分散。

3 結(jié)束語

隨著火力發(fā)電廠技術(shù)的不斷革新，生產(chǎn)工藝的日趨復(fù)雜，發(fā)電設(shè)備日趨高度自動化和智能化，運行中的不可控因素也越來越多，所以電廠必須對邏輯進行優(yōu)化，通過提高邏輯保護的優(yōu)越性來保障機組的安全、穩(wěn)定運行。

［1］DL/T 261—2012火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)可靠性評估技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［2］關(guān)慶濤，張學(xué)慶.提高熱工保護可靠性及安全性對策［J］.黑龍江科技信息，2008(33):17.

［3］江寧.電廠熱工保護完善原則的探討［J］.福建電力與電工，2004，24(4):29 －30，43.