中小熱電廠主設(shè)備保護(hù)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)優(yōu)化

陳文強(qiáng)

（福建省石獅熱電公司，福建石獅 362700）

0 引言

隨著電廠設(shè)備運(yùn)行控制的自動(dòng)化水平不斷提高，主要設(shè)備的保護(hù)與聯(lián)鎖設(shè)置合理性及準(zhǔn)確性，已經(jīng)成為機(jī)組安全、連續(xù)和穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，電廠熱工專(zhuān)業(yè)與相關(guān)專(zhuān)業(yè)密切配合愈發(fā)顯得重要。下面就某電廠新投運(yùn)機(jī)組在日常運(yùn)行中暴露出的聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)置不夠完善以及針對(duì)性改進(jìn)的案例進(jìn)行分析，期望為其他小規(guī)模機(jī)組在設(shè)計(jì)與調(diào)試方面起到借鑒作用。

1 案例

某電廠成立于1997 年，屬于工業(yè)集控區(qū)集中供熱配套的熱電聯(lián)產(chǎn)方面熱電企業(yè)。第一套機(jī)組在1998 年投產(chǎn)運(yùn)行，隨著集控區(qū)熱需求不斷提升，逐步發(fā)展為包括2×75 t+1×145 t 循環(huán)流化床鍋爐配套2×6 MW+1×22 MW 抽背機(jī)組規(guī)模，年供熱超400 萬(wàn)GJ 的熱電企業(yè)。因集控區(qū)推廣中溫中壓供熱工藝，根據(jù)需求將原6 MW 的背壓機(jī)組拆除，新上1 套145 t 超高壓循環(huán)流化床鍋爐+22 MW 抽背機(jī)組。爐機(jī)分別于2014 年和2017 年投產(chǎn)，由于設(shè)計(jì)統(tǒng)籌方面不足，整個(gè)機(jī)組在調(diào)試組織方面主要依賴(lài)于公司自身專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員與廠家協(xié)調(diào)配合。特別是在一些保護(hù)項(xiàng)目定值與邏輯設(shè)置的科學(xué)性、合理性方面，仍存在較大不足。投運(yùn)前系統(tǒng)性的仿真調(diào)試不夠完整。導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行中暴露出一些問(wèn)題，現(xiàn)就該電廠新機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，在保護(hù)聯(lián)鎖方面發(fā)現(xiàn)的不足與解決方案進(jìn)行分析。

案例1 145 t 鍋爐主給水泵聯(lián)鎖的備用泵工頻自啟聯(lián)鎖設(shè)計(jì)存在不足。2014 年新投運(yùn)的5 號(hào)鍋爐是1 臺(tái)定制設(shè)計(jì)的超高壓循環(huán)流化床鍋爐，主汽額定壓力為13.7 MPa。為確保給水安全，配套2 臺(tái)1DGB-12 型多級(jí)臥式離心式電動(dòng)給水泵，2 臺(tái)給水泵電機(jī)共用1 臺(tái)變頻器。正常情況下1 運(yùn)1 備（1 臺(tái)變頻運(yùn)行、1 臺(tái)工頻備用），給水泵由汽機(jī)給水崗位監(jiān)盤(pán)，鍋爐給水總閥由該爐司爐崗位監(jiān)盤(pán)。水泵備用聯(lián)鎖（初始）機(jī)制如下。

（1）當(dāng)運(yùn)行中的（正常由變頻器拖動(dòng)）給水泵變頻器故障時(shí)，將自動(dòng)切換為該運(yùn)行給水泵工頻（旁路）運(yùn)行；

（2）如果運(yùn)行泵故障（故障信號(hào)）或者跳閘（斷路器信號(hào)），則馬上啟動(dòng)備用工頻泵。

聯(lián)鎖（1）（2）項(xiàng)在日常運(yùn)行中觸發(fā)后，一個(gè)重要內(nèi)容就是水泵工頻直接啟動(dòng)（正常由變頻調(diào)節(jié)給水壓力時(shí)，日常運(yùn)行中為減少節(jié)流能耗損失，鍋爐給水母管出口調(diào)節(jié)閥都處在接近“全開(kāi)”狀態(tài)，如98%），因此在變頻工況切換工頻工況瞬間造成的現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果是給水泵電機(jī)超負(fù)荷（由于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)裕量原因，水泵輸出功率大于電機(jī)額定負(fù)載），此時(shí)汽機(jī)與鍋爐崗位人員沒(méi)能及時(shí)協(xié)調(diào)（因汽機(jī)與鍋爐是獨(dú)立的兩個(gè)崗位），立即調(diào)整給水流量（給水泵電機(jī)出力），該備用啟動(dòng)的給水泵電機(jī)因過(guò)流保護(hù)（延時(shí)18 s）動(dòng)作也跳閘，最終導(dǎo)致鍋爐給水?dāng)嗨膼毫忧闆r。甚至引發(fā)鍋爐汽包水位低低觸發(fā)MFT。

分析：鍋爐給水壓力由給水泵通過(guò)定壓調(diào)整變頻器控制給水泵轉(zhuǎn)速，一旦變頻故障直接轉(zhuǎn)工頻運(yùn)行時(shí)，給水泵出力增幅過(guò)大。相關(guān)配套措施不足，引發(fā)的后果考慮不夠充分，涉及設(shè)備的專(zhuān)業(yè)多達(dá)汽機(jī)（給水流量、壓力）、鍋爐（給水總閥開(kāi)度）、電氣（電機(jī)保護(hù)定值設(shè)置），關(guān)聯(lián)性復(fù)雜，該聯(lián)鎖需要優(yōu)化。

改造思路：事故后，經(jīng)過(guò)熱工、電氣、鍋爐運(yùn)行與汽機(jī)運(yùn)行相關(guān)專(zhuān)業(yè)討論分析，認(rèn)為電氣保護(hù)定值已經(jīng)接近極限，不宜再提高電機(jī)過(guò)流延時(shí)時(shí)間；鍋爐給水母管調(diào)節(jié)閥應(yīng)該納入整個(gè)聯(lián)鎖體系，做為給水泵工頻狀態(tài)減負(fù)荷的最有效手段；考慮將鍋爐給水“三沖量”控制對(duì)象擴(kuò)展到給水泵變頻輸出（正常為給水總閥）。即正常狀態(tài)下，鍋爐給水通過(guò)“三沖量”控制方式調(diào)整給水泵變頻器頻率，合理控制給水壓力與汽包水位，當(dāng)異常狀況下備用給水泵工頻啟動(dòng)或在用給水泵變頻轉(zhuǎn)工頻啟動(dòng)時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉5 號(hào)鍋爐主給水調(diào)節(jié)門(mén)至預(yù)設(shè)定閥位，避免因給水泵滿(mǎn)負(fù)荷出力而導(dǎo)致配套電機(jī)保護(hù)（過(guò)流）觸發(fā)，跳閘并引發(fā)次生更加嚴(yán)重的后果。

改造效果驗(yàn)證：水泵“異常”工頻啟動(dòng)后聯(lián)調(diào)鍋爐給水調(diào)節(jié)門(mén)的改造（邏輯）在2017 年春檢機(jī)組大修期間完成后，在其后一次外部電網(wǎng)沖擊廠用電異常事件中，同樣出現(xiàn)備用給水泵工頻啟動(dòng)過(guò)程中，由于自動(dòng)調(diào)整5 號(hào)鍋爐給水主調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度（降低到預(yù)設(shè)值），給水泵電機(jī)雖然在啟動(dòng)瞬間短時(shí)過(guò)流，但是很快隨著給水流量下降，電機(jī)輸出負(fù)荷逐漸下降，沒(méi)有連續(xù)過(guò)流超時(shí)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡給水，避免一次斷水。總體改造思路成功得到驗(yàn)證。

案例2 3 號(hào)汽輪機(jī)一抽壓力低之聯(lián)鎖跳機(jī)保護(hù)存在缺陷。2017 年新投運(yùn)的22 MW 抽背機(jī)組，汽輪機(jī)是由杭汽生產(chǎn)的EHNG/50/40/50-T5540 機(jī)組，排（抽）汽方式為“兩抽一背”。

進(jìn)汽參數(shù)：溫度535 ℃（額定）/520～540 ℃；壓力12.9 MPa（額定）/12.4～13.4 MPa；一抽壓力2.7 MPa（額定）/2.55～2.95 MPa；汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、抽汽壓力控制系統(tǒng)等主要回路全部由DEH 系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，同時(shí)汽輪機(jī)DEH 配套有OPC、AST 保護(hù)。其中汽機(jī)一抽蒸汽主要用于供應(yīng)中溫中壓熱網(wǎng)，有單獨(dú)的供熱壓力自動(dòng)控制回路，汽輪機(jī)廠家在設(shè)備說(shuō)明中要求機(jī)組運(yùn)行必須設(shè)置“一抽壓力低聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)”項(xiàng)目，即一抽壓力＜某一設(shè)定值時(shí)，動(dòng)作汽輪機(jī)AST 保護(hù)，關(guān)閉主汽門(mén)，停止進(jìn)汽，避免進(jìn)汽與抽汽偏差大，影響汽輪機(jī)葉片壽命縮短。

該“一抽壓力低聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)”聯(lián)鎖的不足表現(xiàn)：機(jī)組投運(yùn)后，某日22：19：26，公司主變輸出線(xiàn)路受電網(wǎng)沖擊時(shí)斷網(wǎng)，機(jī)組只能孤網(wǎng)自帶廠用電運(yùn)行，在斷網(wǎng)瞬間，機(jī)組因甩負(fù)荷，轉(zhuǎn)速快速上升（從正常運(yùn)行的額定轉(zhuǎn)速5217，在1 s 之內(nèi)超3%（5370），趨勢(shì)可查已經(jīng)到5572），觸發(fā)OPC 保護(hù)，關(guān)閉汽輪機(jī)進(jìn)汽高、低調(diào)門(mén)到“0”?？焖偻Ｖ惯M(jìn)汽，在2 s 之內(nèi)一抽壓力從正常的2.63 MPa，快速降低2.3 MPa（22：19：28），＜2.4 MPa 觸發(fā)“一抽壓力低低保護(hù)聯(lián)鎖”，動(dòng)作AST 保護(hù)，關(guān)閉汽輪機(jī)進(jìn)汽主汽門(mén)，同時(shí)發(fā)出信號(hào)，聯(lián)跳發(fā)電機(jī)（斷開(kāi)發(fā)電機(jī)與母排的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)）。

分析：“一抽壓力低聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)”的聯(lián)鎖邏輯存在重大缺陷，設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)性考慮，調(diào)試過(guò)程方案不周密，只是孤立考慮“一抽壓力低低”時(shí)必須關(guān)閉主汽門(mén)，停止進(jìn)汽，避免進(jìn)汽與抽汽偏差大，進(jìn)而保護(hù)汽輪機(jī)葉片，但是忽略DEH 整體保護(hù)項(xiàng)目中汽輪機(jī)超速保護(hù)“OPC”項(xiàng)目（OPC 保護(hù)目的主要是考慮系統(tǒng)甩負(fù)荷時(shí)，如何在合理超速范圍內(nèi)將機(jī)組轉(zhuǎn)速控制住，快速回到額定目標(biāo)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到機(jī)組減負(fù)荷，可靠自帶廠用電），造成保護(hù)項(xiàng)目之間交叉，本次誤動(dòng)使得廠用電系統(tǒng)癱瘓，后果嚴(yán)重。

改進(jìn)思路：在事件調(diào)查分析過(guò)程，熱工專(zhuān)業(yè)發(fā)現(xiàn)DEH 會(huì)造成高調(diào)快關(guān)的條件涉及的不僅是超轉(zhuǎn)速OPC 輸出，還有機(jī)組過(guò)負(fù)荷保護(hù)、抽汽壓力高保護(hù)等。認(rèn)為“一抽壓力低聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)”邏輯不夠嚴(yán)謹(jǐn)，在沒(méi)有綜合評(píng)估機(jī)組整體保護(hù)項(xiàng)目與保護(hù)機(jī)制的情況下，孤立的設(shè)置該“跳機(jī)”保護(hù)，是造成本次機(jī)組解列的主要原因，存在重大隱患。經(jīng)與DEH 廠家溝通，對(duì)該聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)置幾個(gè)允許限制條件（避免其他聯(lián)鎖項(xiàng)目會(huì)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)結(jié)果——“一抽壓力低低”），即一抽壓力低時(shí)，如果要輸出聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)，必須滿(mǎn)足若干條件（表1）。

表1 輸出聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)必須滿(mǎn)足的條件

2 結(jié)論

隨著發(fā)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行控制自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展，設(shè)備保護(hù)聯(lián)鎖裝置（控制邏輯），已經(jīng)成為機(jī)組應(yīng)急處置情況時(shí)必備的要求，但是保護(hù)聯(lián)鎖好比一把“雙刃劍”，一旦設(shè)置不合理，在應(yīng)急處置時(shí)可能反而幫倒忙。因此，在主設(shè)備系統(tǒng)的保護(hù)聯(lián)鎖項(xiàng)目設(shè)定過(guò)程中，各主設(shè)備專(zhuān)業(yè)應(yīng)積極，密切配合，充分、深入探討保護(hù)項(xiàng)目的設(shè)定參數(shù)值，保護(hù)聯(lián)鎖機(jī)制。確保保護(hù)聯(lián)鎖的合理性與正確性，發(fā)揮其在自動(dòng)化應(yīng)急處置方面的正面優(yōu)勢(shì)，提升機(jī)組運(yùn)行的可靠性。