300MW機(jī)組凝汽器水位高保護(hù)動(dòng)作停機(jī)分析

揭其良 郭軼娜 紀(jì)斯宇 姜鵬 張嵩

摘要：某電廠300 MW機(jī)組1號(hào)循環(huán)水泵跳閘，出口液控門出現(xiàn)故障未關(guān)閉，導(dǎo)致凝汽器水位高保護(hù)動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘。究其原因是1號(hào)循環(huán)水泵啟動(dòng)后在出口液控門開(kāi)啟過(guò)程中，關(guān)定位滑塊受異常外力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，未跟隨開(kāi)度電位器轉(zhuǎn)動(dòng)并偏離原位，此時(shí)關(guān)位置信號(hào)定位滑塊一直與關(guān)位置信號(hào)反饋行程開(kāi)關(guān)接觸，關(guān)位置行程開(kāi)關(guān)一直被觸發(fā)，據(jù)此提出了解決方法及預(yù)防措施，為發(fā)電機(jī)組的非停調(diào)查提供了參考。

關(guān)鍵詞：凝汽器水位;汽輪機(jī);循環(huán)水泵;保護(hù)跳閘

0 引言

某電廠汽輪機(jī)兩個(gè)低壓缸的排汽分別進(jìn)入兩個(gè)噴射式凝汽器中，直接與空冷塔返回的低溫冷卻水接觸，混合后的水一部分經(jīng)凝結(jié)水泵送到汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)加熱作為鍋爐給水，其余的水由兩臺(tái)50%出力的循環(huán)水泵送至空冷塔下部進(jìn)入三角形散熱器，由空冷器進(jìn)行自然冷卻。冷卻柱外側(cè)裝有百葉窗，通過(guò)調(diào)節(jié)百葉窗開(kāi)度大小可控制通風(fēng)量，控制冷卻柱性能，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，關(guān)閉百葉窗，以防冷卻柱凍壞。

凝汽器內(nèi)的水通過(guò)兩臺(tái)循環(huán)泵送至空冷塔冷卻后，經(jīng)節(jié)流閥返回兩個(gè)凝汽器，這樣就形成了封閉的水路。系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)儲(chǔ)水箱，可容納全部散熱器的放水量。儲(chǔ)水箱中的水可通過(guò)兩臺(tái)輸送泵向冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水。同時(shí)，當(dāng)凝汽器水位過(guò)高時(shí)，輸送泵也能向儲(chǔ)水箱排水。

該電廠DCS采用國(guó)電南自的TCS3000控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由冗余的分散處理單元（DPU）、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和人機(jī)接口等部分組成。

1 事件經(jīng)過(guò)

2020-06-05T02：00，機(jī)組負(fù)荷190 MW，真空度-66 kPa。2號(hào)給水泵、2號(hào)凝結(jié)水泵、2號(hào)循環(huán)水泵運(yùn)行，1號(hào)循環(huán)水泵備用，凝汽器水位1 770 mm。

02：06：18，機(jī)組升負(fù)荷，單臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，機(jī)組真空度偏低，滿足1號(hào)循環(huán)水泵啟動(dòng)條件;啟動(dòng)1號(hào)循環(huán)水泵，出口液控門聯(lián)開(kāi)，檢查電流，出口壓力、流量正常，開(kāi)啟A7閥，出口液控門關(guān)位置信號(hào)未消失。

02：06：35，1號(hào)循環(huán)水泵跳閘，出口液控門開(kāi)位置、關(guān)位置信號(hào)同時(shí)存在（實(shí)際已全開(kāi)），閥門發(fā)出故障信號(hào)。關(guān)位置信號(hào)一直存在，手操器“關(guān)”按鈕顯示為灰色，DCS無(wú)法操作將其關(guān)閉，切換至“測(cè)試位”依然無(wú)法關(guān)閉，手動(dòng)關(guān)閉入口電動(dòng)門，聯(lián)系巡檢就地關(guān)閉出口液控門。

02：07：25，“凝汽器水位高Ⅰ值、高Ⅱ值信號(hào)同時(shí)存在”，保護(hù)動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘，聯(lián)跳鍋爐和發(fā)電機(jī)。

02：07：33，1號(hào)循環(huán)水泵入口電動(dòng)門關(guān)到位（關(guān)閉時(shí)間49 s）。

02：09：00，汽輪機(jī)重新掛閘，恢復(fù)并網(wǎng)。

2 檢查情況

2.1? ? 間接空冷系統(tǒng)

凝汽器中的水大部分由循環(huán)水泵抽出并流入間冷塔，由于1號(hào)循環(huán)水泵出、入口門均在開(kāi)啟位置，并且循環(huán)水泵在停運(yùn)狀態(tài)，這樣就形成一個(gè)通路，2號(hào)循環(huán)水泵工作抽出的水由這個(gè)通路倒流入凝汽器中。汽輪機(jī)跳閘時(shí)，凝汽器水位高引起機(jī)組跳閘。

2.2? ? SOE記錄情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查SOE記錄，1號(hào)循環(huán)水泵跳閘及機(jī)組跳閘信號(hào)均正確。

2.3? ? 保護(hù)動(dòng)作及邏輯檢查

2.3.1? ? 保護(hù)動(dòng)作情況

（1）1號(hào)循環(huán)水泵跳閘需滿足兩個(gè)條件：

1）1號(hào)循環(huán)水泵運(yùn)行且延時(shí)15 s。

2）出口液控門全關(guān)位與出口液控門開(kāi)位置信號(hào)進(jìn)行邏輯“非”運(yùn)算，延時(shí)30 s。

上述兩個(gè)條件均滿足，保護(hù)裝置動(dòng)作。

（2）汽輪機(jī)跳閘：凝汽器液位高Ⅰ值、高Ⅱ值信號(hào)同時(shí)存在，保護(hù)動(dòng)作正確。

（3）汽輪機(jī)跳閘聯(lián)鎖鍋爐MFT，發(fā)電機(jī)跳閘，保護(hù)動(dòng)作正確。

2.3.2? ? DCS中1號(hào)循環(huán)水泵出水液控門邏輯設(shè)置情況

在DCS控制系統(tǒng)中，1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門手操器如果存在閥門開(kāi)位置信號(hào)或關(guān)位置信號(hào)，手操器內(nèi)部邏輯默認(rèn)為閥門在開(kāi)啟或關(guān)閉狀態(tài)，將不允許手操器對(duì)閥門發(fā)出相應(yīng)的指令。本次事件中，開(kāi)位置和關(guān)位置信號(hào)同時(shí)存在，手操器不允許再發(fā)出開(kāi)、關(guān)指令，這也就是運(yùn)行人員當(dāng)時(shí)在DCS中無(wú)法操作關(guān)閉閥門的原因。

2.4? ? 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2.4.1? ? 1號(hào)循環(huán)水泵操作記錄

2020-06-04T20：29：52，1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門發(fā)出關(guān)閉指令;20：30：04，關(guān)位置行程開(kāi)關(guān)信號(hào)被觸發(fā);20：30：10，1號(hào)循環(huán)水泵停運(yùn)。

2020-06-05T02：06：19，1號(hào)循環(huán)水泵發(fā)出啟動(dòng)指令;02：06：33，1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門到達(dá)75°位置;02：06：35，1號(hào)循環(huán)水泵跳閘;02：06：37，1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門全開(kāi);02：23：56，熱工人員將1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門切至就地位，手動(dòng)關(guān)閉;02：24：17，1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門全開(kāi)位與全關(guān)位信號(hào)同時(shí)消失;02：24：24，1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門全關(guān)，熱工人員將1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門切至遠(yuǎn)方位。

2.4.2? ? 工作票情況

現(xiàn)場(chǎng)查閱缺陷臺(tái)賬和工作票臺(tái)賬，并與現(xiàn)場(chǎng)人員溝通，事件發(fā)生前，缺陷臺(tái)賬中沒(méi)有循環(huán)水泵出口液控門故障記錄，循環(huán)水泵以及出口液控門工作正常。

2.4.3? ? 1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

就地檢查發(fā)現(xiàn)，1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門關(guān)定位滑塊位置發(fā)生變化，偏離原位（開(kāi)度電位器上有1/4圈明顯劃痕，滑塊滑動(dòng)約90°），閥門處于全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，開(kāi)度電位器上的閥門關(guān)定位滑塊與閥門關(guān)反饋行程開(kāi)關(guān)未脫開(kāi)，閥門全開(kāi)、全關(guān)位置反饋信號(hào)同時(shí)存在，DCS無(wú)法操作。

事件發(fā)生后，經(jīng)人員巡檢就地關(guān)閉閥門后發(fā)現(xiàn)，原本關(guān)定位滑塊正確位置應(yīng)在最上方，與開(kāi)定位滑塊成90°左右，而實(shí)際關(guān)定位滑塊位置向順時(shí)針?lè)较虬l(fā)生了偏移，與開(kāi)定位滑塊成接近180°，開(kāi)、關(guān)反饋觸點(diǎn)成180°布置，閥門處于開(kāi)啟位置時(shí)，正好同時(shí)觸發(fā)開(kāi)位置和關(guān)位置信號(hào)。

凝汽器中的水大部分由循環(huán)水泵抽出并流入間冷塔，由于1號(hào)循環(huán)水泵出、入口門均在開(kāi)啟位置，且循環(huán)水泵在停運(yùn)狀態(tài)，這樣就形成一個(gè)通路，2號(hào)循環(huán)水泵工作抽出的水由這個(gè)通路倒流入凝汽器中。

3 原因分析

由于1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門開(kāi)度電位器上的關(guān)定位滑塊受異常外力作用，偏離原位，在閥門開(kāi)啟過(guò)程中，關(guān)反饋行程開(kāi)關(guān)未脫開(kāi)，閥門已全開(kāi)，但DCS顯示開(kāi)、關(guān)反饋同時(shí)到達(dá)，15 s后1號(hào)循環(huán)水泵聯(lián)鎖跳閘。

1號(hào)循環(huán)水泵跳閘后應(yīng)聯(lián)跳關(guān)出口液控門，但此時(shí)閥門關(guān)位置行程開(kāi)關(guān)因故障而錯(cuò)誤觸發(fā)（出口液控門實(shí)際為全開(kāi)狀態(tài)），不再發(fā)出關(guān)閥門指令，2號(hào)循環(huán)水泵出口本應(yīng)去間冷塔的循環(huán)水從1號(hào)循環(huán)水泵返回到凝汽器，造成凝汽器水位快速上升至高Ⅱ值，保護(hù)動(dòng)作，3號(hào)機(jī)組跳閘。本次事件致因因素如圖1所示。

3.1? ? 機(jī)組停機(jī)原因

汽輪機(jī)跳閘原因?yàn)椤澳饕何划惓！?。由?號(hào)循環(huán)水泵跳閘后出口液控門全開(kāi)，入口電動(dòng)門也全開(kāi)，出、入口同時(shí)開(kāi)啟，且泵在停運(yùn)狀態(tài)，這樣就會(huì)形成一個(gè)通道，2號(hào)循環(huán)水泵出口本應(yīng)流入間冷塔進(jìn)行冷卻的水，順著1號(hào)循環(huán)水泵的通路倒流入凝汽器中，運(yùn)行人員手動(dòng)關(guān)閉入口電動(dòng)門，由于入口電動(dòng)門行程較長(zhǎng)，關(guān)閉時(shí)間為49 s，循環(huán)水泵流量為14 000 t/h，短時(shí)間內(nèi)大量循環(huán)水進(jìn)入凝汽器，凝汽器水位高，保護(hù)動(dòng)作，引起汽輪機(jī)跳閘聯(lián)鎖鍋爐MFT、發(fā)電機(jī)解列。

3.2? ? 1號(hào)循環(huán)水泵跳閘原因

1號(hào)循環(huán)水泵運(yùn)行15 s后，如果出口液控門仍然處于全關(guān)位置，且出口液控門全開(kāi)位置信號(hào)未消失，則延時(shí)30 s跳閘循環(huán)水泵。

3.3? ? 1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門關(guān)位置信號(hào)未消失以及DCS無(wú)法操作的原因

1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門開(kāi)度電位器上的關(guān)定位滑塊偏離原位，在閥門開(kāi)啟過(guò)程中未與關(guān)反饋行程開(kāi)關(guān)脫開(kāi)，導(dǎo)致出口液控門開(kāi)位置、關(guān)位置信號(hào)同時(shí)被觸發(fā);DCS邏輯中出口液控門關(guān)反饋信號(hào)存在，導(dǎo)致停泵不再發(fā)出關(guān)門指令，同時(shí)DCS畫(huà)面中顯示為關(guān)閉狀態(tài)，手操器“關(guān)”按鈕為灰色，無(wú)法操作將其關(guān)閉，導(dǎo)致泵停運(yùn)后出口門實(shí)際處于全開(kāi)狀態(tài)。

3.4? ? 1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門關(guān)位置滑塊偏離原位的原因

根據(jù)電廠人員描述及現(xiàn)場(chǎng)檢查情況分析，1號(hào)循環(huán)水泵啟動(dòng)后在出口液控門開(kāi)啟過(guò)程中，關(guān)定位滑塊受異常外力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，未跟隨開(kāi)度電位器轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)（偏離原位），此時(shí)關(guān)定位滑塊始終與關(guān)反饋行程開(kāi)關(guān)接觸，關(guān)位置信號(hào)一直被觸發(fā)。閥門全開(kāi)后，開(kāi)定位滑塊與開(kāi)反饋行程開(kāi)關(guān)接觸，觸發(fā)開(kāi)位置信號(hào)，此時(shí)出口液控門全開(kāi)，開(kāi)位置和關(guān)位置信號(hào)同時(shí)被觸發(fā)。出口液控門就地手動(dòng)關(guān)閉時(shí)，異常外力消失，關(guān)定位滑塊跟隨開(kāi)度電位器轉(zhuǎn)動(dòng)，偏離工作位置，開(kāi)位置和關(guān)位置信號(hào)同時(shí)消失。異常外力的產(chǎn)生不排除異物卡住關(guān)定位滑塊的可能，其他原因無(wú)法查證。

4 暴露的主要問(wèn)題

（1）日常巡檢質(zhì)量不高。人員未嚴(yán)格按規(guī)程執(zhí)行，主要輔機(jī)設(shè)備啟停操作時(shí)，對(duì)設(shè)備及附屬裝置現(xiàn)場(chǎng)檢查不全面，就地人員在閥門異常狀態(tài)下未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

（2）循環(huán)水泵出口液控門聯(lián)鎖邏輯設(shè)置不合理。跳泵邏輯中出口液控門開(kāi)位置信號(hào)進(jìn)行邏輯“非”運(yùn)算，并且延時(shí)30 s的限制條件設(shè)置不合理;聯(lián)鎖關(guān)門的指令不應(yīng)該經(jīng)過(guò)手操器。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)本次事件的原因分析及暴露出的問(wèn)題，我們提出了如下解決方法及預(yù)防措施：

（1）將1號(hào)循環(huán)水泵出口液控門關(guān)定位滑塊螺絲松開(kāi)后，恢復(fù)至原位并緊固，就地、遠(yuǎn)方操作閥門正常;梳理排查現(xiàn)場(chǎng)各遠(yuǎn)控閥門的限位開(kāi)關(guān)，未發(fā)現(xiàn)異常;兩個(gè)主汽門自然冷卻后，操作恢復(fù)正常。

（2）提高設(shè)備日常巡查質(zhì)量。進(jìn)一步優(yōu)化完善就地檢查人員的檢查內(nèi)容和要求，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理以及設(shè)備日常維護(hù)，細(xì)化定期維護(hù)項(xiàng)目的內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)。

（3）建議對(duì)循環(huán)水泵出口液控門聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行優(yōu)化：在操作員站上增加出口液動(dòng)閥緊急開(kāi)、關(guān)按鈕，按鈕指令不通過(guò)手操器，直接發(fā)到開(kāi)關(guān)指令輸出通道;刪除原邏輯中出口液控門開(kāi)位置信號(hào)進(jìn)行邏輯“非”運(yùn)算并延時(shí)30 s的限制條件;聯(lián)鎖關(guān)門的指令全部不經(jīng)過(guò)手操器，直接將指令發(fā)到開(kāi)關(guān)指令輸出通道。

收稿日期：2020-06-26

作者簡(jiǎn)介：揭其良（1979—），男，江西上饒人，碩士研究生，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠熱工自動(dòng)化研究與應(yīng)用工作。