功率變送裝置對機組的影響及干預的重要性

鄭溢強

(福建晉江天然氣發(fā)電有限公司,福建 泉州 362251)

0 引言

福建某燃氣電廠擁有4臺9FA型燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組,每臺機組配置一套發(fā)電機測控裝置,用于監(jiān)視發(fā)電機相關參數(shù)。數(shù)字多功能監(jiān)測表有功功率的正確輸出是機組可靠運行的重要監(jiān)測參數(shù)之一。其中,有功功率值作為重要參數(shù)參與燃氣輪機的控制系統(tǒng),特別是關系到高壓主蒸汽溫度和流量的控制。

在電力系統(tǒng)自動化程度日益提高的同時,為進一步提高上送有功功率數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,機組在發(fā)電機測控屏配置兩套功率變送裝置,主輸出裝置是EIG公司的Nexus1252型高性能數(shù)字多功能監(jiān)測表(以下簡稱1252),輔助輸出裝置是摩爾公司的PWT型功率變送器(以下簡稱PWT)［1］。裝置的交流模擬量輸入回路分別為交流電流和電壓回路,它們均使用自發(fā)電機出口斷路器來控制柜內(nèi)相同繞組的電流互感器和電壓互感器。1252裝置將電氣量的模擬量通過內(nèi)部計算變成數(shù)字量,再轉(zhuǎn)換成輸出直流信號的模擬量,共有25組輸出量。而PWT裝置通過將交流模擬量轉(zhuǎn)換成直流量進行輸出,且僅有1組輸出量用于給燃氣輪機控制系統(tǒng)供能。

1 事件處置過程

2022年5月31日,省調(diào)度中心臨時調(diào)度啟動4號發(fā)電機組,并網(wǎng)后燃氣輪機控制系統(tǒng)出現(xiàn)“有功功率傳感器偏差”的警告信號,自動電壓調(diào)節(jié)控制功能提示退出自動控制模式,運行人員查看有功功率1(來自1252裝置)顯示-1.1MW,有功功率2(來自PWT裝置)顯示23MW,勵磁系統(tǒng)上傳的有功功率顯示21MW,初步判斷為1252裝置的有功功率變送點存在問題,值長馬上通知檢修人員進行緊急處置。一組檢修人員到集控樓監(jiān)控室重點檢查AVC監(jiān)控系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)有功功率顯示-1.2MW,另外發(fā)電機出口電壓和電流參數(shù)也不正常,數(shù)值不跳變,其測點均來自1252裝置變送點,顯然是機組并網(wǎng)前的數(shù)據(jù),初步判斷為1252裝置有問題導致其所有變送點都不正常。另一組檢修人員前往4號發(fā)電機組繼保室,查看了測控裝置和故障錄波裝置,顯示23MW,正常。到發(fā)電機同期測控屏打開后,柜門發(fā)現(xiàn)I/O模塊的通訊燈閃爍不正常,必須斷電重啟1252裝置,方可恢復正常。與值長溝通后,因該功率點涉及燃氣輪機控制系統(tǒng)中的功率調(diào)節(jié)策略,故先聯(lián)系熱控人員查閱相關聯(lián)的條件,而后進行信號強制,從而避免1252裝置斷電重啟期間發(fā)生的異常情況。

在確認強制相關條件但還未執(zhí)行時,一名電氣人員為進一步確定1252裝置故障,判斷變送無輸出情況,將萬用表毫安檔直接測量在輸出端子,造成直流信號回路短接,引起燃氣輪機控制系統(tǒng)的功率點變成壞點,同時發(fā)出“有功功率1傳感器故障”“有功功率2傳感器故障”“功率傳感器功率突變”等警告,10s后警告停止。事后查看警告邏輯框圖,任一點功率壞點均會觸發(fā)兩個“功率傳感器故障”警告,即正常功率點也會隨故障壞點發(fā)出“傳感器故障”警告;從功率曲線圖上看,功率點從-1.1突變至-671,經(jīng)過8s后返回至-1.1。

在確認汽機高壓進汽條件滿足,并開始高壓進汽后,電氣人員為了進一步確認1252裝置的功率點數(shù)值有誤原因,用相同的測量方式,將萬用表毫安檔直接并聯(lián)在PWT裝置的輸出端子進行測量。萬用表的顯示值與測量1252裝置的顯示值不一致,確定為1252裝置功率變送點存在問題。該測量方法會造成直流信號回路短接,使燃氣輪機的兩個功率值均發(fā)生突變,引起燃氣輪機控制系統(tǒng)的功率點變成壞點,發(fā)出警告信號。事后查看曲線發(fā)現(xiàn)功率點從-649經(jīng)過4s后返回至58。

為防止1252裝置功率點重啟過程中出現(xiàn)異常,造成逆功率保護動作機組跳閘,熱控人員檢查及確認強制信號點賦值的注意事項后,擬將兩個功率點計算后的數(shù)值強制為當前值-1.1,未對相關邏輯進行檢查。強制賦值后,電氣人員開始斷電重啟1252裝置,燃氣輪機控制系統(tǒng)發(fā)出“所有有功功率傳感器故障”警告,重啟過程中使用1252裝置輸出的變送點都報“傳感器故障”,觸發(fā)L73CESSR(機組旋轉(zhuǎn)備用負荷指令),此時“機組運行狀態(tài)條件”不滿足,延時發(fā)送“等待進汽狀態(tài)”的指令,高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥接受指令關閉閥門,且燃燒模式改變,導致汽機與燃氣輪機同時甩負荷,負荷由101MW在24s內(nèi)降至30MW(DWATT2顯示值)。重啟1252裝置后,輸出有功功率顯示值恢復正常,負荷降至29MW。

2 燃氣輪機控制系統(tǒng)邏輯

早期燃氣輪機控制系統(tǒng)未升級時,發(fā)生一起與功率有關的甩負荷事件,其邏輯為有功功率值取自1252裝置提供的功率變送點和PWT裝置提供的功率變送點,經(jīng)過模型函數(shù)計算后,即經(jīng)過邏輯表決選擇后取最高數(shù)值的變送點。該邏輯稱為“二選高”。

當發(fā)生甩負荷事件發(fā)生后,優(yōu)化其計算模型,計算有功功率值時,再增加了一路勵磁系統(tǒng)提供的功率變送點。此時,將3個功率變送點經(jīng)過模型函數(shù)計算后進行比較,功率變送點選擇中間數(shù)值。該邏輯稱為“三選中”,并將三個變送點數(shù)值顯示窗口設計成可賦值窗口。

此事件是發(fā)生在燃氣輪機控制系統(tǒng)整體硬件和軟件進行升級之后,新系統(tǒng)的功率變送點選擇值發(fā)生變化(圖1),即有功功率值取自1252裝置提供的功率變送點和PWT裝置提供的功率變送點經(jīng)過模型函數(shù)計算后,選擇兩數(shù)值的最大值,后對數(shù)值進行信任值校驗,同時取消可賦值窗口和增加信任值功能。

功率數(shù)值的信任值一是有功功率值訓練后(在邏輯界面上點擊訓練功能),控制模塊會計算出一個正常標準偏差,后續(xù)會在機組正常運行期間,實時計算功率變送器的變化值,再與正常標準偏差進行比較計算,得出功率的信任值。因此,不同類型的重要變送點應在機組首次并網(wǎng)的初負荷下進行1次訓練;二是控制模塊會計算該值在穩(wěn)定狀態(tài)時的緩慢變化量,通過計算4個不同時間常數(shù)下的變化差值,計算出變化率及信任值,并取最小值輸出,即功率值漂移［2］。

信任值的功能主要是控制模塊中會取最小的信任值作為輸出,并以此為依據(jù)判斷功率變送器的故障情況。信任值低于0.05則認為變送器故障,若兩個功率變送器信任值都低于0.05,則判斷兩個功率變送器均故障,發(fā)出關主氣門信號,使機組降負荷。

3 原因分析及對機組的影響

強制功率賦值時,未考慮到信任值過低可能導致的異常情況,僅考慮防止逆功率保護動作機組跳閘情況,即強制表決后的輸出功率值,對兩個功率值均故障的情況,發(fā)出關主汽閥門指令,而未采取有效措施,導致機組降負荷。

第一種人為原因是主動干預造成的影響。在燃氣輪機控制系統(tǒng)未改造前,在控制畫面有“手動選擇”按鈕,人為主動去選擇3個功率點中最合適的信號點,可以避免其中一個壞信號點造成機組甩負荷,也增加“人工賦值”按鈕,可以在壞信號點強行賦上正常的信號點,讓機組穩(wěn)定在某一負荷運行。人工賦值是人為強制信號點賦值,其造成的主要影響是失去了備用信號點。強制賦值一個功率值,那么控制模塊選擇計算后的數(shù)值將人為切換至另外的正常點,如果另外的正常點也發(fā)生問題,就會發(fā)生不安全事件。改造后,取消“人工賦值”和“手動選擇”按鈕,使運行人員發(fā)現(xiàn)問題,也無法直接主動去干預。

該事件將萬用表毫安檔直接在輸出端子進行測量(采用并聯(lián)測試方法),會造成直流信號回路短接,引起燃氣輪機控制系統(tǒng)的功率點變成壞點,導致該正常的有功功率數(shù)值跳變,影響了燃氣輪機控制系統(tǒng)的控制模塊對該數(shù)值真實性邏輯判斷。第一次測量1252裝置輸出的功率值,觸發(fā)了第一個數(shù)值的信任值計算邏輯,第二次測量PWT裝置輸出的功率值,觸發(fā)了第二個數(shù)值的信任值計算邏輯,致使控制系統(tǒng)判斷兩個功率變送器均故障,發(fā)出關閉主氣門信號,機組降負荷。

第二種人為原因是誤操作造成的影響。誤操作是指根據(jù)現(xiàn)場檢修經(jīng)驗,個人行為由于滿足了特定條件,有可能造成不安全事件或使機組帶“病”。例如,現(xiàn)場人員并聯(lián)測量方式測試直流信號造成該測點變壞點,而后該突變嚴重影響控制系統(tǒng)監(jiān)控,帶來災難性數(shù)據(jù)分析,得出不正確的計算值。對于1252裝置變送輸出問題,測量方式和測量顯示的數(shù)值變化不夠敏感,兩次測量方式,特別是第二次測量方式嚴重干擾了正常數(shù)據(jù)的上送,從而引起機組降負荷,影響了機組安全性和可靠性。

上述事件也暴露了一個對機組可靠運行有影響的問題,無論是主動干預還是人為誤操作,運維人員發(fā)現(xiàn)功率顯示值突變,都無法及時深究其原因,也未能及時人為介入干預,致使控制模塊計算功率值漂移,進一步導致其跳機邏輯條件的滿足,發(fā)出降負荷指令。

4 1252裝置主要問題及解決辦法

該電廠Nexus1252型高性能數(shù)字多功能監(jiān)測表存在的問題主要有模擬量輸出值保持不變,模擬量輸出值不正常和宕機、數(shù)據(jù)假死兩個方面。

針對模擬量輸出值不正常的檢查與測試,第一步,檢查電源,測試直流電壓是否正常。如果電壓不正常,檢查各接線端子是否有松動或斷開負載的電壓線,測試其直流電壓是否正常。如果電壓還是不正常,確定為電壓電源模塊故障,解決方法為更換新直流電壓源;第二步,用直流鉗形表測試輸出電源,看負載是否發(fā)生短路或接地。如果是電流值不正常,可以進一步斷開部分負載,看是否電流發(fā)生變化。當電流變穩(wěn)定后,就可確認是斷開的該模塊出現(xiàn)故障,解決方法為更換新模塊,重新配置新參數(shù);第三步,判斷通信是否故障,主要現(xiàn)象是通信指示燈不亮或無間斷性交替閃爍,進一步排查通信端口有無損壞,緊固螺母是否松動、銹蝕、斷裂或接觸不良。若發(fā)現(xiàn)異常,更換通信線;若無異常,確認參數(shù)是否被重置,連接上筆記本電腦,打開專用程序,查看日記是否有重置記錄。如果沒有,將備份的參數(shù)直接導入后重啟,檢查輸出是否恢復正常,大多數(shù)情況可以恢復正常。

針對監(jiān)測表宕機、數(shù)據(jù)假死的檢查與測試,一是由于Nexus1252型高性能數(shù)字多功能監(jiān)測表產(chǎn)品投運時間已有15年,且功能繁多,因此,數(shù)據(jù)的采集、分析會占用大量內(nèi)存,得到的數(shù)據(jù)經(jīng)處置器也會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)而導致處置器運算速度變慢,甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、宕機、假死等情況,這是1252裝置特殊的故障情況。該情況的現(xiàn)場檢查顯示均無異常情況,唯一故障現(xiàn)象為監(jiān)控系統(tǒng)畫面上數(shù)值不會跳動,保持不變。解決方法為將監(jiān)控采集到的數(shù)值強制賦值后,對1252裝置進行斷電重啟以釋放內(nèi)存;二是存儲邏輯存在漏洞,電源模塊輸入或輸出欠壓或異常情況下,軟件無容錯機制,造成存儲芯片內(nèi)數(shù)據(jù)丟失、堵塞或數(shù)據(jù)存儲不全［3］。解決方法為更換對應的模塊或插件。

5 對機組的運行控制采取的措施和干預手段

一是總結(jié)上述事件中的經(jīng)驗教訓,制定相應的現(xiàn)場處置方案和干預手段,加強全員技術培訓,特別是功率控制及涉及甩負荷的相關邏輯,如值班員通過畫面“控制按鍵”進行人為干預、相關人員強制輸出相應的信號和及時更換相應插件等技術手段。同時,掌握萬用表正確的測量方法,避免再次發(fā)生降負荷停機事件。

二是對繼保室內(nèi)重要保護和測控柜,做好警示標識,提示帶電部位的危險點,加強防范人為原因造成的非正常停機的意識;定期對涉及調(diào)節(jié)、控制類的變送器進行檢驗,必要是縮短檢驗周期。同時,對機組的1252裝置參數(shù)進行備份,以便最短時間處置故障。

三是針對此類型的裝置,研究在線更換功率變送器的可行性措施或考慮其他品牌的型號有無類似情況進行改造,進一步優(yōu)化1252裝置內(nèi)部程序和燃氣輪機控制系統(tǒng)的邏輯。當1252裝置運行時間較長,性能會趨于不穩(wěn)定,故須能關閉不相關的功能［4］,完善相關邏輯,重新在畫面上增加“手動賦值”選擇鍵。當發(fā)生功率變送器故障時,可人為干預邏輯條件。

6 結(jié)束語

機組甩負荷會對電網(wǎng)造成很大危害,僅一個功率值就將導致機組非計劃停機。因此,提高設備的可靠性及運維人員的技術水平尤為重要。本文通過對一起故障的處置過程及原因進行分析,從中吸取教訓,正確對待干預的雙面性,充分認識到缺陷處置的危險性,必要時應提高標準要求,完善相應的現(xiàn)場處置方案。