空預(yù)器控制系統(tǒng)可靠性提升研究

摘 要：空預(yù)器在火力發(fā)電機(jī)組中扮演著重要角色，對(duì)于機(jī)組安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行起著關(guān)鍵作用?，F(xiàn)結(jié)合某火力發(fā)電廠發(fā)生的三個(gè)空預(yù)器異常事故案例進(jìn)行深入剖析，探討并總結(jié)提升空預(yù)器控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的相關(guān)舉措，從原理上入手，在電氣控制回路、相關(guān)判斷邏輯和設(shè)備運(yùn)行環(huán)境三個(gè)方面提出了切實(shí)可行的措施，從而能夠全方位實(shí)現(xiàn)空預(yù)器控制系統(tǒng)可靠性提升。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電機(jī)組；空預(yù)器控制系統(tǒng)；可靠性

中圖分類號(hào)：TM621.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）01-0008-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.01.002

0" " 引言

在火力發(fā)電機(jī)組中，空預(yù)器將空氣提前加熱到一定的溫度，回收了尾部煙氣中的熱量的同時(shí)又能夠降低排出煙氣的溫度。如果單側(cè)空預(yù)器發(fā)生異常導(dǎo)致停運(yùn)，機(jī)組將被迫限帶一半負(fù)荷；如果雙側(cè)空預(yù)器均發(fā)生異常導(dǎo)致停運(yùn)，機(jī)組將會(huì)被迫停運(yùn)。因此，空預(yù)器對(duì)于火力發(fā)電廠的重要性不言而喻。對(duì)于電氣專業(yè)來(lái)說(shuō)，如何提高空預(yù)器控制系統(tǒng)的可靠性顯得格外重要，這不僅是提高火力發(fā)電廠空預(yù)器運(yùn)行可靠性的重要保證，更是保障機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵性舉措。

1" " 案例

1.1" " 案例一

某火力發(fā)電廠1 000 MW機(jī)組，事故發(fā)生時(shí)帶負(fù)荷900 MW，給水流量2 640 t/h，A、B、C、D、E、F六臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)“B空預(yù)器停轉(zhuǎn)”報(bào)警，同時(shí)空預(yù)器出口煙氣溫度開(kāi)始緩慢上漲，并報(bào)B空預(yù)器火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，監(jiān)盤人員立刻退出AGC減負(fù)荷至500 MW進(jìn)行故障處理。經(jīng)查，故障時(shí)鍋爐B空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行信號(hào)存在，變頻器電流在15～22 A范圍內(nèi)波動(dòng)，但B空預(yù)器的停轉(zhuǎn)信號(hào)來(lái)，且火災(zāi)報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)，到就地確認(rèn)主電機(jī)已停運(yùn)，空預(yù)器也已停運(yùn)。此次異常事件確認(rèn)當(dāng)時(shí)情況為B空預(yù)器主電機(jī)已停運(yùn)，B空預(yù)器也已停轉(zhuǎn)，但由于運(yùn)行信號(hào)沒(méi)有消失，因此輔電機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)。事件的主要原因?yàn)樗汀癇空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行信號(hào)”的繼電器發(fā)生故障損壞導(dǎo)致不正常變位，在B空預(yù)器主電機(jī)實(shí)際已經(jīng)停運(yùn)的情況下送出信號(hào)異常，使得DCS邏輯產(chǎn)生誤判。

1.2" " 案例二

某火力發(fā)電廠1 000 MW機(jī)組，事故發(fā)生時(shí)帶負(fù)荷600 MW，給水流量1 910 t/h，B、C、E、F四臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行中，突然盤前A空預(yù)器停止信號(hào)觸發(fā)，聯(lián)跳A側(cè)三大風(fēng)機(jī)，同時(shí)中層C、E磨煤機(jī)也相繼發(fā)生跳閘。經(jīng)查，故障時(shí)鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行信號(hào)消失，盤前變頻器電流顯示穩(wěn)定在12.24 A左右，A空預(yù)器停轉(zhuǎn)信號(hào)沒(méi)有來(lái)，火災(zāi)報(bào)警信號(hào)也未出現(xiàn)，到就地確認(rèn)主電機(jī)仍在運(yùn)行，A空預(yù)器也未停轉(zhuǎn)。此次異常事件的主要原因?yàn)樗汀癆空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行信號(hào)”的繼電器發(fā)生故障導(dǎo)致不正常變位，使得主電機(jī)在實(shí)際正常運(yùn)行的情況下，DCS邏輯誤判主電機(jī)已停止，且由于電機(jī)及軸轉(zhuǎn)動(dòng)正常，輔電機(jī)無(wú)法由DCS指令進(jìn)行啟動(dòng)。

1.3" " 案例三

某火力發(fā)電廠1 000 MW機(jī)組，事故發(fā)生時(shí)帶負(fù)荷800 MW，給水流量2 460 t/h，A、B、C、E、F五臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行中，突然盤前A空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行信號(hào)消失，鍋爐觸發(fā)RB保護(hù)動(dòng)作，聯(lián)跳A側(cè)三大風(fēng)機(jī)，同時(shí)中層C、E磨煤機(jī)也相繼發(fā)生跳閘。經(jīng)查，故障時(shí)鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行信號(hào)消失，盤前變頻器電流顯示穩(wěn)定在12.87 A左右，A空預(yù)器停轉(zhuǎn)信號(hào)沒(méi)有來(lái)，火災(zāi)報(bào)警信號(hào)也未出現(xiàn)，到就地確認(rèn)主電機(jī)仍在運(yùn)行，A空預(yù)器也未停轉(zhuǎn)。此次事件的主要原因是A空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行信號(hào)所對(duì)應(yīng)的DCS系統(tǒng)IO柜端子板上的保險(xiǎn)故障，導(dǎo)致該保險(xiǎn)控制的8個(gè)通道上的開(kāi)關(guān)量全部消失，其中就包括A空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行信號(hào)，因此DCS邏輯判斷A空預(yù)器停運(yùn)，鍋爐觸發(fā)RB保護(hù)動(dòng)作，聯(lián)跳同側(cè)風(fēng)機(jī)。

2" " 典型常規(guī)回路圖

火力發(fā)電機(jī)組空預(yù)器主、輔電機(jī)典型常規(guī)回路[1]如圖1所示?；芈房刂齐娫床捎弥绷?4 V，控制方式由就地控制箱上的遠(yuǎn)方/就地旋鈕進(jìn)行切換。KS14為啟/停繼電器，設(shè)備遠(yuǎn)方或就地啟動(dòng)后繼電器KS14將通過(guò)本身的常開(kāi)點(diǎn)進(jìn)行自保持。為限制設(shè)備啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流并實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制，空預(yù)器電機(jī)一般都配備有變頻器，讓設(shè)備能夠平滑啟動(dòng)，避免拉低母線電壓。由于單臺(tái)空預(yù)器的主電機(jī)和輔電機(jī)同軸，兩臺(tái)電機(jī)在任何時(shí)候都不可以同時(shí)運(yùn)行，否則將會(huì)損壞減速箱齒輪，一旦減速箱齒輪損壞，檢修時(shí)間將非常長(zhǎng)，機(jī)組將面臨長(zhǎng)時(shí)間單側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)停運(yùn)、被迫限一半負(fù)荷的不利情況，一旦另一側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)發(fā)生其他異常，機(jī)組將會(huì)被迫停運(yùn)，這對(duì)于機(jī)組能夠滿足正常帶負(fù)荷和安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求來(lái)說(shuō)都是絕不允許的。因此，正常情況下主電機(jī)在運(yùn)行，帶著軸旋轉(zhuǎn)，輔電機(jī)不運(yùn)行，在軸上跟轉(zhuǎn)，為防止主、輔電機(jī)同時(shí)運(yùn)行導(dǎo)致設(shè)備損壞，在兩臺(tái)電機(jī)的控制回路之間設(shè)有聯(lián)鎖抑制回路，即如果主電機(jī)在工作必須抑制輔電機(jī)啟動(dòng)和工作，同理，如果輔電機(jī)在工作也必須抑制主電機(jī)啟動(dòng)和工作。

3" " 可靠性提升措施

3.1" " 電氣控制回路改進(jìn)

在典型常規(guī)回路圖（圖1）中，來(lái)自另一臺(tái)電機(jī)的常閉聯(lián)鎖抑制接點(diǎn)串于啟/停繼電器KS14自保持接點(diǎn)的外側(cè)，最初的設(shè)計(jì)邏輯為“如果一臺(tái)電機(jī)在運(yùn)行將切斷另一臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行回路”，在這種情況下，如果該接點(diǎn)因氧化、接觸不良等原因誤斷開(kāi)，則實(shí)際正常運(yùn)行的電機(jī)將會(huì)發(fā)生誤跳閘。改進(jìn)后的電氣控制回路圖如圖2所示，將來(lái)自另一臺(tái)電機(jī)的常閉聯(lián)鎖抑制接點(diǎn)移至啟/停繼電器KS14自保持接點(diǎn)的內(nèi)側(cè)，設(shè)計(jì)邏輯優(yōu)化為“如果一臺(tái)電機(jī)在運(yùn)行將使另一臺(tái)電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)”，即一臺(tái)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)電機(jī)不論在就地還是在遠(yuǎn)方控制下都無(wú)法啟動(dòng)，改進(jìn)后，在保證聯(lián)鎖抑制功能能夠正常實(shí)現(xiàn)的前提下，如果在電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)該常閉聯(lián)鎖抑制接點(diǎn)誤斷開(kāi)，也不會(huì)使正常運(yùn)行中的電機(jī)誤跳閘，提升了電機(jī)的運(yùn)行可靠性。

3.2" " 空預(yù)器相關(guān)控制邏輯優(yōu)化

3.2.1" " 電機(jī)停運(yùn)邏輯優(yōu)化

“空預(yù)器電機(jī)停運(yùn)信號(hào)”由就地空預(yù)器變頻器控制箱內(nèi)KS14繼電器常閉接點(diǎn)送出。采用單一開(kāi)關(guān)量信號(hào)作為“空預(yù)器電機(jī)停運(yùn)”的判斷條件，可靠性較低，若在空預(yù)器電機(jī)正常運(yùn)行的情況下，KS14繼電器常閉接點(diǎn)因某些原因?qū)ǎ瑢⒄`判空預(yù)器電機(jī)停運(yùn)。

判斷邏輯可通過(guò)如下方法優(yōu)化：在就地空預(yù)器變頻器控制箱中增加一個(gè)運(yùn)行信號(hào)繼電器（與KS14繼電器同步勵(lì)磁），將該新加繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)送出，作為“空預(yù)器電機(jī)運(yùn)行信號(hào)”加入邏輯判斷。同時(shí)取空預(yù)器變頻器輸出的電流模擬量信號(hào)加入相關(guān)邏輯進(jìn)行綜合判斷。優(yōu)化后的“空預(yù)器電機(jī)停運(yùn)”邏輯如下：以下a、b、c條件三取二進(jìn)行邏輯判斷后，延時(shí)3 s后判“空預(yù)器電機(jī)停運(yùn)”。

a.“空預(yù)器電機(jī)停運(yùn)信號(hào)”來(lái)；

b.“空預(yù)器電機(jī)運(yùn)行信號(hào)”沒(méi)來(lái)；

c.“空預(yù)器電機(jī)電流”小于平時(shí)正常運(yùn)行電流的30%。

同時(shí)，a、b、c任一條件滿足應(yīng)觸發(fā)聲光報(bào)警，便于監(jiān)盤人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并通知檢修人員進(jìn)行處理，避免出現(xiàn)誤判空預(yù)器電機(jī)停運(yùn)的情況。

此外，為進(jìn)一步提升“空預(yù)器電機(jī)停運(yùn)”邏輯判別條件的可靠性，條件a和條件b中送至DCS的信號(hào)宜分別取自空預(yù)器變頻器控制箱中不同繼電器的輔助接點(diǎn)，即不應(yīng)該使用同一繼電器的常開(kāi)點(diǎn)和常閉點(diǎn)，否則，如果該繼電器發(fā)生故障，可能導(dǎo)致條件a和條件b同時(shí)滿足，使得DCS產(chǎn)生誤判。同理，條件a和條件b中送至DCS的信號(hào)宜分別送至DCS系統(tǒng)IO柜的不同板卡上，否則，一旦該板卡出現(xiàn)異常情況發(fā)生故障，可能導(dǎo)致條件a和條件b同時(shí)滿足，造成DCS誤判“空預(yù)器電機(jī)停運(yùn)”。

3.2.2" " 空預(yù)器停轉(zhuǎn)邏輯優(yōu)化

“空預(yù)器停轉(zhuǎn)”常規(guī)判斷邏輯如下：空預(yù)器主電機(jī)停運(yùn)，同時(shí)輔電機(jī)也停運(yùn)，延時(shí)1 min后判斷[2]。

判斷邏輯可通過(guò)如下方法進(jìn)行優(yōu)化：在空預(yù)器本體增加轉(zhuǎn)速開(kāi)關(guān)提供開(kāi)關(guān)量信號(hào)（三取二）送至DCS進(jìn)行輔助判斷，同時(shí)，結(jié)合不同機(jī)組在空預(yù)器停轉(zhuǎn)后的實(shí)際出口煙氣溫度變化情況，增加出口煙氣溫度定值作為報(bào)警及判斷空預(yù)器停轉(zhuǎn)的輔助條件。

為提升“空預(yù)器停轉(zhuǎn)”邏輯判斷的可靠性，優(yōu)化后的邏輯如下：以下a、b、c條件三取二進(jìn)行邏輯判斷后，延時(shí)1 min后觸發(fā)空預(yù)器停止信號(hào)。

a.“空預(yù)器主電機(jī)停運(yùn)”來(lái)，且“空預(yù)器輔電機(jī)停運(yùn)”來(lái)；

b.“空預(yù)器本體轉(zhuǎn)速開(kāi)關(guān)停轉(zhuǎn)信號(hào)（三取二）”來(lái)；

c.空預(yù)器出口煙氣溫度大于某值（由實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行設(shè)定）。

3.3" " 空預(yù)器控制箱運(yùn)行環(huán)境改善

在火力發(fā)電廠中，空預(yù)器變頻器控制箱都位于鍋爐區(qū)域，一般為敞開(kāi)式布置，該區(qū)域煤粉、灰塵較多，空氣質(zhì)量較差，運(yùn)行環(huán)境比較惡劣。受環(huán)境中粉塵、鹽霧及雨水影響，控制箱體容易出現(xiàn)腐蝕，同時(shí)控制箱柜門上的密封墊將會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸老化，箱體密封性逐漸降低，久而久之將導(dǎo)致控制箱內(nèi)容易出現(xiàn)電子元器件積灰、金屬端子氧化、變頻器受潮損壞等情況，電子元器件積灰、金屬端子氧化可能導(dǎo)致繼電器輔助接點(diǎn)接觸不良或不正常變位，而變頻器損壞將直接導(dǎo)致其所控制的電機(jī)停運(yùn)。不僅如此，由于空預(yù)器變頻器需要長(zhǎng)期帶電運(yùn)行，變頻器內(nèi)部電子元器件持續(xù)發(fā)熱造成就地控制箱內(nèi)溫度升高，將大大加快元器件老化。

為改善空預(yù)器變頻器控制箱的運(yùn)行環(huán)境，可在空預(yù)器變頻器控制箱所處位置搭建一個(gè)方形封閉小間，該小間整體采用鋼結(jié)構(gòu)，房屋墻體及屋頂采用雙層夾芯彩鋼板，地面底座采用鍍鋅鋼板，屋頂采用四條熱鍍鋅鋼梁加固，保證小間整體架構(gòu)牢固，具備較強(qiáng)的耐腐蝕和防水性能。同時(shí)在小間內(nèi)加裝空調(diào)，保證小間內(nèi)溫度恒定，在控制箱體外部設(shè)置兩個(gè)風(fēng)扇（一個(gè)用于進(jìn)風(fēng)一個(gè)用于出風(fēng)）來(lái)加強(qiáng)控制箱內(nèi)外通風(fēng)，防止變頻器在不通風(fēng)狹小空間內(nèi)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生過(guò)溫跳閘的異常情況。該小間不僅能夠最大程度地隔絕進(jìn)入變頻器控制箱的灰塵和潮氣，防止電子元器件受損，而且完美地解決了設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間帶電運(yùn)行所衍生出來(lái)的散熱問(wèn)題。此舉不僅改善了空預(yù)器變頻器控制箱的運(yùn)行環(huán)境，而且對(duì)控制箱內(nèi)的變頻器及其他電子元器件起到了更好的保護(hù)作用。

4" " 結(jié)束語(yǔ)

從改進(jìn)電氣控制回路、優(yōu)化相關(guān)判斷邏輯、改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境三方面入手，能有效提高火力發(fā)電廠空預(yù)器的運(yùn)行可靠性，防止因控制回路及判斷邏輯方面欠缺所導(dǎo)致的空預(yù)器異常停運(yùn)事件發(fā)生，保障火力發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行，具有一定的實(shí)踐價(jià)值和推廣意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王新中，王云輝.空預(yù)器主電機(jī)及氣動(dòng)馬達(dá)切斷電磁閥控制回路改造[J].電力安全技術(shù)，2010，12（8）：38-39.

[2] 范永江.大型火力發(fā)電廠空預(yù)器永磁聯(lián)軸器改造及控制邏輯優(yōu)化[J].儀器儀表用戶，2017，24（11）：90-92.

收稿日期：2024-09-04

作者簡(jiǎn)介：陳昱昕（1994—），男，廣東汕頭人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。