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        基于汽機(jī)ETS電跳機(jī)保護(hù)信號誤動的原因探究

        2015-12-31 00:00:00侯順東
        基層建設(shè) 2015年14期

        廣東省粵瀧發(fā)電有限責(zé)任公司 廣東云浮 527217

        摘要:作為汽車機(jī)的危機(jī)危急遮斷系統(tǒng),ETS發(fā)揮著報警或停機(jī)信號,進(jìn)行邏輯處理,輸出指示燈報警信號或汽輪機(jī)遮斷信號的作用。因此,保證ETS信號的正確性顯得尤為關(guān)鍵。本文針對汽機(jī)的ETS在投入電跳機(jī)保護(hù)時誤發(fā)跳機(jī)信號的問題,詳細(xì)分析其原因,發(fā)現(xiàn)電跳機(jī)保護(hù)信號電纜在投入保護(hù)瞬間的電容充電現(xiàn)象,會把汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)PLC的DI通道電壓拉低,向動作值附近靠近,從而導(dǎo)致ETS誤動。基于信號誤動的原因,實驗研究證明,采用充電電阻巧妙地解決ETS保護(hù)誤動隱患。

        關(guān)鍵詞:汽車ETS電跳機(jī);信號誤動;原因分析

        某電廠2×135MW汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)(ETS)保護(hù)裝置由上海汽輪機(jī)有限公司(STC)提供,該套ETS由可編程邏輯控制器(PLC)進(jìn)行汽輪機(jī)遮斷,采用雙冗余PLC實現(xiàn)保護(hù)功能,即主PLC(MPLC)和輔助PLC(BPLC)。其保護(hù)原理為:當(dāng)主PLC(MPLC)和輔助PLC(BPLC)輸入通道同時掃描到電跳機(jī)回路觸點(diǎn)閉合,主PLC(MPLC)和輔助PLC(BPLC)經(jīng)過邏輯運(yùn)算后由其輸出通道斷開AST電磁閥的電源,使AST電磁閥失電動作,實現(xiàn)保護(hù)預(yù)警[1]。

        1.事件經(jīng)過

        某電廠#2機(jī)組并網(wǎng)后投入ETS電跳機(jī)保護(hù)的瞬間機(jī)組誤跳閘。查#2機(jī)組DCS的SOE記錄,發(fā)現(xiàn)#2機(jī)組跳閘情況很奇異,甚至可以說跳閘的有些不符合邏輯,具體情況如表1:

        表1 #2機(jī)組跳閘情況

        時間(12時13分~)#2機(jī)組跳閘情況

        56秒841毫秒(投入K1時間)ETS裝置發(fā)汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉、MFT指令

        56秒940毫秒發(fā)變組出口開關(guān)2201跳閘

        57秒10毫秒發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)跳閘

        57秒22毫秒汽機(jī)主汽門關(guān)閉

        58秒867毫秒(投入K2時間)ETS裝置發(fā)出發(fā)電機(jī)出口開關(guān)跳閘信號

        經(jīng)檢查,ETS裝置首出邏輯畫面顯示“電跳機(jī)”(說明:主汽門關(guān)閉信號不進(jìn)ETS首出邏輯,所以即便是汽輪機(jī)先跳閘也不會在首出畫面顯示),檢查汽機(jī)跳閘前后各參數(shù)正常,檢查#2機(jī)ETS未發(fā)現(xiàn)問題。后聯(lián)系電氣專業(yè)檢查#2發(fā)變組出口開關(guān)2201輔助觸點(diǎn)及就地端子箱,聯(lián)系機(jī)務(wù)專業(yè)重點(diǎn)檢查EH油、潤滑油系統(tǒng)有無泄漏[2]。電氣和機(jī)務(wù)專業(yè)檢查后未發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。后向中調(diào)申請空載合2201開關(guān),試投電跳機(jī)保護(hù)正常。但具體原因一時無法確定,#2機(jī)組重新并網(wǎng),再次投入ETS電跳機(jī)保護(hù)正常。

        2.原因分析

        從機(jī)務(wù)專業(yè)上分析,導(dǎo)致汽機(jī)跳閘又不會首出的原因有兩種:(1)隔膜閥故障,導(dǎo)致隔膜閥的潤滑油壓低過動作值,導(dǎo)致EH油卸壓,汽機(jī)跳閘;(2)EH油系統(tǒng)故障,導(dǎo)致危急遮斷油油壓偏低,EH油卸壓,汽機(jī)跳閘。以上兩種情況都可導(dǎo)致汽機(jī)無法再次掛閘。然而如果是振動大、潤滑油壓低等其它保護(hù)跳閘ETS首出會記錄。所以由于機(jī)務(wù)專業(yè)設(shè)備故障導(dǎo)致機(jī)組跳閘的可能可以排除。

        從電氣專業(yè)上分析,原因有三種:(1)由于#2機(jī)組剛并網(wǎng),在投電跳機(jī)保護(hù)的瞬間2201開關(guān)跳閘,導(dǎo)致汽機(jī)跳閘;(2)在投ETS電跳機(jī)保護(hù)后,電跳機(jī)保護(hù)回路電纜短路,導(dǎo)致汽機(jī)跳閘。但后來用搖表測量線間、線對地絕緣正常。排除此原因;(3)#2機(jī)ETS電跳機(jī)回路有干擾信號竄入,導(dǎo)致#2機(jī)組跳閘。但通過示波器在線觀察電跳機(jī)回路電纜電壓波形,擾動電壓最大只有0.3V。檢查接地良好。在上述跳閘情況中,經(jīng)過電氣專業(yè)檢查開關(guān),并進(jìn)行開關(guān)的分合試驗說明開關(guān)故障導(dǎo)致機(jī)組跳閘的可能性不大。

        從熱工控制上分析,AST電磁閥失電即能實現(xiàn)汽機(jī)跳閘,AST電磁閥失電原因游散:(1)AST電磁閥雙路110VAC電源在投入保護(hù)過程中恰好故障,導(dǎo)致汽機(jī)跳閘。但測量AST的雙路電源時都顯示正常,因此可以排除這個原因;(2)ETS開關(guān)量雙路輸出卡件(通道)在投入保護(hù)過程中恰好故障,導(dǎo)致汽機(jī)跳閘。通過檢查和測試卡件工作正常,所以這種可能也排除;(3)在投入保護(hù)過程中恰好輸入回路瞬間掃描到電跳機(jī)接通信號,通過ETS輸出卡件發(fā)出AST電磁閥失電指令,使汽機(jī)跳閘,排除了以上兩種可能性,只有這種原因?qū)е绿鴻C(jī)。

        調(diào)查當(dāng)時投保護(hù)人員已確認(rèn)2201開關(guān)在合閘狀態(tài),且操作完全按照操作票正常執(zhí)行,排除誤操作的可能。排除人為因素,就只剩下保護(hù)回路自身的問題。由于電跳機(jī)回路電纜總長有300米,存在電容效應(yīng),在投入電跳機(jī)保護(hù)時有導(dǎo)致信號通道電壓瞬間拉低的可能,以致ETS系統(tǒng)誤判,進(jìn)而誤跳機(jī)[3]。因此,#2機(jī)組異常跳閘的原因可以鎖定在電跳機(jī)回路設(shè)計缺陷。

        3.電跳機(jī)回路電容效應(yīng)分析及試驗

        3.1理論分析

        圖1是電跳機(jī)輸入回路的工作原理圖,當(dāng)K1、K2閉合的情況下(即保護(hù)投入狀態(tài))只要現(xiàn)場發(fā)電機(jī)出口開關(guān)輔助接點(diǎn)S閉合,光耦接通,PLC掃描到S閉合信號。換句話說也就是光耦的正負(fù)極之間有電流流過,并電流大于2.5mA足夠接通光耦,則認(rèn)為S閉合[4]。

        圖1 電跳機(jī)輸入回路的工作原理圖

        然后再驗證回路是否有誤認(rèn)S閉合的可能性,如果將K1、K2到S間的信號電纜看作是一個電容,實測電容容量為49nF。K1本身也可以看作是一個電容,在K2投入的瞬間,即使在K1沒有投入的情況下,實際上電源的正負(fù)極之間有電流流過,造成瞬間誤判導(dǎo)致跳機(jī)。

        3.2投保護(hù)試驗

        用CAAP2000錄波儀分別測量PLC的I/O通道24VDC電源電壓、電跳機(jī)DI通道電壓、電跳機(jī)信號電纜電壓,觀察在K1、K2開關(guān)投入瞬間PLC通道電壓變化情況。從中發(fā)現(xiàn)電跳機(jī)保護(hù)投入的瞬間PLC通道電壓瞬間降到11.46VDC,持續(xù)1ms后恢復(fù)正常。經(jīng)過反復(fù)試驗,PLC通道電壓在每次投保護(hù)時谷值都有不一致,范圍在11.13VDC~12.46VDC。在不接地線情況下測得PLC通道最低電壓為10.15VDC。這說明接地線對通道壓降有一定影響。

        甩開發(fā)變組出口開關(guān)至ETS柜的電纜,只測量發(fā)變組保護(hù)屏至ETS柜的電纜在保護(hù)投入瞬間電壓,此段電纜長度約為50米。結(jié)果發(fā)現(xiàn)PLC通道電壓下降幅度不大,谷值在19.97VDC附近。

        從以上試驗可以判定,在投入電跳機(jī)保護(hù)瞬間,PLC通道在給電纜進(jìn)行充電,導(dǎo)致PLC通道電壓突降,但不是每次都會降至I/O通道判斷的門檻值,所以不是每次投保護(hù)時都會導(dǎo)致保護(hù)誤動。

        4.解決方案

        針對ETS誤動原因,可以采用充電電阻,對電纜進(jìn)行充電,以提高在保護(hù)投切的的瞬間PLC通道掃描電壓的穩(wěn)定性。具體措施如下圖2。

        圖2 電跳機(jī)保護(hù)回路增加充電電阻R1、R2示意圖

        在K1、K2上并接合適的電阻,使其在K1、K2斷開時對電纜進(jìn)行充電。在閉合K1、K2后充電電阻被旁路掉,不影響PLC對2201開關(guān)輔助接點(diǎn)信號的掃描。

        確定整改措施后,關(guān)鍵是問題是串入電阻多大電阻合理。本著串入電阻不影響PLC的判斷為原則,通過在PLC輸入回路里串入滑線變阻器試驗電跳機(jī)保護(hù)回路串入多大阻值合適。結(jié)果表明:串入電阻值在4490Ω以下時PLC,可以掃描到開關(guān)量的狀態(tài),當(dāng)電阻值大于5190Ω時PLC認(rèn)為外回路處于斷開狀態(tài)。

        5.實施效果

        確定電阻后,觀察接入電阻后投入電跳機(jī)保護(hù)時PLC通道、信號電纜電壓波形,發(fā)現(xiàn)在接入電阻的情況下投入電跳機(jī)保護(hù),對通道電壓影響非常小。比不加充電電阻時要平緩很多。而增加充電電阻后進(jìn)行開關(guān)分閘試驗,分閘后電壓降時間為0.2ms。保護(hù)回路動作時依然可以實現(xiàn)快速可靠。

        總結(jié)

        根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析,加裝保護(hù)回路充電電阻對保護(hù)裝置和保護(hù)邏輯無影響。滿足保護(hù)的快速性,實施起來方便,成本可以忽略不計,巧妙解決長電纜充電導(dǎo)致PLC誤判的問題。此方法適用于所有PLC、單片機(jī)的開關(guān)量長電纜輸入信號投切保護(hù)回路。

        參考文獻(xiàn):

        [1]邱夏寧.汽機(jī)ETS電跳機(jī)保護(hù)信號誤動的原因分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2013,17.

        [2]王永玲,周文龍,蔣育平.135MW機(jī)組機(jī)械危急遮斷器的優(yōu)化[J].發(fā)電設(shè)備,2013,04.

        [3]江浩.ETS系統(tǒng)常見故障及可靠性研究[J].機(jī)電技術(shù),2012,03.

        [4]劉昕,初東,王長友.汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的改造[J].冶金動力,2014,08

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