廣東省粵瀧發(fā)電有限責任公司 廣東云浮 527217
摘要:作為汽車機的危機危急遮斷系統(tǒng),ETS發(fā)揮著報警或停機信號,進行邏輯處理,輸出指示燈報警信號或汽輪機遮斷信號的作用。因此,保證ETS信號的正確性顯得尤為關鍵。本文針對汽機的ETS在投入電跳機保護時誤發(fā)跳機信號的問題,詳細分析其原因,發(fā)現電跳機保護信號電纜在投入保護瞬間的電容充電現象,會把汽機保護系統(tǒng)PLC的DI通道電壓拉低,向動作值附近靠近,從而導致ETS誤動?;谛盘栒`動的原因,實驗研究證明,采用充電電阻巧妙地解決ETS保護誤動隱患。
關鍵詞:汽車ETS電跳機;信號誤動;原因分析
某電廠2×135MW汽輪機危急遮斷系統(tǒng)(ETS)保護裝置由上海汽輪機有限公司(STC)提供,該套ETS由可編程邏輯控制器(PLC)進行汽輪機遮斷,采用雙冗余PLC實現保護功能,即主PLC(MPLC)和輔助PLC(BPLC)。其保護原理為:當主PLC(MPLC)和輔助PLC(BPLC)輸入通道同時掃描到電跳機回路觸點閉合,主PLC(MPLC)和輔助PLC(BPLC)經過邏輯運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,實現保護預警[1]。
1.事件經過
某電廠#2機組并網后投入ETS電跳機保護的瞬間機組誤跳閘。查#2機組DCS的SOE記錄,發(fā)現#2機組跳閘情況很奇異,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機組跳閘情況
時間(12時13分~)#2機組跳閘情況
56秒841毫秒(投入K1時間)ETS裝置發(fā)汽輪機主汽門關閉、MFT指令
56秒940毫秒發(fā)變組出口開關2201跳閘
57秒10毫秒發(fā)電機滅磁開關跳閘
57秒22毫秒汽機主汽門關閉
58秒867毫秒(投入K2時間)ETS裝置發(fā)出發(fā)電機出口開關跳閘信號
經檢查,ETS裝置首出邏輯畫面顯示“電跳機”(說明:主汽門關閉信號不進ETS首出邏輯,所以即便是汽輪機先跳閘也不會在首出畫面顯示),檢查汽機跳閘前后各參數正常,檢查#2機ETS未發(fā)現問題。后聯系電氣專業(yè)檢查#2發(fā)變組出口開關2201輔助觸點及就地端子箱,聯系機務專業(yè)重點檢查EH油、潤滑油系統(tǒng)有無泄漏[2]。電氣和機務專業(yè)檢查后未發(fā)現設備異常。后向中調申請空載合2201開關,試投電跳機保護正常。但具體原因一時無法確定,#2機組重新并網,再次投入ETS電跳機保護正常。
2.原因分析
從機務專業(yè)上分析,導致汽機跳閘又不會首出的原因有兩種:(1)隔膜閥故障,導致隔膜閥的潤滑油壓低過動作值,導致EH油卸壓,汽機跳閘;(2)EH油系統(tǒng)故障,導致危急遮斷油油壓偏低,EH油卸壓,汽機跳閘。以上兩種情況都可導致汽機無法再次掛閘。然而如果是振動大、潤滑油壓低等其它保護跳閘ETS首出會記錄。所以由于機務專業(yè)設備故障導致機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機組剛并網,在投電跳機保護的瞬間2201開關跳閘,導致汽機跳閘;(2)在投ETS電跳機保護后,電跳機保護回路電纜短路,導致汽機跳閘。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ETS電跳機回路有干擾信號竄入,導致#2機組跳閘。但通過示波器在線觀察電跳機回路電纜電壓波形,擾動電壓最大只有0.3V。檢查接地良好。在上述跳閘情況中,經過電氣專業(yè)檢查開關,并進行開關的分合試驗說明開關故障導致機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汽機跳閘,AST電磁閥失電原因游散:(1)AST電磁閥雙路110VAC電源在投入保護過程中恰好故障,導致汽機跳閘。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開關量雙路輸出卡件(通道)在投入保護過程中恰好故障,導致汽機跳閘。通過檢查和測試卡件工作正常,所以這種可能也排除;(3)在投入保護過程中恰好輸入回路瞬間掃描到電跳機接通信號,通過ETS輸出卡件發(fā)出AST電磁閥失電指令,使汽機跳閘,排除了以上兩種可能性,只有這種原因導致跳機。
調查當時投保護人員已確認2201開關在合閘狀態(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,就只剩下保護回路自身的問題。由于電跳機回路電纜總長有300米,存在電容效應,在投入電跳機保護時有導致信號通道電壓瞬間拉低的可能,以致ETS系統(tǒng)誤判,進而誤跳機[3]。因此,#2機組異常跳閘的原因可以鎖定在電跳機回路設計缺陷。
3.電跳機回路電容效應分析及試驗
3.1理論分析
圖1是電跳機輸入回路的工作原理圖,當K1、K2閉合的情況下(即保護投入狀態(tài))只要現場發(fā)電機出口開關輔助接點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極之間有電流流過,并電流大于2.5mA足夠接通光耦,則認為S閉合[4]。
圖1 電跳機輸入回路的工作原理圖
然后再驗證回路是否有誤認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,實際上電源的正負極之間有電流流過,造成瞬間誤判導致跳機。
3.2投保護試驗
用CAAP2000錄波儀分別測量PLC的I/O通道24VDC電源電壓、電跳機DI通道電壓、電跳機信號電纜電壓,觀察在K1、K2開關投入瞬間PLC通道電壓變化情況。從中發(fā)現電跳機保護投入的瞬間PLC通道電壓瞬間降到11.46VDC,持續(xù)1ms后恢復正常。經過反復試驗,PLC通道電壓在每次投保護時谷值都有不一致,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)變組出口開關至ETS柜的電纜,只測量發(fā)變組保護屏至ETS柜的電纜在保護投入瞬間電壓,此段電纜長度約為50米。結果發(fā)現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,在投入電跳機保護瞬間,PLC通道在給電纜進行充電,導致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時都會導致保護誤動。
4.解決方案
針對ETS誤動原因,可以采用充電電阻,對電纜進行充電,以提高在保護投切的的瞬間PLC通道掃描電壓的穩(wěn)定性。具體措施如下圖2。
圖2 電跳機保護回路增加充電電阻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開關輔助接點信號的掃描。
確定整改措施后,關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保護回路串入多大阻值合適。結果表明:串入電阻值在4490Ω以下時PLC,可以掃描到開關量的狀態(tài),當電阻值大于5190Ω時PLC認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保護時PLC通道、信號電纜電壓波形,發(fā)現在接入電阻的情況下投入電跳機保護,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行開關分閘試驗,分閘后電壓降時間為0.2ms。保護回路動作時依然可以實現快速可靠。
總結
根據試驗數據分析,加裝保護回路充電電阻對保護裝置和保護邏輯無影響。滿足保護的快速性,實施起來方便,成本可以忽略不計,巧妙解決長電纜充電導致PLC誤判的問題。此方法適用于所有PLC、單片機的開關量長電纜輸入信號投切保護回路。
參考文獻:
[1]邱夏寧.汽機ETS電跳機保護信號誤動的原因分析[J].中國高新技術企業(yè),2013,17.
[2]王永玲,周文龍,蔣育平.135MW機組機械危急遮斷器的優(yōu)化[J].發(fā)電設備,2013,04.
[3]江浩.ETS系統(tǒng)常見故障及可靠性研究[J].機電技術,2012,03.
[4]劉昕,初東,王長友.汽輪機的調節(jié)保安系統(tǒng)的改造[J].冶金動力,2014,08