賀治國

(國電電力大同發(fā)電有限責任公司，山西 大同 037043)

600 MW機組爐膛總風量低保護誤動作分析及改進

賀治國

(國電電力大同發(fā)電有限責任公司，山西 大同 037043)

介紹了一起爐膛總風量低保護觸發(fā)MFT保護動作的事故。根據(jù)ABB Symphony系統(tǒng)的控制柜電源結(jié)構(gòu)以及PFI信號的產(chǎn)生機理與作用，分析了爐膛總風量低保護誤動作的原因，并提出了針對性的整改措施，對該系統(tǒng)控制柜的電源結(jié)構(gòu)進行改進，以避免同類事故的發(fā)生。

總風量低保護；控制柜電源；PFI信號；PFI電壓

0 引言

某公司7號機組是我國首臺采用直接空冷的600 MW機組。其鍋爐為DG2026/17.35Ⅱ型亞臨界、自然循環(huán)、一次中間再熱、固態(tài)排渣汽包爐。DCS(分布式控制系統(tǒng))采用ABB Symphony系統(tǒng)。爐側(cè)風量取樣裝置為機翼式，風量變送器型號為EJA110A差壓變送器。其中，6臺磨煤機的一、二次風量與燃燼風量模擬量信號都送入MCS02機柜，然后在MCS02機柜的控制器中將以上風量求和后得出爐膛總風量，并判斷低限值(小于460 t/ h)，得出3個開關(guān)量DI(數(shù)字量輸入)信號，再通過3個獨立的模件輸出3個開關(guān)量DO(數(shù)字量輸出)信號，送入FSSS(鍋爐爐膛安全監(jiān)控)系統(tǒng)經(jīng)過“三取二”邏輯判斷后作為MFT(主燃料跳閘)保護跳閘條件之一。

1 事故概況

2012-05-07T03:09，7號機組DCS畫面顯示鍋爐總風量從1 900 t/h突降至140 t/h，鍋爐總風量低保護觸發(fā)MFT保護動作，機組負荷由394 MW降為0，7號機組跳閘。

03:20，在運行人員啟動A磨煤機時，鍋爐重新點火。

03:40，鍋爐總風量低保護再次觸發(fā)MFT保護動作，此時DCS畫面顯示鍋爐總風量從929 t/h突變?yōu)?。在更換MCS02機柜的電源模塊和模件后，經(jīng)運行值長同意，將鍋爐總風量低保護退出。

03:54，啟動B磨煤機，鍋爐再次重新點火。

06:24，發(fā)電機并網(wǎng)，機組正常發(fā)電運行。

2 事故分析

首次MFT動作后，對鍋爐風量測點回路進行檢查，確定回路正常，初步推測MFT動作的原因是風量信號被干擾。

第2次MFT動作時，鍋爐側(cè)風煙系統(tǒng)的各風量參數(shù)大部分離線，經(jīng)檢查離線的參數(shù)都在MCS02機柜。進一步觀察MCS02機柜，發(fā)現(xiàn)該機柜模件均報警，40 s后大部分模件報警消失，狀態(tài)恢復正常，但主備控制器的狀態(tài)燈仍報警。重新啟動備用控制器，主備控制器的報警消失，狀態(tài)恢復正常。因此，判斷MCS02機柜參數(shù)離線(即脫網(wǎng))是造成MFT動作的直接原因。為了進一步找出MCS02機柜離線的根本原因，進行了以下分析和試驗。

(1) 通信故障分析。該機組DCS通信為雙環(huán)形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，通信線纜為同軸電纜，通信模件冗余配置，通信協(xié)議為存儲轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，所有節(jié)點的地位是平等的。單獨1塊通信模件異常不會導致MCS02機柜脫網(wǎng)，2個通信模件同時異常也不會導致信號誤發(fā)，主備通信模件狀態(tài)燈在事故發(fā)生40 s后都恢復正常，因此通信故障不是造成MFT動作的原因。

(2) 硬件試驗。第2次MFT動作后，逐一檢查了MCS02機柜主備控制器和I/O模件外觀，無積灰無燒損。事故發(fā)生40 s后，大部分模件恢復正常，但主備控制器仍報警，重新啟動備用控制器后報警消失，據(jù)此判斷柜內(nèi)主備控制器和I/O模件應無問題。為了排除硬件可能存在的不確定因素和降低運行風險，更換了1對同型號的控制器。將替換下來的控制器送廠家檢測，判斷均無故障。主備控制器報警是因為重新啟動導致相互沖突，因此MFT動作不是由控制器和I/O模件引起的。

(3) 軟件組態(tài)分析。比較上傳邏輯組態(tài)與備份組態(tài)，結(jié)果完全一致，且該MFT保護的組態(tài)自2005年投產(chǎn)以來從未更改，因此排除軟件組態(tài)錯誤引起MFT動作的可能。

(4) 電源系統(tǒng)試驗與DCS變位數(shù)據(jù)分析。在鍋爐第2次點火前，熱控專業(yè)技術(shù)人員將2塊電源模塊拆下后檢測各輸出電壓值，均合格。但從事故發(fā)生時DCS變位數(shù)據(jù)及曲線記錄中，發(fā)現(xiàn)MCS02機柜所有開關(guān)量同時由1突變?yōu)?，模擬量數(shù)值突變?yōu)?，總風量判斷小于460 t/h。由此斷定該起事故原因是MCS02機柜所有信號突變，導致總風量信號都低于定值而觸發(fā)MFT動作。

3 根本原因

ABB Symphony系統(tǒng)的控制柜電源采用母線排供電方式，如圖1所示。母線排包括+5 V、±15 V、COM(即0電壓)以及PFI電壓排，為控制柜內(nèi)各層控制器和I/O模件提供相應的工作電壓。母線排的各等級電壓來自2個電源模塊供電，且2個電源模塊各承擔50 %的用電負荷。同時該電源系統(tǒng)配有PFI(電源故障中斷信號)檢測裝置，該裝置檢測母線排各組電壓，經(jīng)判斷后產(chǎn)生PFI電壓輸出至PFI母線排上，然后再引至各層控制器和模件，最終由各層控制器和I/O模件判斷出PFI信號是否存在。

圖1 ABB Symphony控制柜電源示意

當PFI母線排電壓不在正常范圍(4.75-5.25 V)內(nèi)，PFI信號會強制控制器和I/O模件在電源完全失去前采取預防性和安全性的動作，觸發(fā)停止控制器及I/O模件工作，防止控制器中的NVRAM(非易失性隨機訪問存儲器)產(chǎn)生沖突數(shù)據(jù)，同時使輸出回0，避免故障進一步擴大而導致更大的損失；當電壓恢復正常后，PFI信號消失，控制器及I/O模件重新啟動運行。第2次MFT動作后，MCS02機柜控制器及I/O模件重新啟動引起信號突變現(xiàn)象，即為PFI信號跳變所引起的。當控制器及I/O模件重新啟動時，控制器重新采集所有的模擬量信號，控制器中靠前的功能碼塊號先采集先判斷，沒有采集到的初值則為0；又因開關(guān)量信號的采集與處理時間快于模擬量，進而導致總風量計算、判斷錯誤，最終發(fā)出錯誤的總風量低信號觸發(fā)MFT動作。

將PFI裝置送至ABB公司檢查，發(fā)現(xiàn)PFI裝置因使用年限較長有性能下降的跡象。目前7號機組使用的新一代控制器和I/O模件工作電壓都是+5 V，而老一代控制器和模件的工作電壓是±15 V。因此，電源輸出的±15 V電壓處于開路狀態(tài)，易受干擾，進而使PFI裝置輸出電壓不穩(wěn)定，這是導致控制器計算、判斷風量錯誤的根本原因。

4 改進措施

根據(jù)ABB公司的建議，屏蔽所有控制柜PFI裝置產(chǎn)生的PFI電壓，直接將+5 V電壓作為PFI母線電壓送入各層控制器及I/O模件。因此，將母線排上的+5 V電壓通過專用短接線短接至PFI電壓母線排上，并拆除了PFI裝置至PFI電壓母線排上的接線。改進后，+5 V電壓即是PFI電壓，實現(xiàn)了送入各控制器及模件的PFI信號電壓就是其工作電壓，確保了PFI信號的可靠性。為了防止+5 V排與PFI電壓排單線短接而接觸不可靠，再增加1處短接，確保PFI電壓與+5 V電壓一致。

為了保證控制柜母線電壓的穩(wěn)定，首先更換了同型號新一代的電源模塊，保證由AC 220 V轉(zhuǎn)換出母線排的各類直流電壓的穩(wěn)定；其次聯(lián)系電氣專業(yè)進行外部供電電源切換試驗，保證UPS電源和保安電源切換過程中不影響控制柜母線電壓的穩(wěn)定；最后熱控人員獨立進行內(nèi)部配電柜電源切換試驗以及控制柜電源切換試驗，保證切換過程中控制柜母線電壓不波動。

在機組停運時，清理控制柜的2個電源模塊及其機架的靜電積灰，并對電源模塊的輸入輸出電壓以及母線排電壓進行檢測，做好清掃和檢測記錄。

5 結(jié)束語

通過分析本次爐膛總風量低保護誤動作事故，加深了對ABB控制柜電源系統(tǒng)的認知。雖然ABB控制柜電源系統(tǒng)采用雙電源母排供電方式，但PFI裝置不是冗余配置。如果PFI裝置不穩(wěn)定，將導致該控制柜內(nèi)控制器和I/O模件失電或重啟，進而引發(fā)事故。所以提高PFI電壓的可靠性對于電源系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要，應將事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)，保障機組安全穩(wěn)定運行。

2016-04-18；

2016-07-09。

賀治國(1981-)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱工專業(yè)的維護工作，email: hzgaaa@163.com。