李 鯤

（江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011）

燃機發(fā)電機功率回路問題引起的機組跳閘分析及改造

李 鯤

（江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011）

由于燃機發(fā)電機有功功率回路設計不合理，運行中的燃機發(fā)電機電壓互感器在斷線處理中引起機組跳閘，通過分析找出原因并進行了改造。

燃機發(fā)電機；功率回路；控制邏輯；改造

隨著節(jié)能減排的實施，近年來燃機電站投產日益增多，由于燃機自動化程度高、邏輯復雜，往往在設計基建中的隱藏問題會帶來較大的安全隱患。下面結合實際，針對燃機發(fā)電機電壓互感器回路及燃燒調整的邏輯進行了分析，供同行參考。

1 設備概述

某電廠2011年底新投產兩臺220MW三菱M701DA聯(lián)合循環(huán)機組，燃機和汽輪機分軸布置，燃機發(fā)電機采用東方電氣的 QFR-165-2-15.75發(fā)電機，額定有功功率150MW，每臺發(fā)電機出口有兩組電壓互感器分別命名為1YH、2YH，電壓互感器采用大連北方互感器公司的 JDZX9-15Q全封閉戶內單相電壓互感器，三相電壓互感器共6個初級小車；發(fā)電機自并勵勵磁方式，一套勵磁柜運行、另一套備用。

燃機控制系統(tǒng)采用三菱重工開發(fā)的 DIASYS Netmation控制系統(tǒng)，由3部分組成，即TCS燃機控制系統(tǒng)、TPS燃機保護系統(tǒng)和CPFM（Combustion Pressure Fluctuation Monitor）燃燒壓力波動監(jiān)視系統(tǒng)。

2 CPFM保護原理

M701DA燃機采用預混燃燒模式，該模式是為了降低氮氧化物排放并提高燃燒效率。但是預混燃燒的穩(wěn)定范圍比較窄，不能適應燃機在大范圍內變工況運行的需求，尤其在低負荷工況下容易熄火。預混燃燒的另外一個副作用是易產生振蕩現(xiàn)象———聲波、流體力學和放熱之間相互作用。振蕩出現(xiàn)時，會伴隨著放熱量和壓力的大幅波動。若外界因素發(fā)生變化，劇烈的聲光釋放又會產生大量的熱量，反過來又加劇了聲光的釋放，激發(fā)壓力波動的產生。燃燒室壓力波動會引起燃燒不穩(wěn)定，影響機組正常運行，嚴重的燃燒波動會導致熱部件的損壞。

三菱為燃機配備了 CPFM 作為燃燒監(jiān)控的手段，并提供保護功能。M701DA燃機的CPFM采用9個壓力波動傳感器，檢測10個頻段的壓力波動。同一頻段任兩個壓力波動傳感器達到高報警值，并RUNBACK；同一頻段任兩個壓力波動傳感器到達高高限值延時10s跳機。燃燒壓力波動保護定值見表1。

表1 燃燒壓力波動保護定值

3 事件經過

2013年某日，燃機側有功功率83MW，燃機發(fā)電機“電壓互感器回路斷線”報警，運行人員檢查發(fā)現(xiàn)燃機發(fā)電機勵磁柜已從A柜切換至B柜，保護柜內阻抗、失磁等帶電壓量的保護均被閉鎖。在“1YH”次級小開關處測得B相電壓為0，A、C相電壓正常；2YH次級三相電壓正常，判斷為“1YH”電壓互感器B相初級熔絲熔斷，并詢問熱控專業(yè)停用電壓互感器對燃機無影響情況下，對1YH進行停電檢查。在壓變停用過程中，燃機跳閘。

4 事故時序

1）0∶31，燃機側TCS發(fā)“GT PT FAILURE”（發(fā)電機電壓互感器故障），“GT AC POWER SUPPLY FAILURE”（發(fā)電機交流采樣故障）報警，DCS畫面“燃機發(fā)電機出口PT斷線”。由運行、檢修部門專工到場進行檢查、判斷。

2）3∶56∶10，進行停用1YH壓變操作。此時負荷從83MW突降至57MW，IGV（可轉導葉）從22.4%突關至1.1%，燃機側燃燒劇烈波動。

3）3∶36∶15 #7、9、11壓力波動MID2（中2）段報警；3∶36∶16 #3壓力波動MID2段超跳機值；3∶36∶19 #9、11壓力波動MID2段超跳機值；3∶36∶20燃機跳閘（如圖1所示）。

圖1 燃機功率與CPFM曲線圖

5 原因分析

處理電壓互感器初級熔絲熔斷故障可以在線進行，因為電壓互感器故障后造成的影響已發(fā)生，但此次處理為何會造成有功負荷劇烈波動造成燃機跳閘，經對燃機控制系統(tǒng)采錄曲線分析和現(xiàn)場調查，原因如下。

1）在跳機后，更換初級熔絲時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場 1YH初級熔絲完好，測量實際為“2YH”初級熔絲熔斷，一次二次接線不對應。經比對圖紙發(fā)現(xiàn)發(fā)電機電壓互感器柜廠家設計與電力設計院圖紙不符，而基建期間施工單位在接線時發(fā)現(xiàn)圖紙問題并未向業(yè)主交代?，F(xiàn)場設備運行標示牌則按照設計院圖紙布置，導致運行人員停錯了電壓互感器。

2）燃機控制系統(tǒng)采樣的三個有功變送器的電壓量均接至2YH的次級，當斷開2YH B相二次回路時，進入有功功率變送器的B相采樣失去，三個有功變送器輸出都下降1/3。

3）在燃機控制系統(tǒng)邏輯組態(tài)中，三個有功信號采取三取中方式，此種接線及邏輯組態(tài)在三個輸入信號錯誤時，則輸出信號失真。功率回路接線及邏輯組態(tài)在單一變送器故障或斷線時能起作用，當發(fā)生兩個以上變送器故障時將會造成燃機控制系統(tǒng)誤判。

圖2 改造前的燃機發(fā)電機有功變送器接線

圖3 改造前的燃機發(fā)電機有功輸出邏輯

4）控制系統(tǒng)中負荷設定值與采樣到的負荷出現(xiàn)偏差，燃機自動增加燃料量以提升出力。但是由于采樣負荷下降，又造成IGV自動關閉、燃燒旁通閥打開。燃機燃燒器運行工況偏離設計工況，導致燃燒異常燃燒壓力波動增大超過跳機值導致燃機跳閘。

5）燃機的有功功率變送器回路及邏輯組態(tài)存在安全隱患，有功信號的電壓均采樣自同一個電壓互感器，缺少冗余，在正常運行中，電壓互感器初級熔絲熔斷、二次回路故障、人為誤操作均可能造成機組跳閘，存在非常大的安全隱患。

6）新投產機組，生產人員對機組的邏輯、接線不熟悉，不能有效做到安全風險預控。

6 功率回路的改造

根據(jù)以上分析，可以從電壓互感器二次接線、功率回路改造、燃機控制系統(tǒng)邏輯3個環(huán)節(jié)著手。利用機組小修機會，對同期投產的兩套燃機發(fā)變組電壓互感器回路及功率回路進行了改造，對燃機控制系統(tǒng)組態(tài)邏輯進行了修改。

1）按照電力設計院竣工圖對燃機發(fā)電機電壓互感器回路進行整改，采取不動二次回路，只更改電壓互感器本體位置的方法進行改造，并對標示重新張貼，使一次、二次接線相對應。并在整改后首次開機時進行電氣試驗驗證接線正確性。

2）如圖4所示，在原有三只（#1、2、3）有功變送器的基礎上，新增加一只同型號的有功變送器（#4有功變送器），將原有的2組PT，分別接入4個有功變送器。其中#1、3有功變送器取自1YH，#2、4有功變送器取自2YH。

圖4 改造后的燃機發(fā)電機有功變送器接線

3）TCS系統(tǒng)邏輯改為#3和#4有功變送器輸出值取高后再與#1、#2有功變送器輸出值取中。

經過以上3項改造措施的實施，確保了發(fā)電機任一個電壓互感器運行中故障或停用，均不會因為功率回路原因造成燃機的非正常運行。

圖5 燃機發(fā)電機有功輸出邏輯

7 結論

目前國內部分燃機可能仍存在取一個電壓互感器采樣作為機組有功判斷的接線和邏輯。在發(fā)生同樣問題時仍可能造成嚴重的后果，必須高度重視這一問題。

通過對燃機發(fā)電機有功功率回路發(fā)生問題的分析及改造，解決了燃機運行中存在的安全隱患。在機組設計、基建、施工、運行中，必須全面考慮設備安全運行的各種因素，及時發(fā)現(xiàn)解決問題，確保機組的安全可靠運行。

［1］吳海斌.M701F燃機燃燒室壓力波動監(jiān)視系統(tǒng)及其

聯(lián)鎖保護功能［J］.熱力發(fā)電，2010（1）：80-82，85.

李 鯤（1976-），男，工程師，從事發(fā)電廠電氣運行技術管理工作。