陳志勇

(廣東粵電大亞灣綜合能源有限公司，廣東 惠州 516083)

某電廠一期為2臺(tái)600 MW燃煤火力發(fā)電機(jī)組，其中2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)組為國(guó)產(chǎn)組裝FPM1108/A型柴油發(fā)電機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為帕金斯4012TWG2，額定功率為1 000 kW，交流發(fā)電機(jī)型號(hào)為馬拉松MX-1030-4，調(diào)速器為海茵茨曼的680/84，調(diào)壓器為馬拉松公司的DVR2000E，控制系統(tǒng)為凱迅GU320A控制器，并網(wǎng)控制系統(tǒng)為GAC同步模塊搭接繼電器回路構(gòu)成，柴油發(fā)電機(jī)配置一個(gè)施耐德MT20H1型出口K0開(kāi)關(guān)。柴油發(fā)電機(jī)每周進(jìn)行一次空載試驗(yàn)，每月進(jìn)行一次帶載試驗(yàn)。在一次2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)正常，但是在柴油發(fā)電機(jī)正常停機(jī)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)出口K0開(kāi)關(guān)無(wú)法正常分閘，經(jīng)過(guò)全面分析排查，確認(rèn)是由于繼電器故障導(dǎo)致K0開(kāi)關(guān)無(wú)法正常分閘，最終導(dǎo)致K0開(kāi)關(guān)過(guò)載脫扣異常跳閘。

1 原理分析

在發(fā)電廠中，柴油發(fā)電機(jī)用作事故保安段的備用電源，機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生廠用電中斷事故時(shí)，可保證機(jī)組安全停用[1-3]。該廠2號(hào)機(jī)組保安段分為保安2A段、保安2B段、保安2C段，保安2A段與保安2C段配置一個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K1，保安2B段與保安2C段配置一個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K2，正常運(yùn)行時(shí)，K1，K2開(kāi)關(guān)分閘。每個(gè)保安段配置一套江蘇金智科技股份有限公司的MFC5208A發(fā)電廠備保安電源自動(dòng)切換裝置。保安A段由鍋爐B段或汽機(jī)A段供電，正常運(yùn)行時(shí)，K9開(kāi)關(guān)合閘、K7開(kāi)關(guān)合閘、K5開(kāi)關(guān)合閘、K3開(kāi)關(guān)分閘，保安A段由鍋爐B段供電，當(dāng)鍋爐B段失電或K9、K7開(kāi)關(guān)故障分閘時(shí)，MFC5208A切換裝置合K3開(kāi)關(guān)，自動(dòng)切換至汽機(jī)B段供電。保安2C段帶柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)設(shè)出口斷路器K0開(kāi)關(guān)。當(dāng)汽機(jī)段和鍋爐段均失電時(shí)，MFC5208A切換裝置自動(dòng)檢測(cè)到失壓將發(fā)命令給柴油發(fā)電機(jī)控制器，柴油發(fā)電機(jī)控制器收到命令后14 s內(nèi)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，自動(dòng)合K0開(kāi)關(guān)，MFC5208A切換裝置收到柴油機(jī)啟動(dòng)成功命令并檢測(cè)到保安2C段有電壓自動(dòng)合K1開(kāi)關(guān)，由柴油發(fā)電機(jī)給保安2A段供電。同理，保安2B段與保安2A段原理一致。機(jī)組保安電源一次原理圖如圖1所示。

圖1 機(jī)組保安電源一次原理圖

2 事件介紹

該廠2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)自2009年投運(yùn)以來(lái)，每周進(jìn)行一次空載試驗(yàn)，每月進(jìn)行一次帶載試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)均正常。2020年4月完成2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)改造，將原GU320A控制器和GAC同步器升級(jí)改造為深海8620控制器。改造完成后，柴油發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)正常、帶載試驗(yàn)正常、保安段切換試驗(yàn)正常。2020年8月16日，運(yùn)行人員在定期進(jìn)行2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)時(shí)，帶載600 kW，試驗(yàn)正常。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，運(yùn)行人員手動(dòng)降負(fù)荷至150 kW，遠(yuǎn)方發(fā)停柴油發(fā)電機(jī)命令，柴油發(fā)電機(jī)控制器發(fā)出“發(fā)電機(jī)分閘失敗”、“發(fā)電機(jī)過(guò)電流報(bào)警”。隨后，柴油發(fā)電機(jī)出口K0開(kāi)關(guān)跳閘。

3 原因分析

3.1 柴油發(fā)電機(jī)出口K0開(kāi)關(guān)檢查

柴油發(fā)電機(jī)出口K0開(kāi)關(guān)為施耐德MT20H1框架式斷路器，額定電流2 000 A。柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)正常，在柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)過(guò)程中，控制器出現(xiàn)“發(fā)電機(jī)分閘失敗”和“發(fā)電機(jī)過(guò)電流”報(bào)警，5 s后K0開(kāi)關(guān)才跳閘。經(jīng)了解，近期柴油發(fā)電機(jī)本體及二次回路無(wú)檢修工作，K0開(kāi)關(guān)無(wú)任何檢修工作，初步懷疑K0開(kāi)關(guān)分、合閘存在問(wèn)題。立即對(duì)K0開(kāi)關(guān)進(jìn)行全面檢查，經(jīng)檢查K0開(kāi)關(guān)已脫扣，開(kāi)關(guān)觸頭有灼傷痕跡，其余未見(jiàn)異常。查閱說(shuō)明書(shū)，K0開(kāi)關(guān)為過(guò)載脫扣且配有欠壓線圈，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載或者欠壓時(shí)，K0開(kāi)關(guān)脫扣器動(dòng)作自動(dòng)跳開(kāi)開(kāi)關(guān)。K0開(kāi)關(guān)控制回路為220 V直流，直流系統(tǒng)運(yùn)行正常，排除是欠壓線圈動(dòng)作造成K0開(kāi)關(guān)脫扣。對(duì)K0開(kāi)關(guān)復(fù)位后，開(kāi)關(guān)機(jī)械分、合正常，排除K0開(kāi)關(guān)本體故障。初步，判斷是外部原因引起K0開(kāi)關(guān)過(guò)流，導(dǎo)致K0開(kāi)關(guān)脫扣器動(dòng)作，從而跳開(kāi)K0開(kāi)關(guān)。

3.2 柴油發(fā)電機(jī)控制器檢查

2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)為深海8620控制器和PLC控制回路構(gòu)成。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)控制器進(jìn)行詳細(xì)檢查。檢查2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)控制器報(bào)警歷史記錄，發(fā)現(xiàn)2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)控制器在停機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)“發(fā)電機(jī)分閘失敗”和“發(fā)電機(jī)過(guò)電流”報(bào)警。繼續(xù)用DSE軟件連接柴油發(fā)電機(jī)控制器，檢查帶載試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄。通過(guò)數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)，2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)在停機(jī)過(guò)程中，有功功率緩慢下降，電流緩慢下降后短暫突變至2 650 A，如圖2所示。

圖2 2號(hào)柴油機(jī)帶載試驗(yàn)功率及電流曲線圖

繼續(xù)檢查2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)9：44：15 2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，9：44：17柴油發(fā)電機(jī)帶載，最高帶載629 kW。11：07：40，運(yùn)行人員遠(yuǎn)方停柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)功率125 kW，電流180 A，柴油發(fā)電機(jī)控制器已收到柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)命令并發(fā)出出口K0開(kāi)關(guān)分閘命令，但K0開(kāi)關(guān)實(shí)際未分閘。11:07:45，柴油發(fā)電機(jī)電流由180 A突升至2 650 A，導(dǎo)致K0開(kāi)關(guān)過(guò)載脫扣跳閘。11：07：47，柴油發(fā)電機(jī)功率為0，出口K0開(kāi)關(guān)分閘。試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表如表1所示。

表1 2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表

為了確認(rèn)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)過(guò)程中確實(shí)存在2 650 A的大電流，從SIS系統(tǒng)查閱了2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)曲線，帶載試驗(yàn)正常。但是在停機(jī)過(guò)程中功率下降為50 kW左右，電流突變2 650 A，與柴油發(fā)電機(jī)控制器里數(shù)據(jù)記錄一致，如圖3所示。

圖3 2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)電流曲線圖

2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)停機(jī)時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)控制器已發(fā)出分閘命令，但實(shí)際K0開(kāi)關(guān)未正常分閘，而是柴油發(fā)電機(jī)控制器發(fā)出分K0開(kāi)關(guān)命令后，延時(shí)5 s，柴油發(fā)電機(jī)三相電流由180 A上升到2 650 A，導(dǎo)致K0開(kāi)關(guān)過(guò)載脫扣，引起K0開(kāi)關(guān)異常跳閘。綜上，初步判斷故障在柴油發(fā)電機(jī)控制器至K0開(kāi)關(guān)二次回路之間的元器件上。

3.3 柴油發(fā)電機(jī)控制回路檢查

為了進(jìn)一步查明K0開(kāi)關(guān)未正常分閘的原因，對(duì)圖紙進(jìn)行了全面梳理。運(yùn)行人員在DCS系統(tǒng)發(fā)出柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)令后，柴油發(fā)電機(jī)控制器收到停機(jī)令，柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)減負(fù)荷。當(dāng)負(fù)荷降到120 kW左右，控制器發(fā)K0開(kāi)關(guān)分閘命令給PLC，PLC收到K0開(kāi)關(guān)分閘命令后，直接發(fā)命令給K0開(kāi)關(guān)，自動(dòng)分K0開(kāi)關(guān)，其原理圖如圖4所示。

圖4 2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)停機(jī)原理圖

柴油發(fā)電機(jī)控制器收到停機(jī)令并發(fā)出K0開(kāi)關(guān)分閘命令，但K0開(kāi)關(guān)實(shí)際未正常分閘，而是大電流造成K0開(kāi)關(guān)過(guò)載脫扣異常跳閘。檢查柴油發(fā)電機(jī)控制器正常，排除控制器故障，檢查K0開(kāi)關(guān)機(jī)械分、合閘正常，排除K0開(kāi)關(guān)故障，判斷故障出現(xiàn)在PLC程序或PLC控制回路。進(jìn)一步檢查PLC程序，未見(jiàn)異常，用仿真軟件模擬PLC程序，確認(rèn)PLC程序正常，排除PLC程序故障，初步判斷故障在PLC控制回路的元器件上。繼續(xù)將K0開(kāi)關(guān)拉至試驗(yàn)位，聯(lián)系運(yùn)行人員進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)假同期試驗(yàn)，遠(yuǎn)方啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)控制器檢測(cè)到同期條件滿足要求后，K0開(kāi)關(guān)合閘成功。DCS遠(yuǎn)方發(fā)停機(jī)令，檢查PLC運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)PLC控制回路中輸出K0開(kāi)關(guān)分閘指令的J2繼電器未動(dòng)作。綜上所述，2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)正常，在正常停機(jī)過(guò)程中，運(yùn)行人員遠(yuǎn)方手動(dòng)發(fā)出停柴油發(fā)電機(jī)命令，柴油發(fā)電機(jī)控制器收到停機(jī)命令后，自動(dòng)將負(fù)荷降到安全值，發(fā)出分K0開(kāi)關(guān)命令。因控制K0分閘命令的J2繼電器故障，使控制器發(fā)出的分K0命令，K0開(kāi)關(guān)未收到，導(dǎo)致控制器出現(xiàn)“發(fā)電機(jī)分閘失敗”報(bào)警。柴油發(fā)電機(jī)控制器發(fā)出K0分閘命令后5 s，由于柴油發(fā)電機(jī)已進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，K0開(kāi)關(guān)未分閘，此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)由發(fā)電機(jī)變成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)三相電流由180 A突升至2 650 A，控制器出現(xiàn)“過(guò)電流報(bào)警”，最終引起K0開(kāi)關(guān)過(guò)載脫扣而異常跳閘。

4 處理方法

領(lǐng)取備用繼電器校驗(yàn)合格后，更換J2繼電器。聯(lián)系運(yùn)行人員進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)，試驗(yàn)正常。DCS發(fā)停機(jī)令后，PLC輸出正常，J2繼電器動(dòng)作，K0開(kāi)關(guān)正常分閘，分閘過(guò)程中無(wú)大電流通過(guò)，如圖5所示。

圖5 2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗(yàn)功率和電流曲線圖

5 優(yōu)化建議

(1)定期對(duì)柴油發(fā)電機(jī)控制柜內(nèi)的繼電器進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)于不符合要求的繼電器及時(shí)更換。

(2)增加K0開(kāi)關(guān)分閘、合閘監(jiān)視回路并接入DCS系統(tǒng)。當(dāng)K0開(kāi)關(guān)分、合閘回路接觸不良，在DCS系統(tǒng)報(bào)“控制回路報(bào)警”，便于維護(hù)人員及時(shí)處理。K0開(kāi)關(guān)位置接入DCS系統(tǒng)原理圖如圖6所示。

圖6 K0開(kāi)關(guān)位置接入DCS系統(tǒng)原理圖

(3)國(guó)內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)均采用“一機(jī)一套”接線方式，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的交流保安電源系統(tǒng)相互獨(dú)立，使得柴油發(fā)電機(jī)組只能為本臺(tái)機(jī)組提供保安電源。由于突發(fā)事件的不可預(yù)見(jiàn)性，發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組會(huì)發(fā)生失去廠用電造成設(shè)備損壞的重大事故[2]。國(guó)外已有兩臺(tái)機(jī)組的柴油發(fā)電機(jī)互為備用的例子。為了提高廠用電的可靠性，可對(duì)1，2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，改造為2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)互為備用。當(dāng)1號(hào)機(jī)廠用電失電，1號(hào)柴油發(fā)電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)啟2號(hào)柴油發(fā)電機(jī)，提高廠用電的安全性。柴油發(fā)電機(jī)互為備用原理如圖7所示。

圖7 柴油發(fā)電機(jī)互為備用原理圖

對(duì)柴油發(fā)電機(jī)控制器邏輯進(jìn)行優(yōu)化，使其滿足2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)互為備用的要求。同時(shí)，需要注意的是將2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)起來(lái)運(yùn)行，要檢查并聯(lián)運(yùn)行的條件是否滿足，即要符合“五同”條件，分別是電壓、頻率、相位、相序和電壓波形。參與并聯(lián)運(yùn)行的各個(gè)機(jī)組之間，應(yīng)能按比例自動(dòng)分擔(dān)電網(wǎng)中的有功功率和無(wú)功功率[3]。

6 結(jié)語(yǔ)

為了保證發(fā)電廠廠用電故障失電時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)能夠應(yīng)急啟動(dòng)，需要對(duì)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行定期試驗(yàn)。柴油發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)作為柴油發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)迅速啟動(dòng)，應(yīng)急保安具有重要作用。通過(guò)分析柴油發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)異常跳閘的原因，消除了事故隱患，有利于柴油發(fā)電機(jī)在緊急情況下迅速啟動(dòng)，保障廠用電的安全。