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ABB Symphony系統的控制柜電源結構以及PFI信號的產生機理與作用，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，對該系統控制柜的電源結構進行改進，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)采用ABB Symphony系統。爐側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個開關量DI(數字量輸入)信號，再通過3個獨立的模件輸出3個開關量DO(數字量輸出)信號，送入FSSS(鍋爐爐膛安全監(jiān)控)系統經過“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，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，鍋爐側風煙系統的各風量參數大部分離線，經檢查離線的參數都在MCS02機柜。進一步觀察MCS02機柜，發(fā)現該機柜模件均報警，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機柜參數離線(即脫網)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)形網絡結構，通信線纜為同軸電纜，通信模件冗余配置，通信協議為存儲轉發(fā)協議，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，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，據此判斷柜內主備控制器和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)，結果完全一致，且該MFT保護的組態(tài)自2005年投產以來從未更改，因此排除軟件組態(tài)錯誤引起MFT動作的可能。

(4) 電源系統試驗與DCS變位數據分析。在鍋爐第2次點火前，熱控專業(yè)技術人員將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變位數據及曲線記錄中，發(fā)現MCS02機柜所有開關量同時由1突變?yōu)?，模擬量數值突變?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，經判斷后產生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，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)產生沖突數據，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ABB公司的建議，屏蔽所有控制柜PFI裝置產生的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轉換出母線排的各類直流電壓的穩(wěn)定；其次聯系電氣專業(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控制柜電源系統的認知。雖然ABB控制柜電源系統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的穩(wěn)定至關重要，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。