李以文

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，浙江杭州 310015）

0 引言

在福島核電泄漏導(dǎo)致核電緩批的大環(huán)境下，為彌補用電缺口，浙江省燃機發(fā)電搶建工程計劃上馬，為響應(yīng)該計劃，杭州華電半山發(fā)電有限公司3×415 MW燃氣輪機二期工程三臺9FA級單軸燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組于2012—2013年陸續(xù)投產(chǎn)，配套以GE針對9F機組更新的MARK VIe控制系統(tǒng)，統(tǒng)一控制燃機、汽機以及余熱鍋爐輔機側(cè)三大部分。

控制系統(tǒng)的重要性在電廠生產(chǎn)流程中位居首位，與啟機、停機、運行相關(guān)的重要設(shè)備均受系統(tǒng)控制，其中如泵與閥門的限位以及差壓開關(guān)等兩位式開關(guān)量信號較容易影響直流供電系統(tǒng)，設(shè)備在檢查或檢修期間的不當工作或環(huán)境影響都會造成接地報警，接地情況嚴重會間接影響控制系統(tǒng)正常工作。因此，以本廠#9機組出現(xiàn)的110 V直流饋電柜接地報警故障為典型故障案例，本文分析了燃機110 V直流系統(tǒng)的構(gòu)成、接地故障排查的方法和思路、問題的預(yù)防，對機組安全運行和相似問題的解決具有一定的指導(dǎo)作用。

1 110 V直流系統(tǒng)介紹

MARK VIe控制系統(tǒng)的電源系統(tǒng)由GE公司設(shè)計提供，采用了冗余配置，系統(tǒng)主電源為125 V直流，正常情況下由全廠110 V直流系統(tǒng)供給。事故工況下由兩組獨立的220 V（50 Hz）交流電源提供，由JPDB模塊接收，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓至125 V直流后提供。DC125 V經(jīng)過JPDF板卡傳遞給JPDM板卡對電源進行管理，對所有母線電壓、支路狀態(tài)、電源模塊故障及接地故障等進行監(jiān)視和分配。

1.1 廠用110 V直流系統(tǒng)

半山電廠二期每臺機組廠用直流110 V系統(tǒng)由兩組母線構(gòu)成，分別為110 V直流9A段和110 V直流9B段，兩段之間以聯(lián)絡(luò)開關(guān)1QF4和2QF4聯(lián)系（以#9機為例）。

DC110 V系統(tǒng)每臺機組的兩段母線分別設(shè)有整流器和蓄電池組。110 V直流9A段對應(yīng)的是#9A整流器和#9A蓄電池組；110 V直流9B段對應(yīng)的是#9B整流器和#9B蓄電池組，其中交流電源來自于380 V保安段。所有直流母線上都裝設(shè)集中監(jiān)控器、副監(jiān)控器、蓄電池管理單元、饋線狀態(tài)檢測模塊、直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置。運行時投入，檢查直流系統(tǒng)運行情況是否正常。

110V直流9A段、直流9B段母線上各有一套CL6884型絕緣檢測裝置、CL6881V2型開關(guān)量監(jiān)測裝置、CL6882V2-2型蓄電池巡檢裝置，兩套CL6880V2型微機監(jiān)控裝置。

CL6884型絕緣檢測裝置可在線檢測直流系統(tǒng)的對地絕緣狀況（包括直流母線、蓄電池回路、每個電源模塊各個饋線回路絕緣狀況等），并自動檢出故障回路。當發(fā)生接地現(xiàn)象時，裝置向主微機監(jiān)控裝置發(fā)某母線電壓、絕緣異常的同時自身也發(fā)告警信號，顯示故障母線電壓、絕緣異常，可精確到某一支路。

1.2 MARK VIe 110 V直流電源接地檢查原理

二期燃機運行頁面中設(shè)置了光字牌報警，信號來源于控制系統(tǒng)電源檢測卡件PPDA，運行可根據(jù)光字牌是否閃爍提前察覺故障，并前往就地電子室進行直流段檢查，判斷故障是否可以復(fù)歸或者聯(lián)系檢修人員。

控制系統(tǒng)中110 V直流供電至JPDF板卡，該卡通過PPDA模塊提供相對于地的正/負直流電壓的幅值反饋，兩個信號之間的差異等于總線電壓。正常運行中正/負對地電壓反饋均在絕對值55 V左右，而兩個總線電壓幅值之間的差異是檢測系統(tǒng)接地故障的依據(jù)，正常時差值極小。當JPDF板卡在直流總線上顯示對地電壓偏差超過30 V時，PPDA模塊會發(fā)出警報，并在診斷頁面顯示翻紅，提醒熱工人員進行檢查。

1.3 MARK VIe 110 V直流電源分配系統(tǒng)構(gòu)成

通過將DACA整流模塊送至JPDF板卡的110 V直流，一路分配到JPDM控制電源板，分成三路R、S、T分別連接至IS200JPDP——本地控制器配電模塊（JPDP）變壓成28 V直流，控制電源板（JPDM）再次接收R、S、T三路控制電源，并將其分配到本地電源配電板（JPDH）與三臺控制器和總I/O交換機，配電板連接分配到各PAIC卡；另一路則直接從JPDF板卡上以DC110 V供電給JPDD直流電源分配板，二次分配給對應(yīng)的數(shù)字量IO卡如PDIO、PDIA，用于接收信號和驅(qū)動就地控制設(shè)備。電源板接線圖如圖1所示。

2 事故處理流程及排查分析

2.1 事故描述

某日熱工人員值班時接到運行報修電話，趕至現(xiàn)場獲知#9機頁面光字牌報警：G9 與S9 都有直流DC125 V接地報警?，F(xiàn)場6.3 m層母線室內(nèi)直流饋電柜上絕緣檢測儀同樣有如下現(xiàn)象：主監(jiān)控器上發(fā)出“直流接地”信號；NCS上發(fā)出網(wǎng)控110 V直流接地信號，且一段時間后還無法復(fù)歸，證明故障實際存在，并非誤報。

2.2 故障部位判斷方法

2.2.1 專業(yè)區(qū)分

被控對象中反應(yīng)堆的建模包括反應(yīng)堆壓力容器下降段、下腔室、堆芯活性區(qū)、旁流通道、上腔室等區(qū)域.反應(yīng)堆建模節(jié)點劃分如圖5所示.

首先要判斷故障發(fā)生的源頭是電氣部分的直流母線中有接地部位引起報警，還是熱工專業(yè)的控制柜內(nèi)有接地，進而導(dǎo)致同一110 V直流母線上的接地電壓異常。

第一步判斷的關(guān)鍵在于直流饋線屏上有兩路空開，MK-VI控制電源#1與MK-VI控制電源（燃機#3控制柜）分別將110 V母線上的電壓送至控制系統(tǒng)的S9汽機柜與G9燃機柜。兩路均有報警，首先要一路路來拉掉開關(guān)，復(fù)位檢查接地信號是否存在。如果拉掉該路開關(guān)后接地報警消失，可證明接地部位基本位于母線上其他分支，如果接地報警未消失，則說明故障存在于控制柜內(nèi)的可能性極大。

空開是連接一條母線兩個部分的中間節(jié)點，報警檢測信號在母線絕緣儀和PPDA電源診斷卡件上是針對整段線路的對地電壓，所以必須先將母線分割成兩部分，查看各自的信號是否復(fù)歸，以初步找出故障區(qū)域。

步驟一：熱工檢修人員首先在空開連接情況下測量控制柜內(nèi)直流進線端正/負對地電壓為8.45 V和-108 V，饋電柜空開出線側(cè)正/負電壓為8.55 V、-108.4 V，說明空開至控制柜接線完好，下一步通過空開來判斷故障部位。

步驟二：拉掉送至S9機柜的MK-VI控制電源#1和送至G9機柜的MK-VI控制電源（燃機#3控制柜），復(fù)歸信號后可看到光字牌頁面G9報警消失，S9報警仍在，此時絕緣檢測儀顯示正常。

先恢復(fù)MK-VI控制電源#1空開后，對應(yīng)S9直流接地報警未消失，檢測儀顯示電壓偏差出現(xiàn)。

至此，基本可以判斷接地故障在熱工專業(yè)汽機柜內(nèi)相關(guān)直流系統(tǒng)所帶板卡、PAIC卡上接線端子等處。

2.2.2 故障位置查找

汽機柜內(nèi)直流系統(tǒng)是通過本地電源分配板將直流110 V送至各塊PDIO板卡上供正常工作，所以下一步需要判斷的是故障部位在哪一塊板卡上。排查手段與母線檢測相同，按照接線順序依次拔掉每一列PDIO板卡在電源分配板上的電源插線，檢查接地報警是否消失。此時大致有兩種情況：

（1）如果消失，那么鎖定接地故障在已拔掉的板卡中，跳過最后一塊拔掉的板卡，依次插回前面每塊PDIO板卡的電源，報警出現(xiàn)，則當前板卡有接地。

（2）如果沒有消失，證明接地位置在于電源分配板至直流電源來源，此時需要按照電源的走向，從最底層分配板開始斷電，判斷是否是分配板接地，若故障位置還在電源源頭處，則同理繼續(xù)由下向上排查。

經(jīng)檢查，本次事故故障位于汽機柜內(nèi)其中一塊PDIA板卡。單獨將接地的板卡接在直流系統(tǒng)中，在板卡上則需要先檢查該卡攜帶了哪些設(shè)備信號，如氣動閥門反饋、電機狀態(tài)反饋、各種壓力液位開關(guān)以及硬接線等，依次脫開設(shè)備信號，檢查接地是否消失并記錄，最終排查到一副就地棄用的壓力開關(guān)線纜受潮接地，導(dǎo)致最終影響到全部直流系統(tǒng)接地報警。

2.2.3 常見故障規(guī)律總結(jié)

對于板卡上的接地問題，首先判斷該卡攜帶了哪些設(shè)備信號，是否會影響到公共設(shè)備或引發(fā)重大事故，對此類問題采取對應(yīng)的安措并交待工作注意事項、開票；然后考慮哪些設(shè)備有檢修、斷電、拆裝過線的工作，先檢查這部分設(shè)備，很可能接線端子處有搭牢設(shè)備殼體、裸露接地處等；再從剩下的設(shè)備中找出就地位置不佳，易受潮進水等位置，進一步排查。

基本上機組沒有檢修、位置通風較干燥的設(shè)備，出現(xiàn)接地的概率極小，所以以上檢查流程是多年來各電廠總結(jié)出的通用經(jīng)驗，可供參考。

2.2.4 優(yōu)化改進建議

當前，110 V直流電源系統(tǒng)JPDF上分別連接了不同的JPDD電源分配板，當其中一塊板上所帶卡件出現(xiàn)接地時，需對該JPDD板卡上的全部負載進行掉電檢查，工程量較大且費時，不易查詢。故經(jīng)熱工專業(yè)分析電源系統(tǒng)硬件配置，在廠區(qū)三號機大修期間進行了直流110 V電源的布線改造，所有110 V直流驅(qū)動的卡件全部單獨接在JPDF上進行供電和檢測，這樣每塊板卡可以單個進行電壓檢測，當有接地報警時，可以精準判斷是哪一塊板卡有故障報警，直接進行排查，無須再像原本布線那樣從JPDD電源分配板處順序檢查，極大地減少了工作量，提高了排查效率，且降低了事故的嚴重程度。

3 結(jié)語

雖然燃氣輪機系統(tǒng)設(shè)計為當外圍設(shè)備接地時，控制系統(tǒng)仍能正確采集到開關(guān)信號的動作情況，能夠確保機組安全運行，且當就地設(shè)備接地時由于電源對地不構(gòu)成回路，也不會造成燒卡件或影響電源供電的情況，具有很高的可靠性。但隨著機組多次檢修、設(shè)備長時間投入運行，設(shè)備老化和人為工作失誤等其他因素總會造成隱患的累積，進而降低MARK VIe系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一旦板卡燒穿，帶來的后果小到全卡設(shè)備跳閘停用，大到機組跳機，就地設(shè)備突變造成人身傷害等。因此，燃氣輪機的125 V直流接地系統(tǒng)故障率實際上一直居高不下，雖然未引起重大后果，但依舊要從根源上及時解決，保證安全。