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pos機(jī)信號標(biāo)志
某電廠并網(wǎng)信號瞬間消失？原來....
電力鷹
一、 事件經(jīng)過
某電廠#采用上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG2028/17.4-M906型亞臨界參數(shù)、控制循環(huán)、四角切圓燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架結(jié)構(gòu)、露天布置的P型汽包爐；汽輪機(jī)----采用東方汽機(jī)廠N600-16.7/538/538-1型汽輪機(jī)，亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)；旁路采用35%BMCR容量汽動旁路，高低壓兩級串聯(lián)系統(tǒng)，高壓旁路為單路，低壓旁路為雙路；發(fā)電機(jī)----東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的DH-600-G型QFSN-300-2-20型；制粉系統(tǒng)-----采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，采用6臺中速磨煤機(jī)，燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)，5臺運(yùn)行，1臺備用，煤粉細(xì)度R90=14%；給水泵----1臺30%MCR帶液力偶合器的電動調(diào)速給水泵；兩臺50%MCR汽動給水泵高、低壓旁路系統(tǒng)----35%MCR的兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)。
事件發(fā)生前，電廠1、3、4號機(jī)組運(yùn)行，分別帶負(fù)荷440MW、470MW、480MW。2號機(jī)組備用，500kV I母、II母運(yùn)行，甲線、乙線運(yùn)行。電廠執(zhí)行 “3號主變5033CT更換后啟動方案”，期間升壓站及機(jī)組涉網(wǎng)設(shè)備未開展其他操作及檢修工作。用5033開關(guān)同期合環(huán)，檢查5033開關(guān)帶負(fù)荷正常，檢查5033CT極性正確。斷開5032開關(guān)準(zhǔn)備增加負(fù)荷進(jìn)一步核對5033CT極性。
圖1 500kV升壓站主接線圖
18時(shí)29分 3號機(jī)組汽機(jī)調(diào)門關(guān)閉，機(jī)組甩負(fù)荷480MW，2秒鐘后汽機(jī)調(diào)門重新開啟，負(fù)荷升至198MW，受3號汽輪機(jī)負(fù)荷沖擊，汽機(jī)軸向位移從（-0.56/-0.57mm）上升到（-1.73/-1.66mm），汽機(jī)軸向位移保護(hù)動作，主汽門關(guān)閉，機(jī)組失去動力源轉(zhuǎn)而向系統(tǒng)吸收有功率，發(fā)變組保護(hù)C柜接收到汽機(jī)保護(hù)聯(lián)跳信號,發(fā)變組程序跳閘逆功率保護(hù)動作，發(fā)變組解列滅磁，5033開關(guān)跳閘。機(jī)爐電聯(lián)鎖動作正常。
二、原因分析
1. 本次機(jī)組跳閘涉及熱工、電氣專業(yè)，因此事件排查主要從這兩個(gè)專業(yè)著手開展：
1）熱工專業(yè)
從現(xiàn)場實(shí)際動作情況，可以初步判斷是數(shù)字電液控制系統(tǒng)（以下簡稱DEH系統(tǒng)）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速保護(hù)（以下簡稱OPC）動作造成跳門關(guān)閉。觸發(fā)OPC保護(hù)，造成調(diào)門關(guān)閉的條件有兩個(gè):
(1)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過3090轉(zhuǎn)/min以上;
(2)機(jī)組并網(wǎng)信號消失時(shí)汽輪機(jī)中壓缸排壓力大于額定負(fù)荷的15%。
具體邏輯圖見圖2
圖2 DEH系統(tǒng)調(diào)門關(guān)閉邏輯示意圖
事件發(fā)生時(shí)汽輪機(jī)無超速現(xiàn)象，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號穩(wěn)定在3000轉(zhuǎn)/分鐘，調(diào)取動作時(shí)刻的歷史趨勢，3號機(jī)并網(wǎng)信號存在瞬間消失情況，可能觸發(fā)OPC保護(hù)動作，因此事件調(diào)查的重點(diǎn)集中在查找并網(wǎng)信號消失的原因。
2）電氣專業(yè)
由于3號機(jī)組并網(wǎng)信號的消失是誘發(fā)本次機(jī)組跳閘事件的直接原因，因此重點(diǎn)排查3號機(jī)組并網(wǎng)信號的相關(guān)回路。3號機(jī)組出口斷路器為5032、5033開關(guān)，每個(gè)開關(guān)A/B/C三相的就地常開輔助位置節(jié)點(diǎn)并聯(lián)后形成一個(gè)并網(wǎng)信號送至熱工DEH系統(tǒng)，現(xiàn)場一共送了3個(gè)并網(wǎng)信號至熱工DEH系統(tǒng)，由DEH系統(tǒng)做“三取二”邏輯判斷，接線原理圖如圖3所示
圖3并網(wǎng)信號接線原理圖
根據(jù)并網(wǎng)信號接線原理圖所示，按三取二邏輯，3號機(jī)組并網(wǎng)信號消失至少需要兩個(gè)開入回路的12個(gè)輔助接點(diǎn)全部斷開。重點(diǎn)排查從500kV升壓站送至熱控DEH的這三路并網(wǎng)信號的可靠性，排查中分別檢查了5032開關(guān)、5033開關(guān)機(jī)構(gòu)箱和匯控箱的二次接線，檢查了升壓站至熱控DEH的二次電纜，檢查發(fā)現(xiàn)18對接點(diǎn)及二次接線無異常，接點(diǎn)對地和斷口絕緣都大于100MΩ，二次電纜絕緣大于10MΩ。
檢查中發(fā)現(xiàn)3號機(jī)組從500kV升壓站送至熱控DEH的三路并網(wǎng)信號為同一熱工信號電纜。
為驗(yàn)證5032斷路器的操作是否對3號機(jī)組的并網(wǎng)信號有影響，在3號機(jī)組跳閘后，在向調(diào)度部門申請并得到許可后將5032、5033斷路器轉(zhuǎn)為冷備用狀態(tài)，將5033斷路器的三對并網(wǎng)信號引入3號機(jī)發(fā)變組故障錄波系統(tǒng)，先合5032斷路器、再合5033斷路器，最后分開5032斷路器（5033斷路器保持在合位），監(jiān)測3號機(jī)并網(wǎng)信號12小時(shí)未發(fā)生變化。
2.事件原因分析
從整個(gè)事件初步的排查結(jié)果分析，造成本次3號機(jī)組跳閘的直接原因在于5032開關(guān)斷開后，5033開關(guān)送至3號機(jī)組DEH系統(tǒng)的并網(wǎng)信號短時(shí)消失，造成DEH系統(tǒng)OPC動作，調(diào)門關(guān)閉。因此查找3號機(jī)組DEH系統(tǒng)接收到的3號機(jī)組并網(wǎng)信號消失的原因是本次事件調(diào)查的核心部分。
DEH通道并網(wǎng)信號輸入到TPS卡件，卡件的原理圖圖4所示：
圖4 TPS卡件原理圖
圖5 TPS卡件
從原理圖上看，并與TPS卡件廠家核實(shí)確認(rèn)，該卡件的開關(guān)量輸入信號采用光電隔離模式。從圖6 DEH系統(tǒng)動作趨勢圖上看，并網(wǎng)信號只消失了一路，熱工DEH系統(tǒng)對并網(wǎng)信號采用的是“三取二”原則的處理邏輯，即三個(gè)并網(wǎng)信號中至少需要消失兩個(gè)并網(wǎng)信號，系統(tǒng)才會認(rèn)為是并網(wǎng)信號消失。
圖6 DEH系統(tǒng)動作趨勢圖
注：BW1、BW2、BW3為機(jī)組并網(wǎng)信號，1DCV1POS、1DCV2POS、1DCV3POS、1DCV4POS為4個(gè)高壓調(diào)門位置反饋信號，1DLV1POS-為左側(cè)中調(diào)位置反饋信號。
在DEH系統(tǒng)針對OPC動作設(shè)計(jì)有兩路觸發(fā)通道，一路是固化在TPS板卡上的通道（以下簡稱硬邏輯），一路是DEH系統(tǒng)內(nèi)部的軟件（以下簡稱軟邏輯），其中硬邏輯通道的掃描周期為12mS，軟邏輯通道的掃描周期為160mS，從通道掃描周期這個(gè)角度上看，OPC保護(hù)硬邏輯的靈敏度要大于軟邏輯。從圖6趨勢記錄上看到的所有歷史數(shù)據(jù)都是DEH系統(tǒng)OPC保護(hù)軟邏輯記錄的，推斷本次3號機(jī)組OPC保護(hù)動作是由于并網(wǎng)信號瞬時(shí)消失，觸發(fā)了OPC保護(hù)硬邏輯出口，造成3號機(jī)組調(diào)門關(guān)閉，而OPC保護(hù)軟邏輯由于掃描周期較長，未能采集到并網(wǎng)信號消失，沒有任何出口，因此在趨勢圖上沒有留下相關(guān)的證據(jù)。
為了驗(yàn)證這一推論，在3號機(jī)組DEH系統(tǒng)上重新進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，重現(xiàn)當(dāng)時(shí)3號機(jī)組跳閘的過程。現(xiàn)場利用保護(hù)校驗(yàn)儀模擬進(jìn)入DEH系統(tǒng)的三路并網(wǎng)信號，在同一時(shí)刻并網(wǎng)信號1斷開2S，并網(wǎng)信號2斷開20mS，并網(wǎng)信號3保持完好，成功觸發(fā)了DEH系統(tǒng)OPC動作，動作趨勢見圖7：
圖7 模擬試驗(yàn)DEH系統(tǒng)動作趨勢圖
從模擬試驗(yàn)DEH系統(tǒng)動作趨勢圖中可以明顯看出，DEH系統(tǒng)軟件只采集到了并網(wǎng)1信號的消失，并網(wǎng)2和并網(wǎng)3信號是未發(fā)生信號翻轉(zhuǎn)，但是調(diào)門關(guān)閉，因此可以證實(shí)是OPC動作硬邏輯出口。
OPC保護(hù)軟邏輯對于短脈沖的并網(wǎng)信號采集存在一定的隨機(jī)性，經(jīng)過現(xiàn)場測試驗(yàn)證，只有當(dāng)并網(wǎng)信號的脈沖寬度在300mS以上時(shí)，OPC保護(hù)軟邏輯才能正確采集，當(dāng)脈沖寬度低于300mS時(shí)，OPC保護(hù)軟邏輯信號采集的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不規(guī)則分布。
DEH通道并網(wǎng)信號查詢電壓為DC24V，利用電阻箱改變電阻對3號汽輪機(jī)DEH通道進(jìn)行校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)1、并網(wǎng)2兩個(gè)并網(wǎng)信號接入通道閉合狀態(tài)下的噪聲容限值偏高。校驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：
信號
噪聲容限值（V DC）
并網(wǎng)1
16.24
并網(wǎng)2
14.01
并網(wǎng)3
8.34
以上測試可以證實(shí)3號機(jī)組跳閘的原因是由于5033開關(guān)并網(wǎng)信號瞬時(shí)消失造成的。接入3號機(jī)并網(wǎng)信號的DEH卡件有兩個(gè)DC24V通道在5032開關(guān)斷開后無法完全過濾干擾電壓，造成DEH系統(tǒng)誤判機(jī)組脫網(wǎng)，關(guān)閉高中壓調(diào)節(jié)門，在高中壓調(diào)節(jié)門調(diào)整過程中，汽機(jī)軸向位移保護(hù)達(dá)到動作定值，造成了3號機(jī)組跳閘。
三、暴露問題
1、DEH系統(tǒng)并網(wǎng)信號采集TPS卡件電壓等級為DC24V，該信號需要通過500kV升壓站，在升壓站電磁環(huán)境發(fā)生變化時(shí)易受到影響，造成熱工保護(hù)誤動作。
2、機(jī)組從500kV升壓站送至熱控DEH系統(tǒng)的三路并網(wǎng)信號為同一電纜，汽機(jī)電子設(shè)備間DEH機(jī)柜距離500kV升壓站500米左右，雖然在熱工邏輯上做了“三取二”的冗余處理，但是當(dāng)電纜受到外力損壞時(shí)容易造成三個(gè)重要信號同時(shí)受影響，直接引起機(jī)組跳機(jī)。
隨著機(jī)組服役年限的增加，控制系統(tǒng)硬件老化，通道噪聲容限值升高，可靠性降低,在受到干擾時(shí),容易造成信號失真,導(dǎo)致保護(hù)誤動,危及機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
四、防范措施1. 目前DEH系統(tǒng)采集的并網(wǎng)信號電壓等級較低為DC24V，存在較大隱患。應(yīng)對在所有機(jī)組DEH系統(tǒng)并網(wǎng)信號回路進(jìn)行改造，以達(dá)到提高DEH系統(tǒng)并網(wǎng)信號的抗干擾能力的目的。2. 對熱工控制系統(tǒng)進(jìn)行檢查，對不滿足熱工控制系統(tǒng)要求的卡件立即更換，提高控制系統(tǒng)的可靠性。3. 機(jī)組送至熱控DEH系統(tǒng)的三路并網(wǎng)信號為同一電纜，存在一定的隱患。在機(jī)組停機(jī)期間重新敷設(shè)500kV升壓站至各臺機(jī)組的并網(wǎng)信號電纜，保證三個(gè)并網(wǎng)信號通過不同的電纜送至機(jī)組DEH系統(tǒng)，信號電纜應(yīng)通過不同的電纜溝進(jìn)入廠房，保證重要信號的獨(dú)立性。
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