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一起燃-气轮机联合循环机组因通讯故障导致的非停事件分析

  • 来源: 大发彩票华东电力试验研究所
  • 作者: 阚俊超
  • 发布时间: 2017-08-24

一、事件经过

某电厂2号机组为双轴联合循环机组,其中燃机是美国通用电气公司生产的PG9171E型燃气轮机,其铭牌出力为125.4MW(ISO工况)。蒸汽轮机是南京汽轮电机集团有限责任公司生产的LCZ60-5.8/1.3/0.58型,次高压、单缸、双压、无再热、下排汽、单轴、抽汽、凝汽式供热汽轮机,功率输出60MW。余热锅炉为中国船舶重工集团公司第七O三研究所生产的双压、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉。燃机控制系统采用GE能源检测控制技术的Mark Ⅵe一体化控制系统,交换机型号为336A4940DNP516TX。余热锅炉和蒸汽轮机采用ABB公司的Symphony分散控制系统。

6月29日停机前,2号机组AGC投入,其中3号燃机负荷100MW,排气温度550℃,4号汽机负荷42MW,抽汽供热流量69t/h。

12:24:31,3号燃机报警界面发出L30COMM_IOIO PACK COMMUNICATIONS FAULT(卡件通讯故障) 、L27DZ_ALM(直流电压低)、L94BLN_ALM(直流电压低触发自动停机)等报警,同时3号燃机自动停机程序异常触发,3号燃机开始降负荷。

12:25:25,3号燃机发变组有功到0,3号燃机发变组解列。

12:26:17,4号汽机打闸发变组解列停机。

12:33:21,3号燃机熄火。

二、非计划停运原因分析

2.1直接原因分析

经检查报警列表信息和相关控制逻辑发现:触发3号燃机自动停机程序的直接原因是报警信号L94BLN_ALM的触发。

3号燃机自动停机逻辑的其中一条设计为:“当MARKVIe控制盘125VDC电压低于90V DC时,触发报警L27DZ_ALM,延时3s触发L94BLN_ALM信号报警,并同时触发自动停机程序”。经查阅历史曲线(如图1所示),发现燃机MarkVIe控制盘电压在12:24:31开始下降,到 12:24:37恢复正常,持续时间6.2s,期间电压值最低下降至0VDC。

 

图1 直流电压降低曲线

2.2根本原因分析

经过对MarkVIe控制盘报警信息、PPDA电源卡报警日志、现场控制设备检查和停机后相关验证性试验分析得知,导致此次3号燃机自动停机的根本原因是:3号燃机的PPDA电源卡电源监测与MarkVIe控制盘之间发生通讯故障。具体从以下四个方面进行分析:

(1)从电气侧直流电源接地报警信息和停机过程中现场需直流供电的设备动作情况分析,此次直流电压降低并非为真实信号。

电气专业在停机后对进行MarkVIe控制盘电源进行检查,电气直流屏此次未发生直流电压低报警(如图2所示),排除直流接地原因。






图2 电气直流电源屏报警信息

从此次停机过程曲线中分析,若直流电压真实降低,则相应直流供电的电磁阀(如速比阀电磁阀、燃料阀电磁阀等)应立即失电动作,那么直流电压降低的同时应导致燃机立即切断燃料熄火。而由图3所示的历史曲线可知,从直流电压降低到燃机实际熄火共计8分50秒,负荷变化和转速变化均属于自动停机过程,与直流电压的真实降低不符。

   

图3 3号燃机自动停机降负荷曲线

(2)从MarkVIe控制盘报警列表来看,发生通讯故障报警在前,自动停机信号在后,且同时多块其它卡件也发出通讯报警。

自动停机前按照时间先后顺序的报警信息分别为:首先是12:24:31的MarkVIe控制盘IO卡通讯故障报警(L30COMM_IO),随后是12:24:31发出的MarkVIe控制盘直流电压低报警(L27DC_ALM),最后是12:24:34发出的控制盘直流电压低自动停机报警(L94BLN_ALM)。MARKVIe报警信息如图4所示:

 

图4 3号燃机MARKVIe 控制盘报警列表

(3)查看PPDA电源卡的报警日志文件,发现在发出卡件通讯故障(L30COMM_IO)报警的同时,PPDA电源卡发生离线报警,持续时间为6.2s,查看其它同时有诊断报警的控制卡件报警日志文件,发现这些卡件也发生离线,且离线时间与PPDA离线时间相同(所有卡件报警日志文件中显示时间为格林尼治时间,与报警信息中的北京时间存在8小时时差)。

电源卡PPDA卡件报警日志如图5所示,其他控制卡件报警日志如图6所示。

 

图5 3号燃机PPDA电源卡件报警日志

 

图6 3号燃机其他控制卡件(如1H3A卡件)报警日志

(4)针对上述现象,在7月1日1号机组停机后,对1号燃机PPDA电源卡件进行网线热插拔试验,模拟PPDA电源卡通讯故障状态,发现MARK VIe控制盘直流电压直接变为0VDC,并显示电压坏质量,同时Mark VIe控制盘报警信息、电源卡件报警日志信息与 3号燃机自动停机前触发的报警完全一致。

1号机组通讯中断后直流电压曲线如图7所示,MARK VIe盘报警列表如图8所示,电源卡PPDA卡件报警日志如图9所示。

 

图7 1号燃机模拟通讯中断后直流电压曲线

 

图8 1号燃机MARKVIe 控制盘报警列表

 

图9 1号燃机PPDA电源卡件报警日志

(5)现场检查报警列表中发生通讯故障报警的19块卡件的网络连接情况,发现PPDA电源卡等发生报警的13块卡件均连接至R-SW2网络交换机,PAIC等6块卡件连接至R-SW3网络交换机,而R-SW3是先连接至R-SW2,由R-SW2连接至R-SW1,最后由R-SW1连接至控制器,因此认为发生网络故障的交换机可能性最大的为R-SW2。

综合以上情况,可以判断发生故障原因为:控制盘内某一个网络交换机发生软故障导致发生卡件通讯故障(L30COMM_IO),导致3号燃机的PPDA电源卡电源监测与MarkVIe控制盘之间发生通讯故障,控制器内接收到的直流电压信号变为0 VDC,且时间超过3s,触发L94BLN_ALM报警,执行3号燃机自动停机程序。

三、暴露问题

(1)PPDA电源卡网络为单网络运行,不能实现双重冗余。1号机组停备时,对1号燃机PPDA电源卡进行网络切换,在试验过程中发现其中一根送至R-SW2的网线拔出时,电压信号立即丢失,恢复后,拔出另一根送至S-SW2的网线时,PPDA卡件及MARKVIe盘没有任何报警。

(2)在进行验证性试验过程中,发现缺少关于MarkeVIe的完整的网络拓扑图,每块卡件送至交换机的走向不明确。

(3)对MarkVIe控制盘内交换机的设备性能劣化情况和潜在缺陷了解不充分,对可能出现的异常状况处理手段不足。

(4)对于MarkVIe控制盘交换机技改实施进度紧迫感不足,新型号交换机迟迟未到货。

(5)燃机出厂配置的保护逻辑有不合理之处:MarkVIe控制盘电压低自动停机控制逻辑未设计电压通讯点坏质量切除功能。

四、防范措施

(1)3号燃机停机后,需再次对PPDA卡网络冗余进行试验。针对PPDA卡件的通讯未做到冗余配置的问题,建议联系南汽及GE厂家进行处理。

(2)在两台机组停机期间,应对控制器、交换机、卡件的网线进行整理,同时绘制完整的网络拓扑结构图,利于机组的正常检修与维护。

(3)3号燃机停机后,待具备条件时,根据网络拓扑图,确认出现故障的交换机位置并及时进行更换。

(4)全面排查燃机保护逻辑,并加强与各厂的技术经验交流,借鉴各厂经验,联合GE公司,组织各相关专业讨论,优化燃机保护逻辑。

(5)加快燃机控制系统的历史站及交换机技术改造实施进度,尽快采购备件到货,及时更换新型号交换机,彻底消除设备隐患。


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