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一起给水泵转速信号异常导致的非停事件分析

  • 来源: 大发彩票华东电力试验研究院
  • 作者: 宋涛
  • 发布时间: 2018-03-06

一、事件经过

图1非停前后锅炉系统主要参数趋势

2017年10月25日非停发生前, 1号机组负荷940MW,机组处于协调方式,AGC投入、RB功能投入。风烟系统A/B送风机、A/B引风机和A/B一次风机运行,制粉系统A、B、D、E、F五台磨煤机运行,给水系统A/B汽泵运行,A汽泵转速4645r/min,A小机低压调门开度50.3%左右,B汽泵转速4650r/min,B小机低压调门开度49.3%左右。各项主参数为:总煤量373t/h,总风量3399t/h,给水流量2544t/h,炉膛负压-50Pa。

2017年10月25日17时31分59秒,1号机组A给水泵三个转速反馈信号突然出现同步上升且无法调节,上升幅度达700r/min左右,此时B给水泵转速保持稳定。

图2 非停前后给水系统主要参数趋势

17时32分6秒,A给水泵转速信号上升至5323r/min,与转速指令(4860r/min)偏差的绝对值超过300r/min,根据DCS逻辑,A给水泵自动控制功能退出,A泵MEH保持遥控及操作员自动状态。

随后在MEH调节器作用下,为降低A给水泵转速,A泵低调门持续关闭,但A泵转速信号无明显变化,而给水流量呈下降趋势,故此时A泵转速信号应为虚假指示。给水流量下降后,虽然给水主控指令及B给水泵指令在PID作用下快速上升,但仍无法维持锅炉给水流量。

17时33份06秒,给水流量降至2215t/h,与设定值(2554t/h)偏差的绝对值超过300t/h,根据1号机组DCS逻辑,B给水泵及给水主控切手动,协调控制随即切至汽机跟随方式。之后由运行人员手动控制锅炉系统各设备。

协调控制切除后,A给水泵转速信号出现反复波动,波动幅度达±700r/min,给水流量同时发生快速变化,此时垂直水冷壁出口混合集箱温度呈上升趋势。

17时34分48秒,A给水泵转速信号降至3710r/min,与设定值(4860r/min)偏差的绝对值超过1000r/min,触发MEH“转速故障”信号,根据METS逻辑,A给水泵跳闸,首出“MEH跳闸”。

此时由于协调控制、给水控制均已切除,按照1号机组RB逻辑,机组RB功能无法触发,A给水泵跳闸后仅能由手动控制机组运行。运行人员随后紧急干预,快速减少锅炉热负荷,并于17时35分13秒切除D磨煤机。但由于参数波动剧烈,17时41分20秒,锅炉垂直水冷壁混合集箱温度超出MFT值460℃(延时3秒),锅炉MFT,首出“垂直水冷壁出口混合集箱温度高”,1号机组跳闸。

二、非计划停运原因分析

(1)直接原因分析

查询DCS历史趋势,17时32分6秒,A给水泵转速信号上升至5323r/min,与转速指令(4860r/min)偏差的绝对值超过300r/min,根据DCS逻辑,A给水泵自动控制功能退出,A泵MEH保持遥控及操作员自动状态。随后,A给水泵转速信号降至3710r/min,与设定值(4860r/min)偏差的绝对值超过1000r/min,A给水泵METS动作,联锁跳闸。由于协调控制及给水控制此时均已切除自动,水煤比失衡严重,锅炉参数剧烈波动,运行人员虽紧急减少锅炉热负荷,但仍无法抑制水冷壁垂直集箱出口温度升高至MFT动作值。

因此,A给水泵在转速信号异常后,转速指令与实际转速偏差绝对值大于300r/min,造成A给水泵自动切除,但未切除MEH操作员自动,是本次非停的直接原因。此时由于MEH操作员自动仍然投入,MEH依据虚假的转速信号持续调节,进而在在转速示值与指令偏差大于1000r/min后导致给水泵联锁跳闸。

对给水自动中保护条件“转速指令与实际转速偏差绝对值大于300r/min,延时5秒后切除对应给水泵的给水自动(保持MEH操作员自动和遥控)”进行分析,当转速信号出现所述异常时仅切除对应给水泵自动控制,MEH依然会依据异常的转速信号进行调节,调节指令的正确性无法保证,安全运行的风险较大,本次非停即是明证。

(2)根本原因分析

本次事件中,A给水泵切手动及跳闸、B给水泵切手动、给水主控及协调控制切除均源于A给水泵转速信号的异常波动,且根据历史数据分析,A泵转速信号波动均为虚假。

经查,该电厂1、2号机组给水泵的转速信号传输回路为:三个转速卡DP820将信号传送至一对冗余配置的CI840通讯卡,再经过一对冗余配置的PDP800通讯卡与ABB的总线控制器相连。

非停后,现场检查转速信号传输回路,发现冗余的CI840通讯卡中的主卡报故障信号,副卡接管,此时转速信号均为异常状态(失去实时更新能力)。手动复位通讯卡后,转速信号恢复正常。

图3 冗余CI840通讯卡报警状态

电厂技术人员随即开展试验,用信号发生器模拟转速(脉冲)信号发至CI840通讯卡,并手动进行“主→备”通讯卡切换,发现控制器接收的转速信号再次出现示值异常的现象。进一步检查发现,原因为通讯卡CI840的参数配置不当。

因此给水泵转速传输回路中的CI840通讯卡参数配置不当、主卡故障后无法实现无扰切换是本次非停的根本原因。

(3)其他原因分析

1号机组RB逻辑中设计有“协调控制投入”的触发条件,这是由于RB功能的完善、可靠必须建立在所有自动调节系统性能可靠且处于投入状态,才能保证在单侧辅机故障时利用自动控制系统将机组负荷安全降至目标值。

但从本次事件来看,“协调控制投入”反而限制了RB功能的触发,在事件过程中,如果RB触发,即使各子系统不在自动状态,DCS仍然可以及时按照被触发的RB项目进行联锁跳闸磨煤机和投入等离子等动作,对于运行人员手动操作有着极大的帮助。特别是在本次事件中给水泵跳闸后,快速的切除部分制粉系统对于及时调整煤水比、抑制垂直水冷壁出口混合集箱温度有着重要的作用。

三、暴露问题

(1)ABB公司为该电厂所配的CI840通讯卡参数配置不当,主卡故障后无法实现主、副卡的无扰切换,切换过程中通讯信号异常,进而造成后续保护动作、参数失稳。

(2)MEH联锁保护条件设置不完善,“给水泵转速指令与反馈偏差绝对值大于300r/min”未作为切除对应给水泵MEH切除操作员自动的条件,导致转速异常时,MEH依据异常的转速信号持续调节。

(3)RB逻辑设计不全面,忽视了未投入协调控制状态下单侧辅机跳闸时,RB联锁跳磨和投入等离子对于运行人员的重要帮助作用。

四、防范措施

(1)联系ABB公司,查明CI840通讯卡件故障、及无法实现主、副卡无扰切换的原因,对通讯卡的参数进行重新配置,并再次进行动态切换试验验证。并对全厂其他系统所用通讯卡进行切换试验,排查异常情况,制定完善的应急处理预案。

(2)引出MEH控制柜CI840卡件故障信号,作为MEH切自动(转为阀位控制方式)条件。

(3)将“给水泵转速指令与反馈偏差大于300r/min,延时5s”增加至MEH切除“操作员自动”的条件,同时依据大发彩票国际相关文件,将此定值由300 r/min改为200r/min。

(4)1号机组在本次非停过程中,由于给水主控和协调控制提前切除自动,因此A给水泵跳闸后未触发RB功能。

进一步检查发现,某电厂2号机组已全部完成RB动态试验,1号机组于投产期间完成送/引风机和一次风机RB试验,给水泵RB项目并未完成,随后由于机组长周期连续运行未再行开展。大发彩票华东电力试验研究院多次在技术监督、机组现状调查及集团公司热工管理提升活动中提出和督促,建议电厂利用后续检修和启停机的机会,完成所有RB设计项目的动态试验,保障机组的安全、稳定和经济运行。

同时,建议电厂删除RB触发逻辑中的“协调控制投入”条件。

(5)通过有效培训,进一步提升运行人员的操作水平。


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