百萬機(jī)組調(diào)門快關(guān)誤動原因分析及邏輯優(yōu)化

引言

近些年來,西門子1000MM汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)邏輯控制系統(tǒng)已發(fā)生多例由于電網(wǎng)系統(tǒng)故障而導(dǎo)致汽輪機(jī)調(diào)門快控功能動作的事件,嚴(yán)重影響在運機(jī)組的安全運行。個別案例中,由于調(diào)門下關(guān)指令持續(xù)時間較長,甚至造成了在運機(jī)組故障跳閘的嚴(yán)重后果。深入分析可知,大多數(shù)此類事件發(fā)生后,電廠詢問當(dāng)?shù)卣{(diào)度,均被告知該段時間內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生電網(wǎng)系統(tǒng)異常波動。后續(xù)分析此類調(diào)門快控功能動作事件中的電氣側(cè)數(shù)據(jù),可以得出結(jié)論:異常發(fā)生時,汽輪發(fā)電機(jī)實際的輸出功率變化量并沒有達(dá)到DEH中關(guān)于汽門快控的規(guī)定值,但DEH調(diào)門快控功能卻被觸發(fā),明顯屬于誤動。查其原因,發(fā)現(xiàn)DEH側(cè)接收到的功率值的確達(dá)到了汽門快控的規(guī)定值,也就是說,在電網(wǎng)系統(tǒng)異常波動時,DEH側(cè)接收到的功率信號與電氣側(cè)汽輪發(fā)電機(jī)實際的輸出功率信號出現(xiàn)了不一致。

1某廠百萬機(jī)組汽門快控誤動事件

1.1設(shè)備概況

某廠兩臺1000MM機(jī)組DEH系統(tǒng)均采用西門子T3000控制單元,分別于2011年、2012年投產(chǎn),運行狀況良好。

1.2發(fā)生經(jīng)過

某日中班,機(jī)組運行方式:AGC投入,CCs投入,一次調(diào)頻、INFIT投入,機(jī)組負(fù)荷613MM,B、C、D、E、F磨運行。

機(jī)組負(fù)荷由613MM突降至0MM,主機(jī)高壓調(diào)門由33.4%關(guān)閉至0%,主機(jī)中壓調(diào)門由100%關(guān)閉至0%,主汽壓由17.57MPa上升至19.18MPa,再熱汽壓由3.17MPa上升至3.44MPa,蒸發(fā)量由1720t/h下降至821.17t/h,燃料量無變化,高旁由0%開啟至11%,主機(jī)轉(zhuǎn)速由2985r/min略微上升至3007r/min。

相關(guān)異?，F(xiàn)象:

(1)高旁由0%開啟至11%左右時,#14機(jī)組"再熱器安全門快開"報警來,但DCs開度未變化。

(2)高排通風(fēng)閥瞬間開啟后關(guān)閉。

(3)機(jī)組給水自動切手動,烙值控制切手動,RB復(fù)位:確認(rèn)系統(tǒng)正常,機(jī)組過熱度等參數(shù)正常后,及時手動投入烙值及給水自動。

(4)機(jī)組高旁減溫水A、C、D隔絕門未開出,B正常動作。

(5)機(jī)組高、低加水位均有所波動,個別高加危疏開出。

(6)主機(jī)#3瓦瓦振(兩測點)由2mm/s增大至5mm/s左右。

2DEH側(cè)用負(fù)荷邏輯說明

西門子T3000DEH系統(tǒng)中的甩負(fù)荷識別邏輯包括KU和LAM兩種情況。KU是電網(wǎng)瞬時中斷時的甩負(fù)荷,通常也稱"短甩":LAM才是真正意義上的甩負(fù)荷,也稱"長甩"[1]。KU主要作用是對機(jī)組的實時負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)控,在電網(wǎng)發(fā)生故障甩負(fù)荷時,該判斷邏輯快速滿足條件,動作與快關(guān)調(diào)門,同時將DEH自動控制方式切到轉(zhuǎn)速控制,防止汽輪機(jī)發(fā)生超速。若此時電網(wǎng)負(fù)荷能夠在短時間內(nèi)迅速恢復(fù)(一般整定為2s),根據(jù)邏輯控制,立即釋放快關(guān)調(diào)門指令,機(jī)組能夠正常恢復(fù)接帶電網(wǎng)所需負(fù)荷。如果KU觸發(fā)后在短時間內(nèi)不能恢復(fù),即電網(wǎng)側(cè)負(fù)荷持續(xù)2s以上仍低于邏輯整定值,則觸發(fā)LAM,并能實現(xiàn)帶廠用電運行。

KU邏輯判斷的含義:

條件1,高負(fù)荷時(一般要求整定大于70%額定負(fù)荷)的KU判斷依據(jù):負(fù)荷信號瞬時下跌大于限值,KU觸發(fā)。

條件2,低負(fù)荷時的判斷依據(jù):DEH側(cè)所獲得的電功率下跌到104Mw以下,與負(fù)荷控制偏差大于104Mw,表明此時機(jī)組發(fā)生了甩負(fù)荷,并不是正常停機(jī)。同時機(jī)組已并網(wǎng),且功率大于-26Mw,則表示不存在逆功率現(xiàn)象。

3原因分析

3.1電氣專業(yè)檢查分析

3.1.1電氣量分析

當(dāng)線路側(cè)故障導(dǎo)致真實甩負(fù)荷事件發(fā)生時,由于定子電流(感性)瞬間衰減,電樞反應(yīng)去磁作用消失,加之電動轉(zhuǎn)矩消失導(dǎo)致轉(zhuǎn)速上升,兩者疊加導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口電壓及主變高壓側(cè)電壓均會上升,而此次過程中發(fā)電機(jī)及主變出口側(cè)電壓上升幅度有限,且發(fā)電機(jī)始終保持同步運行狀態(tài),所以,從故障時電氣側(cè)的數(shù)據(jù)變化可以初步判斷,線路側(cè)(負(fù)載側(cè))出現(xiàn)甩負(fù)荷的可能性較低。

而且,從異常發(fā)生時間段內(nèi)機(jī)組零功率切機(jī)保護(hù)并未報警及動作來看,也可以將線路側(cè)(負(fù)載側(cè))甩負(fù)荷故障排除。根據(jù)RCs-985UP發(fā)電機(jī)零功率切機(jī)保護(hù)裝置動作邏輯,簡而言之,需要滿足機(jī)組負(fù)荷大于整定值(25%額定負(fù)荷)以及主變正序電壓突增定值大于整定值(4.2V),機(jī)端正序電壓突增定值大于整定值(4.0V),發(fā)電機(jī)頻率突增定值大于整定值(0.28Hz,頻率定值50.56Hz)三者其中任一條件。而此次"甩負(fù)荷"不同于常規(guī)意義上的系統(tǒng)側(cè)甩負(fù)荷,發(fā)電機(jī)仍處于同步運行狀態(tài),且故障錄波器顯示,機(jī)端電壓及主變高壓側(cè)電壓上升幅度均不大,發(fā)電機(jī)出口相電壓二次側(cè)有效值在56.3V至58.3V之間波動,時間持續(xù)100ms,可見,不管是電壓還是頻率變化量,均不滿足零功率切機(jī)保護(hù)動作要求,所以此次大幅度快速甩負(fù)荷過程中,零功率切機(jī)保護(hù)未動作。

3.1.2智能變送器運行狀況

目前,國內(nèi)多數(shù)電廠在電氣側(cè)選用的功率變送器為國產(chǎn)三相三線制功率變送器。響應(yīng)時間一般為250ms左右,正常在測量機(jī)組以及系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電功率信號時,不會存在任何問題。但是當(dāng)功率突變時,由于響應(yīng)能力的制約,例如電流量發(fā)生大幅突增,導(dǎo)致測量CT速飽和,其輸出就可能會產(chǎn)生信號畸變。因測量原理與制作工藝的差異,目前市場上的功率變送器動態(tài)測量準(zhǔn)確度差別較大,部分變送器難以滿足汽門快控功能對功率測量的要求,不適合在此功能下使用[2]。為此,該機(jī)組已在之前利用停機(jī)檢修期間,將發(fā)電機(jī)變送器、電度表屏內(nèi)原功率變送器全部替換為智能變送器。智能變送器內(nèi)有測量CT與保護(hù)CT兩套CT,當(dāng)系統(tǒng)電流量發(fā)生大幅擾動時,能夠自動將智能變送器由測量CT輸出切至保護(hù)CT輸出,避免了測量CT由于速飽和而導(dǎo)致輸出信號畸變。屏內(nèi)布置三只發(fā)電機(jī)智能變送器、一只主變和勵磁變智能變送裝置和一只高廠變智能變送裝置。

發(fā)電機(jī)變送器的功率輸出信號:P1至DCs、P2至DEH(分別各三個測點)。

正常運行時,智能變送器由測量CT完成參數(shù)的計算,其工作范圍為0.05In~1.2In:當(dāng)系統(tǒng)瞬間波動時,將由測量CT切換至保護(hù)CT,其工作范圍為0.05In~20In:20s后若系統(tǒng)無異常則切回測量CT繼續(xù)工作。

記錄表明,21:28:21.670,因負(fù)荷變動較大,出現(xiàn)負(fù)序電流,觸發(fā)智能變送裝置CT切換,時間軸顯示發(fā)生在快速甩負(fù)荷后負(fù)荷恢復(fù)調(diào)整階段,如圖1所示。

3.1.3故障錄波數(shù)據(jù)記錄

21:28:20.9586之后啟動的故障錄波顯示,如圖2所示,機(jī)組負(fù)荷平穩(wěn),并未出現(xiàn)負(fù)荷波動,推斷在錄波之前發(fā)生負(fù)荷變化。

3.1.4PMU數(shù)據(jù)記錄

記錄顯示,21:28:20.910一21:28:20.950期間發(fā)生系統(tǒng)波動,結(jié)合系統(tǒng)運行情況以及極端雷雨天氣,判斷該時間段500kV系統(tǒng)出現(xiàn)擾動,由機(jī)組智能變送裝置同時感受到,分別將功率暫態(tài)量發(fā)送至DEH系統(tǒng)。

3.2熱工專業(yè)檢查分析

熱工專業(yè)檢查情況,經(jīng)調(diào)閱DEH系統(tǒng)歷史曲線發(fā)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷信號在21:28:22從正常負(fù)荷(600Mw左右)突降至0Mw,持續(xù)時間約1.5s。

調(diào)閱DEH系統(tǒng)歷史報警信號發(fā)現(xiàn),21:28:21.211,報警LoADREG(快速甩負(fù)荷)觸發(fā):21:28:21.260,高、中壓調(diào)門快關(guān)指令(FsTCLs)觸發(fā):21:28:21.911,高、中壓調(diào)門關(guān)閉信號(CLosED)來,如圖3所示。

根據(jù)我廠本次機(jī)組甩負(fù)荷動作條件,KU邏輯判斷中的負(fù)荷條件2需滿足:

(1)實際負(fù)荷大于一26Mw:

(2)實際負(fù)荷小于104Mw:

(3)負(fù)荷控制偏差大于104Mw:

(4)機(jī)組已并網(wǎng)。

其中,DEH所獲取的機(jī)組有功功率信號來自于發(fā)電機(jī)智能變送器,所以,若此時該變送器提供了錯誤的信號,則能夠滿足負(fù)荷條件2,使得DEH執(zhí)行甩負(fù)荷動作。

3.3綜合分析

根據(jù)上述電氣與熱工數(shù)據(jù)、現(xiàn)象以及動作行為分析,再結(jié)合機(jī)組DEH相關(guān)邏輯,系統(tǒng)瞬間甩負(fù)荷(KU)邏輯有兩個或門條件:

(1)瞬時降低的負(fù)荷量超過甩負(fù)荷識別限值GPLsP(728Mw)且轉(zhuǎn)速大于3012r/min:

(2)同時滿足下面4個條件:發(fā)電機(jī)并網(wǎng),實際負(fù)荷低于兩倍廠用電負(fù)荷限值GP2EB(104Mw),實際負(fù)荷高于逆功率值GPNEG(-26Mw),負(fù)荷設(shè)定值Psw與實際負(fù)荷PEL的差值大于兩倍廠用電負(fù)荷限值GP2EB(104Mw)。

瞬間甩負(fù)荷(KU)信號觸發(fā)后,延時150ms發(fā)7s脈沖信號復(fù)位。綜合DEH系統(tǒng)報警信號及歷史數(shù)據(jù)記錄判斷:機(jī)組21:28:21.211瞬間甩負(fù)荷(KU)動作是由實際負(fù)荷低于兩倍廠用電負(fù)荷限值GP2EB(104Mw)觸發(fā),推斷21:28:20.411一21:28:21.211期間,電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動,由機(jī)組智能變送裝置捕捉到,并將該功率暫態(tài)量發(fā)送至DEH系統(tǒng),而該功率信號低于104Mw,從而觸發(fā)瞬間甩負(fù)荷動作。

4DEH其他相關(guān)邏輯優(yōu)化

經(jīng)了解,國內(nèi)某同類型1000Mw機(jī)組也曾發(fā)生發(fā)電機(jī)功率信號波動造成KU甩負(fù)荷動作,調(diào)門關(guān)閉,發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動作導(dǎo)致機(jī)組跳閘的事件。為此,根據(jù)上述事故原因分析,對KU保護(hù)邏輯進(jìn)行優(yōu)化,保持西門子DEH的原控制邏輯思想不變,考慮真實甩負(fù)荷對機(jī)組轉(zhuǎn)速控制的影響,為確保機(jī)組DEH系統(tǒng)甩負(fù)荷邏輯正確動作并避免保護(hù)拒動,結(jié)合相關(guān)電廠同類型機(jī)組優(yōu)化后的甩負(fù)荷邏輯,并咨詢制造廠專家意見,決定對機(jī)組DEH系統(tǒng)甩負(fù)荷邏輯進(jìn)行如下修改:

(1)取消現(xiàn)有邏輯中瞬間甩負(fù)荷(KU)條件1中主機(jī)實際轉(zhuǎn)速大于3012r/min的判斷:

(2)增加瞬間甩負(fù)荷(KU)條件1、2任一滿足的同時主機(jī)實際轉(zhuǎn)速大于3018r/min的判斷,觸發(fā)瞬間甩負(fù)荷(KU)動作。具體邏輯圖如圖4所示。

5結(jié)語

本文通過案例分析,得出相關(guān)結(jié)論:對于優(yōu)化前的西門子1000Mw汽輪機(jī)DEH瞬間甩負(fù)荷(KU)邏輯而言,在電氣故障工況下,功率變送器可能將電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的畸變暫態(tài)量電功率信號送入DEH控制系統(tǒng),從而可能直接引起瞬間甩負(fù)荷誤動。在西門子1000Mw汽輪機(jī)DEH設(shè)計思想的基礎(chǔ)上,根據(jù)機(jī)組實際運行狀況,結(jié)合國內(nèi)某同類型1000Mw機(jī)組曾發(fā)生發(fā)電機(jī)功率信號波動造成KU甩負(fù)荷動作,調(diào)門關(guān)閉,發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動作導(dǎo)致機(jī)組跳閘的相關(guān)案例,決定優(yōu)化西門子1000Mw汽輪機(jī)跳閘保護(hù),使保護(hù)邏輯與機(jī)組運行情況有機(jī)結(jié)合,從而消除了現(xiàn)場控制系統(tǒng)中可能存在的安全隱患,提高了西門子1000Mw汽輪機(jī)保護(hù)的可靠性。