660 MW汽動給水泵組MEH保護優(yōu)化及可靠性分析

0引言

隨著電網(wǎng)負荷需求的持續(xù)增長,大型火力發(fā)電機組的數(shù)量也在不斷增加。在這種背景下,全面實施節(jié)能降耗、降低運行成本、提高機組利用率等措施顯得尤為重要^[1]。在火力發(fā)電機組中,鍋爐給水的主驅動泵通常采用變速汽動給水泵,而汽動給水泵的MEH控制系統(tǒng)是機組自動控制系統(tǒng)的關鍵組成部分。傳統(tǒng)的汽動給水泵液壓調節(jié)系統(tǒng)由于其結構復雜、自動化水平低、操作煩瑣以及維護和檢修工作困難,已經(jīng)不能滿足當前大型機組鍋爐給水自動調節(jié)的需求^[2]。盡管部分機組已經(jīng)采用了電液控制系統(tǒng),但電液轉換器性能不佳加上自動化技術滯后,同樣無法滿足大型機組長期安全運行和高自動化的要求^[3]。鑒于此,本文通過分析某660 MW火電機組在汽動給水泵跳閘后檢查出的問題,對MEH控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造,提高了機組的運行可靠性。

1 系統(tǒng)保護邏輯及組成

1.1 MEH系統(tǒng)保護邏輯

該發(fā)電廠汽動給水泵MEH控制系統(tǒng)保護邏輯如圖1所示。

在機組啟動和正常運行期間,通過測速元件采集給水泵的轉速,然后通過輸入卡件將開關量(三取二)傳送至調速控制器。數(shù)字處理單元(DPU)對這些信號進行判斷、分析和計算,綜合LVDT返回的信號后,將控制信號發(fā)送至低壓調節(jié)閥的伺服閥,通過伺服閥改變低壓調節(jié)閥的開度,從而控制給水泵的轉速,以調節(jié)泵的出口壓力和流量^[4]。當蒸汽給水泵的轉速發(fā)生變化時,給水泵的輸出流量也會相應改變,以滿足鍋爐給水流量的需求。

1.2 系統(tǒng)組成

每臺汽動給水泵的MEH控制系統(tǒng)均配備了一套獨立的EH油液壓系統(tǒng),執(zhí)行機構包括低壓蒸汽主閥、低壓蒸汽調閥和逆止閥。在控制功能方面,涵蓋了汽動給水泵的打閘、復位、掛閘(開啟低壓主汽門)、正常運行、轉速調節(jié)控制以及相關的超速試驗和保護功能。MEH控制系統(tǒng)還具備與CCS相連的遠程控制接口,作為CCS子系統(tǒng)完成協(xié)調控制^[5]。整個系統(tǒng)由PCU13過程控制單元、主控畫面、液壓元件、伺服閥、測速裝置、模擬遠程控制接口和連接電纜組成,主控畫面可同時控制兩臺汽動給水泵。控制柜的輸出通過伺服閥裝置將電信號轉換為液壓油信號,以控制低壓蒸汽主閥和低壓蒸汽調節(jié)閥的液壓伺服電機的開度,從而調節(jié)給水泵的轉速、輸出壓力和流量^[6-7]。

1.3控制方式及性能指標

自動模式:在自動運行啟動后,系統(tǒng)將自動追蹤目標轉速的設定值,以此實現(xiàn)對鍋爐給水流量的精準自動控制。

手動模式:當切換到手操模式時,操作員可以設定具體的 目標速度值以及速度變化率,通過這種方式實現(xiàn)對手動調節(jié)速度目標值的直接控制。

CCS模式:在給水泵處于自動模式的基礎上,一旦接收到MEH主控畫面發(fā)出的CCS遙控請求,系統(tǒng)會根據(jù)鍋爐給水流量的前饋信號, 自動調節(jié)低壓主汽門的開度,對給水泵的轉速進行匹配調節(jié),從而有效控制鍋爐的給水流量,主要性能指標如表1所示。

2 異常分析及處理

2.1 事件經(jīng)過

某年5月28日,某發(fā)電廠1號機組在負荷600 MW、主蒸汽壓力23.7 MPa、主蒸汽溫度565℃下運行,其制粉系統(tǒng)1A、1B、1C、1D、1E、1F及汽動給水泵1A和1B均處于遙控自動控制狀態(tài)。10:00左右,運行監(jiān)盤人員注意到1A汽動給水泵軸承1號測點的振動值逐漸上升,實地測量得到的軸承振動值約為0.01 mm。熱工和檢修班人員現(xiàn)場檢查并未發(fā)現(xiàn)明顯異常。8min后,1A汽動給水泵因軸承振動值過高跳閘,2min后,1B汽動給水泵突然跳閘。通過DCS系統(tǒng)檢查,發(fā)現(xiàn)跳閘首出為“泵出口流量低”,而MEH控制系統(tǒng)保護動作的首要原因是“給水泵超速”。

2.2 原因分析

1)經(jīng)詳細查閱記錄,1A汽動給水泵的跳閘事件是由于其軸承1號測點的振動值達到了預設的跳閘值。該振動跳閘邏輯設計為:當同一軸承的X方向或y方向測量值中任一達到跳閘值 (0.08mm)時,即會觸發(fā)保護動作。通過檢查工程師站的歷史數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)X方向的振動值達到了0.088 mm,而y方向則為0.020 7 mm。雖然y方向振動值未達跳閘標準,但X方向的瞬時振動值已超出跳閘保護限值,因此導致了1A汽動給水泵的跳閘。在熱工機控人員對振動測量裝置元件、傳感元件及保護定值進行核實確認無誤后,運行人員重新啟動1A汽動給水泵至正常轉速。隨后,熱工機控人員再次檢測,確認1A汽動給水泵在X、y兩個方向上的振動值均已回歸正常范圍。然而,進一步回顧歷史曲線記錄,發(fā)現(xiàn)1A汽動給水泵后軸1號測點在5月21 日至22日期間曾兩次觸及報警值(0.04 mm),其中最大實時振動值達到了0.048 mm。而在5月28日1A汽泵跳閘前,前軸1號和2號測點的振動值也分別高達0.05 mm和0.045 mm。

結合SIS系統(tǒng)所記錄的數(shù)據(jù)以及保護動作發(fā)生前檢修人員的現(xiàn)場監(jiān)測情況分析,綜合推斷此次1A汽泵跳閘可能的原因有兩種:一種是1A汽泵自身突發(fā)的瞬時異常振動所引發(fā),但需注意,由于SIS系統(tǒng)存在缺陷,無法準確查閱操作日志時間及實時歷史數(shù)據(jù)以進行更精確的分析;另一種可能性是振動測量裝置元件或傳感元件受到了外部信號的干擾,從而誤觸發(fā)了保護動作。

2)1B汽動給水泵跳閘的原因確定為超速。其超速保護動作邏輯設計如下:在給水泵MEH系統(tǒng)中,當控制模式設定為CCS方式時,若實時轉速與設計值的偏差超出500 r/min,將觸發(fā)汽泵跳閘保護。此設計主要目的是預防小機低壓調門出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。經(jīng)查閱操作日志發(fā)現(xiàn),1A汽動給水泵跳閘后,機組迅速降低電負荷,同時切換至閥控模式,鍋爐燃料及給水自動控制系統(tǒng)亦轉為手動操作,而此時給水泵MEH控制系統(tǒng)仍保持在CCS自動模式。鍋爐給水流量降低,1B汽動給水泵接收到的指令迅速增至100%,導致汽動給水泵低壓調門全開。然而,受1A汽動給水泵跳閘及機組快速降負荷影響,1B給水泵的汽源壓力不足,同時鍋爐主汽壓力偏高,限制了1B給水泵的出力。經(jīng)折算分析當時汽源壓力,汽動給水泵轉速僅能維持在5 000~5 200 r/min范圍內(nèi),無法達到設定轉速值,最終因1B汽動給水泵轉速設定值與實時轉速偏差超 出500 r/min,觸發(fā)了MEH控制系統(tǒng)中的超速保護動作,導致跳閘。

2.3優(yōu)化處理

針對該廠發(fā)生的1B汽動給水泵因最小流量保護動作跳閘,且MEH首出顯示為1B汽動給水泵超速保護動作跳閘,進而引發(fā)鍋爐給水流量低保護動作觸發(fā)MFT的案例,該廠對汽動給水泵組的MEH控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化。MEH保護優(yōu)化前后對比圖如圖2所示。

1)針對SIS系統(tǒng),增設了操作日志和采集時間等詳細記錄功能,同時實現(xiàn)了相關數(shù)據(jù)的實時查詢,以提升系統(tǒng)的透明度和可追溯性。

2)雖然給水泵低壓主汽門卡澀導致超速的可能性較小,但仍為給水泵DCS保護設計了多重超速保護措施,包括機械超速保護和電超速保護。此次技術改造中,將給水泵的跳閘保護邏輯進行了調整:當實時轉速與設計值的偏差超過200 r/min時,系統(tǒng)將發(fā)出報警;偏差超過300 r/min時,給水泵將自動切除遙控,并自動維持3 000 r/min的轉速運行。

3)為防止單一方向振動值失真引發(fā)汽泵誤跳閘,優(yōu)化了汽動泵的振動大跳閘邏輯判斷條件。只有當X方向的振動跳閘值與Y方向的報警值同時觸發(fā),或者Y方向的振動跳閘值與X方向的報警值同時觸發(fā)時,才會判定為振動大跳閘。

4)將給水泵的跳閘演示保護延時從1 s修改為3 s,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時,在電動給水泵處于備用自啟狀態(tài)下,當機組負荷大于50%且發(fā)生給水泵跳閘時,系統(tǒng)將延時10 s后聯(lián)鎖啟動電動給水泵,并將其指令增加至65%,以確保給水的連續(xù)供應。

5)利用機組停運和停泵期間,對給水泵的MEH 系統(tǒng)進行了全面檢查,包括信號通道、保護卡件、保護定值、振動防護邏輯以及系統(tǒng)防外界信號等,以確保系統(tǒng)的安全可靠運行。

6)對給水泵的進口流量保護邏輯進行了調整。原先的邏輯是在進口流量小于325t/h且在再循環(huán)45s內(nèi)未增加到80%時觸發(fā)保護動作?，F(xiàn)在將這一時間縮短至20 s,即當進口流量持續(xù)低于325 t/h且在再循環(huán)20 s內(nèi)未增加到80%時,若未達到要求則汽泵將跳閘。

7)為了提升1A、1B汽動給水泵的運行安全性,將超速保護跳閘邏輯值進行了修改?，F(xiàn)在,當轉速達到5800 r/min或轉速在2950r/min持續(xù)5s時,將觸發(fā)超速保護跳閘動作。

3 結束語

綜上所述,該廠對給水泵跳閘保護進行了調整:原先當實時轉速與設計值的偏差超過500 r/min時觸發(fā)跳閘保護,而經(jīng)過此次技術改造后,當偏差超過200 r/min時系統(tǒng)將發(fā)出報警,超過300 r/min時給水泵將自動切除遙控并維持在3000 r/min轉速,不會觸發(fā)跳閘保護。此外,還對給水泵振動防護邏輯、系統(tǒng)防外界信號干擾、給水泵入口流量低以及系統(tǒng)缺陷等方面進行了優(yōu)化,以確保汽動給水泵組MEH控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。

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2024年第18期第11篇