電解海水制氯系統故障跳閘原因分析及保護首出記憶回路加裝

齊 超

（河北國華滄東發電有限責任公司 河北 滄州 061113）

河北國華黃驊發電廠一、二期共計4套電解海水制氯系統，該系統由武漢興達高技術工程有限公司成套供貨，其中電解電源系統為KHF風冷系統電解電源。本年度系統正常運行過程中2號電解海水制氯系統多次跳閘，控制系統PLC順序記錄顯示的跳閘原因為“整流柜綜合故障”和“系統沖洗水電動門關反饋瞬間消失”。專業人員結合系統跳閘后現場的實際情況及該兩項保護設計原理對系統跳閘的具體原因進行了全面分析，提出了相應的解決方案并應用于實踐。實踐結果印證了分析的正確性，為保證系統安全、穩定運行積累寶貴的經驗。

1 電解海水制氯聯鎖、保護系統簡介

1.1 系統入口海水流量低于60m3/h且時間超過30秒或海水流量低于40m3/h且時間超過10秒時系統跳閘

1.2 系統出口電解液溫度超過40℃時系統跳閘

1.3 整流電源內部發“整流柜綜合故障”時系統跳閘

1.3.1 快速熔斷器熔斷:當負載端發生短路或晶閘管元件損壞，造成橋臂過流時，串接在橋臂上的快速熔斷器熔斷，熔斷器上的微動開關動作；

1.3.2 散熱器元件溫度過高：由于風機停轉或其他原因使散熱器溫度超過65℃時，安裝在元件散熱器上的JUC溫度繼電器動作；

1.3.3 變壓器溫度過高：當檢測到變壓器三項母線溫度過高時，數顯溫度儀表輸出接點接通，保護動作；

1.3.4 風機故障：由于風機線圈短路或過載將引起分機電源回路串接的RJ繼電器熱保護動作；

1.3.5 直流過流：由于電網或負荷突變，致使整流器直流輸出電流超過額定工作電流10%且時間超過3秒時系統控制板上的發光二極管OC將點亮；

1.3.6 相序錯誤或缺項：系統缺項或由于檢修導致相序接線錯誤時系統控制板上的發光二極管PH將點亮。

1.4 系統運行過程中沖洗水電動門、排空電動門打開（此保護條件通過判斷閥門開反饋是否消失來實現）

1.5 系統出口壓力高于0.2MPa且時間超過10秒時，自動聯停海水升壓泵

2 存在問題及舉例分析

2.1 2011 年7月23日“2號電解海水制氯系統跳閘”

2.1.1 跳閘原因判斷及現場檢查處理過程：現場對PLC控制系統上位機報警列表進行查詢，報警為“2號電解海水制氯系統沖洗水門關反饋消失”。在未對2號電解海水制氯系統沖洗水電動門進行任何檢查處理的情況下，聯系運行人員對其進行開關操作，開關操作正常且反饋均正確。隨即對電動閥門裝置反饋信號接線回路進行檢查，未見異常，分析判斷為閥門關反饋限位開關（微動開關）瞬間“抖動”致使系統檢測到閥門“關反饋”消失并誤判斷為該閥門已打開從而聯鎖系統跳閘。

2.1.2 該項保護存在的問題

2.1.2.1 該項保護屬于典型“單點保護”不符合熱工保護的一般設計原則，不利于系統的安全、穩定運行；2.1.2.2 電動閥門的位置反饋開關為機械式微動開關，在系統正常運行時由于接線短路、現場震動或管道內工質在一定壓力下對閥門的沖擊等一些列不可預知的原因會導致閥門反饋開關瞬間出現 “抖動”從而造成控制系統誤判斷以至于系統跳閘。

圖1 保護原理附

2.2 2011 年08月08日“02電解海水制氯運行中跳閘，整流柜故障報警。”

2.2.1 跳閘原因判斷及現場檢查處理過程：現場對PLC控制系統上位機報警列表進行查詢，報警為“2號電解海水制氯系統整流柜綜合故障”。“整流柜綜合故障”共計包括6項并列的跳閘條件（見附圖2）。需具體檢查、判斷的故障點合計達15個左右。隨即安排專業人員進行逐一排查，檢查情況如下：

2.2.1.1 快速熔斷器熔斷（若該保護動作則驅動中間繼電器10K）：共計6個熔斷器，檢查未見異常，熔斷器所帶微動開關接點未接通（可排除此項保護未動作過。）

2.2.1.2 散熱器元件溫度過高（若該保護動作則分別驅動中間繼電器6K、7K）：兩組共計6個JUC溫度繼電器，經檢查各繼電器接點未接通（由于系統跳閘停運后，其溫度在逐步下降故不能排除其是否動作過。）

2.2.1.3 變壓器溫度過高（若該保護動作則由數顯溫度表送出一對接點WK）：檢查輸出接點未接通（系統跳閘停運后，系統失電，導致數顯溫度表停電故無法判斷接點是否接通過。）

2.2.1.4 風機故障（若該保護動作則分別驅動中間繼電器9K）：檢查RJ繼電器未動作（可排除此項保護未動作過。）

2.2.1.5 直流過流（若該保護動作則驅動中間繼電器8K）：需通過整流柜控制板上OC發光二極管只是狀態判斷（系統跳閘停運后，控制系統失電，控制板各故障指示燈狀態無法判斷。）

2.2.1.6 相序錯誤或缺項（若該保護動作則驅動中間繼電器8K）：需通過整流柜控制板上PH發光二極管只是狀態判斷（系統跳閘停運后，控制系統失電，控制板各故障指示燈狀態無法判斷。）

綜上所述部分跳閘條件在系統跳閘停運后，無法準確判斷其是否動作過，從而導致缺陷分析、判斷的難度加大且耗費時間較長。

2.2.2 該項保護存在的問題

2.2.2.1 該項保護中的6個跳閘條件任意動作時，都會分別通過各自的中間繼電器送出接點來驅動繼電器5K（整流柜綜合故障繼電器），每個中間繼電器都設計有自保持回路，但當跳閘條件滿足而使系統跳閘后，整個系統的高、低壓回路分別斷電，所有中間繼電器就會失電釋放，繼電器自保持回路無法自保持，因此也就無法記錄具體為那一項跳閘條件導致系統跳閘的。

可以看出系統跳閘后控制電源失電是導致無法準確判斷系統跳閘原因的主要問題所在。

原保護系統原理圖（附圖2）

2.3 解決方案

2.3.1 針對系統運行過程中沖洗水電動閥門“關反饋”瞬間消失導致系統保護誤動，專業人員提出以下幾個解決辦法：

2.3.1.1 辦法1對該項保護的PLC內部邏輯進行完善：系統運行且閥門“關反饋”消失→保護動作變更為系統運行且閥門“關反饋”消失且“開反饋”出現→保護動作；因控制系統同時控制1、2號電解海水制氯系統，若要修改邏輯則需將兩套系統同時停運，運行條件不滿足，暫時無法施行。

2.3.1.2 辦法2通過修改外回路來實現對閥門“關反饋”瞬間消失的屏蔽防止保護誤動，如圖所示：

說明：當閥門處于關閉狀態時，“關到位（微動開關）”接點閉合，“關中間繼電器”勵磁，其開接點閉合，系統確認閥門處于關閉狀態，若此時“關到位（微動開關）”出現瞬間抖動時，L線會通過“開中間繼電器”閉接點和“關中間繼電器”的另一個開接點保持給線圈供電避免“關中間繼電器”失磁，從而避免了“關反饋”丟失。

結論：經專業人員討論決定，暫時通過修改外回路的辦法來確保保護不再誤動，待系統整體停運時再對內部邏輯依據辦法1進行修改并將外回路接線恢復為原接線方式。

2.3.2 針對系統報“整流柜綜合故障”而保護動作跳閘后控制系統電源失去，專業人員提出以下辦法：

2.3.2.1 修改整流柜控制電源回路使其在保護動作聯鎖高壓回路跳閘失電后低壓控制回路不失電，這樣各項保護條件驅動的中間繼電器即可通過自保持回路實現自保持從而能夠快速、準確的判斷跳閘原因。但在與廠家技術人員溝通后，確認此辦法不可行，因為為了確保系統跳閘后系統設備的安全控制系統必須斷電。

2.3.2.2 將“整流柜綜合故障”所包含的6項跳閘條件全部送至PLC控制系統：從各中間繼電器各取一對接點送至PLC進行邏輯判斷，通過PLC的報警記錄來對系統跳閘原因進行記錄。但此辦法需在整流柜和PLC控制柜之間新敷設電纜且PLC中亦需增加DI通道并需進行邏輯修改及下裝，工作量大、耗時長且外部系統運行條件限制，故此辦法不可行。

2.3.2.3 加裝整流柜綜合故障保護動作的首出記憶回路：加裝一小型PLC控制器，在其內部進行邏輯組態實現保護首出記憶功能（供電電源取自PLC控制柜內的備用電源），為各跳閘條件分配DI通道，然后從各保護條件驅動的中間繼電器分別取開接點一對接至加裝的PLC控制器對應的DI通道，這樣在系統跳閘高低壓回路均失電后，保護動作首出記憶回路仍可記錄下最先動作的保護條件從而實現了對故障點的快速、準確判斷并及時消除缺陷保證系統快速恢復運行。保護首出記憶原理圖如下：

3 改造后實際運行效果

3.1 改造后系統如出現故障而導致系統跳閘時，專業人員可以快速、準確判斷跳閘條件及故障點并及時消除缺陷迅速恢復系統運行；

3.2 改造后系統運行可靠，運行至今未出現保護誤判斷而導致系統跳閘現象。

［1］LHB電解海水次氯酸鈉發生裝置使用說明書[Z].

［2］KHF風冷系列電解電源安裝使用說明書[Z].