300MW機組空氣預熱器均停保護系統故障分析

賀 寧

（大唐河北發電有限公司馬頭熱電分公司，河北 邯鄲 056044）

大唐河北發電有限公司馬頭熱電分公司9、10號鍋爐為DG1025/17.4－Ⅱ12型、亞臨界參數、四角切圓燃燒、自然循環、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、半露天布置、全鋼構架的∏型汽包爐。每臺鍋爐配2臺三分倉容克式回轉空氣預熱器，主軸垂直布置，煙氣和空氣以逆流方式換熱。轉子直徑10.32m，轉子轉速1.14r/min。每臺空氣預熱器除配備主驅動電機和輔驅動電機外，還配有手動盤車裝置與氣動馬達。主輔驅動電機互為聯鎖，當主輔驅動電機均出現故障時，氣動馬達連鎖啟動。在機組正常運行時，若空氣預熱器發生跳閘事故時，為防止空氣預熱器在高溫煙氣沖刷下受熱變形，鍋爐安全監視系統（FSSS）設計有空氣預熱器均停停爐保護，保護邏輯為單側空氣預熱器跳閘時，延時聯跳同側送、引風機，關閉該側空氣預熱器煙氣進口擋板并觸發RB。雙側空氣預熱器均跳閘時，MFT動作，鍋爐安全停爐。

1 故障情況介紹

2010年12月21日14時29分，9號機組負荷281MW。14時30分，運行監屏人員發現9號機組空氣預熱器間隙調整系統失電。15時08分控制中心檢修人員到達現場，檢查后發現空氣預熱器間隙調整系統總電源開關掉閘、間隙調整系統PLC停運。檢修人員做外觀檢查未發現其它問題，重新送電。15時13分推上該系統的電源開關，PLC指示燈顯示運行正常，但空氣預熱器間隙調整裝置的液晶觸摸屏仍為黑屏。15時14分，FSSS首次跳閘記憶出“2臺預熱器均停”信號，MFT動作，機組掉閘。MFT動作前后相關歷史曲線見圖1。

圖1 MFT動作前后歷史曲線

2 故障原因分析

9、10號機組投運后，空氣預熱器均停保護系統根據設計院提供功能說明書要求，設計如下：每個空氣預熱器轉子旁邊安裝1個接近開關，轉子上設計有2個凸沿，相隔180°。轉子轉動時，通過低轉速接近開關監測凸沿發出脈沖信號，送至空氣預熱器間隙調整PLC中，PLC檢測就地接近開關1min內接通2次則判斷空氣預熱器運轉正常，否則為停轉。并發出空氣預熱器停轉DO信號至DCS中供FSSS做邏輯使用。電源系統設計如下：從熱工總電源引來一路220V交流電源送入間隙調整系統盤柜后，分為兩路輸出，一路為間隙調整PLC輸入電源，另一路為24VDC電源模塊輸入電源。24V電源模塊輸出供給就地低轉速接近開關、繼電器線圈、間隙調整系統執行機構反饋及信號隔離裝置。空氣預熱器電源系統示意見圖2。

圖2 空氣預熱器電源系統

對原有設計進行分析，發現每側空氣預熱器僅有1個低轉速接近開關監測空氣預熱器轉動狀態且與間隙調整裝置合用，中間傳輸環節過于復雜。電源設計方面：2臺空氣預熱器的保護信號的電源沒有分散，重要保護信號與其它設備的電源也沒有分散。如果24V電源消失，而PLC運行正常，低轉速接近開關輸出信號保持不變，PLC檢測不到低轉速接近開關的翻轉信號，即判斷2臺空氣預熱器停轉。

分析歷史曲線及SOE記錄，發現空氣預熱器轉速、電流均正常，而首次跳閘記憶為“2臺空氣預熱器均停”，初步判斷為保護誤動。對空氣預熱器間隙調整系統進行深入檢查，發現機柜內24V電源模塊故障。由于該電源模塊提供2臺空氣預熱器的低轉速接近開關的供電電源。如果24V電源消失，而PLC運行正常，低轉速接近開關輸出信號將消失，PLC檢測不到其翻轉信號，即判斷2臺空氣預熱器停轉。還原事故經過，認為24V電源模塊首先發生故障，導致空氣預熱器停轉信號誤發，但由于24V電源模塊故障同時造成空氣預熱器間隙調整系統總電源掉閘，PLC失電，空氣預熱器停轉信號因沒有電源驅動而不能發出。當控制中心檢修人員對系統進行送電后，PLC上電正常運行，而接近開關仍處于停電狀態，無法進行翻轉。PLC判斷出空氣預熱器停轉信號并發出，導致機組保護誤動跳閘。

《火電廠熱控系統可靠性配置與事故預控》［1］明確規定：觸發停機停爐的熱工保護信號測量儀表應單獨設置；當與其他系統合用時，其信號應首先進入優先級最高的保護聯鎖回路，其次是模擬量控制回路，順序控制回路最低。控制指令應遵循保護優先原則，保護系統輸出的操作指令應優先于其他任何指令。因此，對FSSS中空氣預熱器均停保護進行優化整改。

3 優化方案及效果

3.1 優化方案

3.1.1 整改保護測量回路及電源系統

原有接近開關仍作為間隙調整使用，不參與FSSS邏輯。每個空氣預熱器上另加裝2個接近開關，作為FSSS專用。并在盤柜中設計兩路不同的24VDC電源，實現同側空氣預熱器2個接近開關及繼電器電源分散。繼電器J1－J4各輸出一對常開觸點接近至DCS系統中參與保護邏輯設計。接近開關接線原理見圖3。

圖3 接近開關接線原理

3.1.2 優化 DCS組態

2個接近開關同時監測該側空氣預熱器轉子上的2個凸沿，每個接近開關大約30s左右發出1個脈沖信號，送入DCS中做邏輯判斷。當DCS監測到同側2個接近開關在40s內均無翻轉信號時，即判斷該側空氣預熱器停轉。為確保設備穩定性，將驅動電機變頻器轉速也作為停轉信號判斷依據，并將所有停轉判斷條件做“或”邏輯觸發光字牌。空氣預熱器優化后組態邏輯見圖4。

圖4 空氣預熱器優化后組態邏輯

如圖4所示，當同側空氣預熱器2個接近開關在40s內均未監測到翻轉信號，且同側驅動電機變頻器輸出轉速低于150r/min時，DCS判斷該側空氣預熱器停轉；雙側空氣預熱器均停，MFT動作。當上述任一條件成立時，光字牌報警。

3.2 優化效果

通過以上優化工作，將空氣預熱器保護回路與間隙調整回路進行隔離，為控制回路檢修提供了便利，也提高了系統運行的可靠性；增裝2個保護專用接近開關，實現了保護用信號的冗余；設計兩路獨立的24V電源模塊分別供給2個冗余的接近開關，實現電源系統的分散，降低了系統運行的風險。整改工作完成后，系統運行穩定可靠，保護動作正常，為機組安全穩定運行提供了保障。

4 結束語

空氣預熱器是火電機組鍋爐側重要輔機設備，在火電機組保護系統中，均設置有空氣預熱器均停保護項目，使空氣預熱器在意外掉閘后，能夠安全停爐，避免其在高溫煙氣的沖刷下受熱不均變形，造成嚴重損失。在機組檢修過程中，對空氣預熱器均停保護的測量回路進行整改，與其它系統進行隔離，并對電源系統進行冗余設計，大大提高了其運行的可靠性，保障了機組的安全穩定運行。

［1］ 電力行業熱工自動化技術委員會.火電廠熱控系統可靠性配置與事故預控［M］.北京：中國電力出版社，2010.