ETS保護裝置電源故障停機的原因分析

牟福祥

（甘肅大唐國際連城發電有限責任公司，甘肅 蘭州 730332)

0 引言

某發電公司2×330 MW純凝發電機組是哈爾濱汽輪機有限責任公司生產的N 330-16.7/537/537型亞臨界一次中間再熱、高中壓合缸單軸雙缸雙排汽凝汽式汽輪發電機組，為單元制熱力系統。汽輪機緊急跳閘系統(ETS)保護控制柜電源采用2路220 V AC(UPS、保安)輸入，2路220 V AC和1路24 V DC電源輸出。ETS保護控制柜電源裝置型號為QH 204，由2塊220 V AC開關電源、2塊24 V DC電源模塊插拔式組裝而成。2路220 V AC開關電源通過繼電器互聯輸出，分別給A，B 2套PLC裝置供電；24 V DC通過底板冗余輸出，給ETS保護控制柜內輸入、輸出信號主板供電，對現場表計提供訪問電源。

1 事故前運行方式

2013-12-16T09:15，3號機組負荷261.03 MW，協調控制系統CCS投入，A，B汽泵運行，電泵備用，A，B，C，D，E磨煤機運行，總煤量118.74 t/h，主汽壓力14.41 MPa，主汽溫度、再熱汽溫度541.72/540.38 ℃，主汽流量813.90 t/h，給水流量827.13 t/h。

2 事故經過

2013-12-16T09:15:39，3號機組光字牌發出汽輪機跳閘信號，鍋爐MFT動作，發電機組跳閘。運行人員聯系熱控人員進入電子間檢查ETS保護裝置，ETS保護裝置無首出報警信號。調閱事件發生前后的SOE、歷史趨勢及操作記錄，發現SOE于09:15:39打印220 V AC、24 V DC信號，這說明ETS電源裝置存在問題。

運行人員檢查發現ETS保護試驗裝置上兩側220 V AC、24 V DC報警指示燈變暗，檢查控制柜內U 1，U 2，U 3信號輸入主板上指示燈全部變暗。報警顯示燈的工作電源為24 V DC。用萬用表測量ETS電源裝置2路輸入220 V AC，均正常。測量電源裝置輸出24 V DC帶載后電壓為5 V DC，拆除負載后接線端子測量為13 V DC，因此判斷為ETS電源裝置24 V DC電源模塊故障，控制柜內主板24 V DC失電，最終導致ETS裝置保護動作，汽機跳閘。

2013-12-16T10:20，熱控人員更換ETS保護電源裝置備件，其型號和原電源裝置一致。更換后所有ETS保護電源裝置、控制柜信號指示均正常，ETS保護裝置恢復運行。

3 原因分析

2008-12-26，3號機組ETS保護柜電源裝置曾在停機期間更換備件，其安裝運行時間至事故發生時剛好5年整。備件型號為電源組件QH 204，設備廠家是汽輪機廠某公司。ETS保護裝置中1塊24 V DC電源模塊故障，由于受到底板上相互隔離二極管燒損反向導通，另一塊電源模塊受到沖擊，致使電源模塊帶載能力降低，電壓由正常時的24 V DC降為5 V DC。

由于機組長周期運行，電子設備逐漸老化、性能下降,且電源模塊安裝在封閉箱體里，導致電子元器件出現發熱、燒損故障。

ETS保護邏輯中，EH油、潤滑油、真空保護信號，設置成雙通道，分成左、右2個通道，分別由4個檢測元件分布在2個通道上以檢測被監視參數。只有2個通道同時檢測參數超過運行極限時，才會通過PLC裝置發出停機信號。為了確保設備的安全性，ETS保護邏輯設計為：當保護控制柜電源裝置出現輸出24 V DC故障，導致ETS保護控制柜內U 1，U 2，U 3信號輸入主板上24 V DC電源失去，無法對現場EH油、潤滑油、真空保護信號進行正常訪問時，PLC裝置輸出跳閘信號，切斷AST電磁閥電源，汽機跳機。

4 暴露的問題

4.1 設備壽命評估不準確

熱控人員對3號機組ETS裝置等重要電子設備運行壽命評估不準確，對電子元器件的使用周期掌握不準，無法判斷設備劣化趨勢，存在設備性能管控不足等問題。

4.2 技術管理欠缺

技術培訓工作不全面，員工對長期運行的DCS系統、ETS系統的運行情況掌握不夠，未能完全掌握從事崗位的技術要求，發現問題及排查故障能力欠缺；同時在故障發生時未能及時發現ETS裝置報警，未做到設備可靠性的可控、在控。

5 防范措施

5.1 ETS保護控制柜電源裝置改造

考慮到原電源裝置為封閉式、插拔式組裝，模塊輸入、輸出經插針接觸，容易接觸不良，且電子元器件的可靠性較差，輸出電壓變化較大等因素，在2014年機組檢修中，將ETS保護電源裝置電源模塊更換為臺灣地區的明偉SDR-240-24模塊。該電源模塊采用道軌安裝技術，通過端子排硬接線，杜絕了原電源裝置的插針接觸不良引起的輸出斷路問題。該新電源裝置有如下特點：

(1) 2路輸入交流電源可自動切換，切換時不會引起ETS異常動作；

(2) 2個直流24 V DC直流開關電源模塊A，B組成1+1冗余模式，任一電源電壓低于20 V或高于30 V時，電源裝置報警；

(3) 2個直流24 V DC電源模塊A，B通過冗余模塊DR-RDN20輸出(見圖1)，該冗余模塊可將24 V DC電源模塊A，B的輸出經1對二極管相互反向截止后并聯，輸出1路24 V DC電源至ETS保護控制柜。

圖1 新電源的裝置示意

(4) 2路交流電源中任一路失去，或A，B任一24 V DC電源模塊出現故障，都不影響ETS正常工作，提高了控制柜I/O卡件主板電源的可靠性。

5.2 加強備品備件管理

熱控人員應加強對熱控系統設備的電源、控制卡件備品備件的管理工作。驗收備品備件時，應要求廠家提供使用備件的壽命或建議使用周期。對大修周期的設備，必須做好設備劣化趨勢評估。

5.3 強化技術培訓

加強專業技術培訓力度，提高員工的實際技能水平和處理缺陷能力。利用“走出去”制度，到設備廠家加強學習或聘請專家進廠授課，安排技術人員參加專業研討會強化培訓效果，提高員工的設備檢修維護能力。