給水泵汽機轉速信號跳變的分析及處理

時標，孫魏

（華能金陵發電廠，南京215004）

給水泵汽機轉速信號跳變的分析及處理

時標，孫魏

（華能金陵發電廠，南京215004）

對華能金陵發電廠2號機組2B給水泵汽機跳閘原因進行分析，發現西門子DCS系統（T3000）的轉速測量卡與CPU在某些情況下會發生通信故障，從而引起轉速信號跳變，造成設備跳閘。對隨后開展的T3000控制系統升級維護、給水泵汽機超速保護邏輯和轉速控制邏輯優化措施做了詳細介紹，并對遺留問題進行了探討。

給水泵；跳閘；轉速信號；T3000；通信故障

1 給水泵汽機超速保護系統

華能金陵發電廠2號機組MEH（給水泵汽機電液調節系統）和METS（給水泵汽機緊急跳閘系統）集成在機組DCS（分散控制系統）內，控制系統采用德國西門子SPPA－T3000現場總線型分散控制系統，由西門子電站自動化有限公司設計生產，控制器采用冗余配置，現場設備采用現場總線和常規控制相結合的方式來實現。

每臺給水泵汽機配置5路轉速測量探頭，轉速探頭采用EPRO公司生產的磁阻式轉速探頭，轉速處理模塊采用BRAUN公司生產的超速保護模塊D521，1個轉速探頭對應1個超速保護模塊。超速保護模塊采用直流24 V供電方式，電源取自冗余24 V電源處理模塊。超速保護模塊D521可同時輸出脈沖信號、模擬量信號及繼電器接點信號，輸出脈沖頻率與輸入頻率完全相同，可選20 mA/10 V模擬量輸出，最多可選4個接點輸出。給水泵轉速信號經超速保護模塊D521處理后，以脈沖量方式送入DCS控制器，每臺給水泵配置3塊轉速測量模塊FM350，其中給水泵轉速1、轉速4送入轉速輸入模塊1，轉速2、轉速5送入轉速輸入模塊2，轉速3送入轉速輸入模塊3，轉速輸入模塊3通道2備用（已組態，未接線），轉速輸入模塊FM350分別布置在不同ET200M子站中，符合分散布置原則。汽動給水泵轉速1、轉速2、轉速3在DCS中分別進行超速保護判斷后輸出超速保護信號（保護定值：6 300 r/min），經三取二保護邏輯觸發超速保護動作，經三取中處理模塊輸出值做轉速閉環調節，測量原理如圖1所示。

2 給水泵汽機跳閘經過

某日16∶34，2號機組負荷818 MW，給水泵汽機2A和2B運行，磨煤機A，B，C，D，E，F運行，2號機給水泵汽機2B跳閘時刻為16∶34∶47，

首出為“超速保護動作”，機組RB動作正常，聯鎖跳閘磨煤機A，B及C，燃料量減至176 t/h，爐膛負壓最大至－600 Pa，省煤器入口給水流量降至1 700 t/h，蒸氣過熱度最高到70℃，主汽蒸氣壓力降至13.6 MPa，負荷減至515 MW，主再熱汽溫未出現超溫現象。給水泵汽機2B跳閘前后相關參數歷史趨勢如圖2所示。

圖1 給水泵汽機轉速測量原理

圖2 給水泵汽機2B跳閘曲線

從圖2可以看出，給水泵汽機跳閘前，給水泵汽機2B低壓調門指令為50%、閥門反饋45%，汽泵2B給水流量1 210 t/h，給水泵轉速指令4 973 r/min，實際轉速4 916 r/min，數值穩定。16∶34∶45，給水泵汽機2B轉速探頭1顯示“U4970”，給水泵汽機2B轉速變“B”點（壞質量點）；16∶34∶47，給水泵汽機2B轉速突變為“2147480”，給水泵汽機ETS跳閘指令發出，閥位指令突降到0；至16∶34∶48，給水泵汽機2B低壓調門閥位反饋到0，轉速降到4 766 r/min，給水泵流量降到946.7 t/h，此后給水泵汽機2B惰走正常。

3 給水泵汽機跳閘原因分析

查詢DCS報警記錄和相關歷史趨勢，結合轉速異常曲線（如圖3所示），發現給水泵汽機2B跳閘前機組運行穩定，出力為1 150 t/h，轉速穩定在4 970 r/min左右，系統無異常，運行人員無相關操作；16∶34∶45起，給水泵汽機2B 1－5轉速信號出現異常；16∶34∶45.168，轉速2、轉速5變為“B”點，轉速值仍在4 970 r/min；16∶34∶45.578，轉速1，4，3也變為B點，其中和轉速3在同一轉速卡件FM350上的備用轉速通道輸出值也變為B點；16∶34∶46.750，轉速2，5，3突變到2 147 480 r/min（轉速替代值）；16∶34∶47.113，給水泵汽機2B因超速保護動作跳閘，0.5 s后轉速恢復正常并緩慢下降。

圖3 給水泵汽機2B轉速異常曲線

給水泵汽機2B跳閘后的運行過程顯示，跳閘是由于給水泵汽機轉速信號異常造成的，而導致轉速信號異常的原因可能有轉速測量探頭故障、超速保護卡D521故障或其電源異常、信號干擾、DCS系統數據采集異常等。隨后開展事故調查和試驗，排查可能引起轉速信號跳變的因素。

（1）轉速測量探頭故障。

就地轉速探頭、汽機電子間檢查給水泵汽機2B轉速探頭、2號機汽機電子間轉速模塊D521均未發現異常。5路轉速測量裝置在短時間內同時故障的可能性幾乎不存在，且給水泵汽機2B重新啟動后轉速信號測量正常，因此可以排除轉速測量探頭故障導致轉速信號異常的可能。

（2）超速保護卡D521故障。

對超速保護卡D521進行電源中斷試驗，DCS系統顯示給水泵汽機轉速直接下降到0，沒有出現轉速信號增大的情況，現場超速保護卡D521電源回路接線緊固，且和轉速3在同一轉速卡件FM350上的備用轉速通道輸出值也變為B點，因此判斷不是超速保護卡D521異常導致給水泵汽機轉速突增。

（3）干擾信號串入測量回路。

詢問運行人員得知，故障發生時給水泵汽機2B附近及汽機電子間無人員在工作，也無設備啟停操作。通過在就地轉速探頭處及DCS機柜處用對講機做射頻干擾試驗，給水泵汽機轉速信號輸出正常無變化，且當時運行人員未進行大的電氣設備操作，現場無電焊等作業，未在就地探頭及電子間使用對講機等無線通信裝置，因此干擾信號串入引起轉速突增的可能也可排除。

（4）DCS系統數據采集異常。

至此，基本可以判斷DCS系統數據采集異常是導致此次給水泵汽機2B跳閘的直接原因。通過對相應控制器的診斷信息檢查發現：08∶34∶43.497（控制器和操作員站時鐘均取自控制系統主時鐘模塊，即格林威治時間，控制器中時鐘未調整，操作員站中時鐘已調整到北京時間，因此存在8個小時的時差，上述控制器時間對應北京時間16∶34∶43.497），AP218控制器報“Module problem or maintenance necessary”；08∶34∶45.071，控制器發出“Module/Interface Module removed/cannot be addressed”，對應子站地址為6，隨后控制器發“I/ O access error when updating the process image input table entering state”報警。

從報警信息看出，控制器CPU在和子站進行數據讀取時無法訪問轉速輸入模塊FM350，在進行多次訪問失敗后，用默認值2 147 480 r/min代替給水泵汽機實際轉速，當對3個轉速輸入模塊FM350進行讀取都出現上述故障時，造成轉速信號采集異常，引起給水泵汽機2B超速保護動作。南京西門子公司技術人員通過現場檢查，發現DCS控制器固件版本較低，存在一定的安全隱患，在極少數情況下會造成控制器與下層模件數據讀寫異常，建議對DCS控制器固件版本進行升級。

4 采取的優化措施

在確認轉速卡與控制系統CPU之間的通信故障引發給水泵汽輪機轉速信號跳變后，為了避免類似的保護誤動再次發生，除了對DCS控制系統的固件版本進行升級外，還對給水泵汽輪機超速保護回路中的轉速信號進行優化組合，并將超速卡中的轉速信號以4～20 mA方式送至DCS。

具體的優化措施如下：

（1）為了從根本上解決DCS控制器和下層模塊數據讀寫存在的隱患，安排在機組檢修期間對機組DCS控制器固件版本進行升級，提高DCS系統可靠性。

（2）對給水泵汽機超速保護回路進行完善，避免因給水泵汽機轉速信號采樣異常導致超速保護誤動。具體措施為：在給水泵汽機超速保護卡D521中對轉速信號進行判斷，當轉速大于6 300 r/min時，輸出給水泵汽機超速保護動作開關量信號到DCS，在DCS中和該路轉速模擬量判斷后的超速跳閘信號相與，再經過三取二保護邏輯觸發給水泵汽機超速保護動作，給水泵超速保護跳閘原理如圖4所示。

（3）優化給水泵汽機轉速控制回路，防止因給水泵汽機轉速信號采樣異常導致轉速信號突變，引起機組給水調節異常波動，即當給水泵汽機三取中轉速信號大于6 000 r/min時退出轉速自動調節，切換到給水泵汽機調門閥位開環控制，維持機組給水正常。

5 結論

經采取上述防范措施后，有效避免了因DCS轉速采集值跳變引起給水泵汽機跳閘或自動調節異常的情況，但并沒有從根本上解決送至DCS的給水泵汽機轉速信號突變的問題。2015年6月10日，2號機給水泵汽機2B測量轉速突變到2 147 480 r/min（轉速替代值），過程和現象與第一次給水泵汽機RB時一致，由于采取了相應防范措施，未對給水泵汽機運行造成影響。現已經聯系西門子廠家協助分析，以便徹底解決給水泵汽機轉速采集異常問題。

從目前情況來看，控制器固件版本升級并沒有徹底解決給水泵轉速采集異常的問題，同時考慮該廠1號機組及2號機組給水泵A也采用了相同的軟硬件配置，并未出現類似問題，2號機組給水泵B出現異常為偶發性異常，因此懷疑為控制器長時間運行后寄存器存儲異常造成，計劃在機組檢修時更換DCS控制器寄存器，同時對寄存器進行初始化并重新裝載。

圖4 修改后的給水泵汽機超速保護控制策略

[1]張華磊，羅志浩.基于熱工控制優化的電泵電流波動問題解決辦法[J].浙江電力，2012（10）∶45－47.

（本文編輯：徐晗）

Analysis and Treatment on Rapid Rotational Speed Signal Change of Steam Turbine for Feedwater Pump

SHI Biao，SUN Wei
（Huaneng Jinling Power Plant，Nanjing 215004，China）

The paper analyzes the trip reason of steam turbine for feedwater pump 2B in Huaneng Jinling Power Plant.It is found that faults in certain instances occur in the communication between rotational speed measurement card of DCS（T3000）manufactured by Siemens and CPU，which result in rapid change of rotational speed and the consequent trip.The paper expounds upgrading and maintenance of T3000 distributed control system as well as methods for overspeed protection logic and rotational control logic optimization;in addition，it also discusses the remaining issues.

feedwater pump；trip；rotational speed signal；T3000；communication fault

TK267

：B

：1007－1881（2016）04－0050－04

2016-01-14

時標（1979），男，高級工程師，從事發電廠熱控技術管理工作。