200?MW機(jī)組空冷系統(tǒng)熱工保護(hù)的改進(jìn)

秦治國

(國電電力發(fā)展股份有限公司大同第二發(fā)電廠，山西 大同 037043)

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200?MW機(jī)組空冷系統(tǒng)熱工保護(hù)的改進(jìn)

秦治國

(國電電力發(fā)展股份有限公司大同第二發(fā)電廠，山西 大同 037043)

〔摘 要〕介紹了某電廠對2臺200 MW空冷機(jī)組空冷系統(tǒng)熱工保護(hù)的改進(jìn)工作。通過采取改進(jìn)控制電源、凝汽器水位保護(hù)、系統(tǒng)總流量測量、水輪機(jī)與A7閥增加閥位等措施，完善了機(jī)組空冷系統(tǒng)的熱工保護(hù)功能，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

〔關(guān)鍵詞〕空冷機(jī)組；空冷系統(tǒng)；熱工保護(hù)；改進(jìn)

0　引言

某發(fā)電廠位于缺水嚴(yán)重的北方地區(qū)，總裝機(jī)容量6×200 MW，為國產(chǎn)第1批200 MW空冷機(jī)組，其中5，6號機(jī)組配備匈牙利生產(chǎn)的海勒式空冷系統(tǒng)。5號機(jī)于1987年12月投產(chǎn)，6號機(jī)于1988年11月投產(chǎn)。投產(chǎn)以后，由于機(jī)組空冷系統(tǒng)在熱工保護(hù)回路設(shè)計(jì)方面的缺陷及實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的不同，曾多次發(fā)生機(jī)組非正常停運(yùn)及降出力事故。

根據(jù)5，6號機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生的故障和暴露的技術(shù)問題，結(jié)合機(jī)組運(yùn)行過程中積累的經(jīng)驗(yàn)，逐步改進(jìn)、完善了空冷控制系統(tǒng)的主要保護(hù)功能。改進(jìn)后，機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性得到了大幅提升。在近幾年空冷機(jī)組過冬防凍和迎峰度夏及長周期運(yùn)行期間，未發(fā)生一起因空冷系統(tǒng)熱工保護(hù)誤動或拒動而造成的停機(jī)事故及限負(fù)荷事件，熱工保護(hù)的改進(jìn)收到了明顯的成效。

機(jī)組的空冷系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　機(jī)組空冷系統(tǒng)

1　24 V DC控制電源改進(jìn)

在空冷系統(tǒng)中，熱工控制電源24 V DC負(fù)責(zé)為系統(tǒng)輸入信號和輸出指令提供電源。當(dāng)電源出現(xiàn)故障異常時，系統(tǒng)既無法采集到輸入信號，又無法輸出正確指令，空冷系統(tǒng)將完全癱瘓。原220 V AC/24 V DC電源轉(zhuǎn)換器只采用從6號機(jī)6B段單獨(dú)引來的1路220 V AC電源供電，且輸出只有1 路24 V DC電源。此設(shè)計(jì)缺陷是：在輸入電源故障或電源轉(zhuǎn)換器故障時， 將失去24 V DC電源，中斷系統(tǒng)的正常供電，電源故障易擴(kuò)大為停機(jī)事故。

為此，在原有基礎(chǔ)上，再增加1個電源轉(zhuǎn)換器，從4號機(jī)4A段引1路220 V AC電源作為輸入電源，再把2路24 V DC電源并聯(lián)輸出(見圖2)，實(shí)現(xiàn)了電源的冗余配置，提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖2　24 V DC控制電源改進(jìn)

2　水輪機(jī)與A7節(jié)流閥閥位指示改進(jìn)

水輪機(jī)(WT)與A7節(jié)流閥是空冷控制系統(tǒng)的重要設(shè)備，通過二者閥位開度調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。在原系統(tǒng)中無水輪機(jī)、A7節(jié)流閥閥位開度指示，當(dāng)系統(tǒng)壓力變化時無法準(zhǔn)確掌握水輪機(jī)及A7節(jié)流閥閥位開度。在緊急狀態(tài)手動調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力時，由于閥位開度滯后于系統(tǒng)壓力變化，可能造成壓力過調(diào)，增加了系統(tǒng)的不安全性。

為此，在水輪機(jī)(WT)與A7節(jié)流閥上安裝閥位變送器，變送器的指示0和100 %分別對應(yīng)閥位的全關(guān)與全開，自動或手動調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力時能看到閥位的實(shí)時開度，并在實(shí)踐中總結(jié)出閥位與系統(tǒng)壓力的對應(yīng)關(guān)系，使系統(tǒng)壓力保持在安全范圍。

3　 凝汽器高、低水位保護(hù)回路改進(jìn)

在空冷系統(tǒng)的凝汽器中，共設(shè)8支干簧管來監(jiān)視8點(diǎn)水位。當(dāng)水位為第1點(diǎn)時，表示凝汽器水位最高，即滿水；當(dāng)凝汽器水位為第8點(diǎn)時，表示凝汽器水位最低，即缺水。上述2種情況分別啟動凝汽器高、低水位保護(hù)，確保設(shè)備和系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2001-06-12，6號機(jī)因凝汽器第8點(diǎn)水位干簧管年久失磁接點(diǎn)誤斷開，造成凝汽器低水位保護(hù)誤動作，導(dǎo)致停機(jī)事故。為降低保護(hù)誤動作幾率，防止類似事故再次發(fā)生，對凝汽器高、低水位保護(hù)進(jìn)行了改進(jìn)(見圖3)。

圖3　凝汽器高、低水位保護(hù)邏輯改進(jìn)

(1)高水位保護(hù)邏輯改進(jìn)：在凝汽器另2個5 m水位處，各加裝1個液位開關(guān)，與原5 m液位開關(guān)一起取得3個液位信號，“3選2”后實(shí)現(xiàn)水位顯示與高水位保護(hù)。

(2)低水位保護(hù)邏輯改進(jìn)：將低8點(diǎn)水位與低7點(diǎn)水位相與后輸出保護(hù)動作接點(diǎn)，即當(dāng)凝汽器水位同時低于第7值及第8值時，空冷凝汽器低水位保護(hù)動作。

4　 水輪機(jī)與A7節(jié)流閥切換回路改進(jìn)

在空冷系統(tǒng)中，由于冷卻三角形頂部與凝汽器之間存在壓差和位差，使一部分能量回收成為可能。為此，在冷卻水主管道上安裝了1臺回收能量的水輪機(jī)(WT)，在水輪機(jī)旁安裝A7節(jié)流閥作為備用。二者聯(lián)鎖邏輯為：水輪機(jī)故障退出運(yùn)行，A7閥開啟；否則將觸發(fā)空冷系統(tǒng)解列，機(jī)組停機(jī)。

2001-06-01，5號機(jī)的水輪機(jī)跳閘后，A7節(jié)流閥未正確聯(lián)鎖投運(yùn)，空冷系統(tǒng)解列，發(fā)生1次非計(jì)劃停用。經(jīng)技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，A7節(jié)流閥的關(guān)中斷接點(diǎn)粘合，即使A7節(jié)流閥打開20 %開度后，該關(guān)中斷接點(diǎn)仍閉合，邏輯經(jīng)一定延時后判定A7節(jié)流閥未打開，引發(fā)空冷系統(tǒng)解列，機(jī)組停用。

針對上述故障，實(shí)施了如下改進(jìn)：將A7節(jié)流閥閥位模擬量4-20 mA信號輸入至PLC中，經(jīng)邏輯比較指令，將5.6 mA(10 %開度)轉(zhuǎn)換為開關(guān)量接點(diǎn)輸出，再與原關(guān)中斷接點(diǎn)相“與”后作為A7節(jié)流閥的關(guān)中斷。當(dāng)聯(lián)啟A7節(jié)流閥時，即使A7節(jié)流閥原關(guān)中斷接點(diǎn)不能可靠斷開，在一定的延時內(nèi)，A7節(jié)流閥能開至20 %開度(7.2 mA，大于10 %開度對應(yīng)的5.6 mA)時，輸出為開關(guān)量1，邏輯仍可判定A7節(jié)流閥打開，空冷系統(tǒng)轉(zhuǎn)為A7節(jié)流閥調(diào)整系統(tǒng)壓力，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5　 空冷系統(tǒng)總壓力控制改進(jìn)

海勒式空冷系統(tǒng)是微正壓循環(huán)，每個扇形段各有1個立管，立管中保持恒定水位，使整個系統(tǒng)保持在一定正壓力之下。散熱器頂部壓力略高于大氣壓力，當(dāng)散熱器損壞時，水會自動噴出，便于檢出故障點(diǎn)并及時處理；同時，也避免空氣泄漏到冷卻系統(tǒng)，造成凝汽器真空惡化。散熱器頂點(diǎn)壓力高低是通過調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)葉開度或節(jié)流閥開度來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)葉開度，同時也控制了進(jìn)入凝汽器的冷卻水壓力。

壓力測點(diǎn)設(shè)在循環(huán)泵出口壓力P1和水輪機(jī)入口壓力P2處(見圖1)。

由圖1可知：

其中：P為系統(tǒng)壓力；Ptop為散熱器頂部壓力；p′為進(jìn)水總管壓力損失；p″為回水總管壓力損失(p′≈p")。因此，泵出口壓力和水輪機(jī)前壓力之和約為散熱器頂部壓力的2倍，可通過調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)葉或A7節(jié)流閥開度來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。A7節(jié)流流與水輪機(jī)并列，互為備用運(yùn)行。

原設(shè)計(jì)為：循環(huán)泵(CWP)出口和水輪機(jī)入口各安裝1臺壓力變送器，2臺變送器將模擬信號送入加法器相加后，作為系統(tǒng)壓力的測量值。但由于采用單一的變送器和MZ系列調(diào)節(jié)器，存在信號采集不準(zhǔn)、調(diào)節(jié)品質(zhì)差、開路時可能過調(diào)或引起機(jī)組故障等缺點(diǎn)。現(xiàn)將其改進(jìn)為：從循環(huán)泵出口的3個壓力變送器取樣，將其轉(zhuǎn)換為4-20 mA電流信號后送入PLC，PLC比較3個信號值后輸出中間值，將其作為循環(huán)泵的出口壓力值；從水輪機(jī)入口3個壓力變送器取樣，將其轉(zhuǎn)換為4-20 mA電流信號后送入PLC，PLC比較3個信號值后輸出中間值，將其作為水輪機(jī)的入口壓力值。依據(jù)以上2個壓力中間值之和來調(diào)整系統(tǒng)壓力，提高了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的可靠性；同時，將MZ更新為可編程A3A調(diào)節(jié)器，具有調(diào)節(jié)靈敏、快速可靠的優(yōu)點(diǎn)，提高了調(diào)節(jié)品質(zhì)。

6　 水輪機(jī)出口水溫度控制改進(jìn)

冬天，為防止冷卻三角形凍壞，需監(jiān)視水輪機(jī)出口溫度并設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)。原設(shè)計(jì)是在水輪機(jī)回水管路上，安裝1只接點(diǎn)式溫度表：當(dāng)出口水溫低于16 ℃時，接點(diǎn)輸出動作。但此設(shè)計(jì)易因線路開路或檢測元件故障而導(dǎo)致保護(hù)誤動作。

改進(jìn)后，在原水輪機(jī)出口管路上增加1處取樣，加裝1只熱電阻測量元件，將溫度模擬量輸入到PLC中，使測量溫度值實(shí)時在系統(tǒng)畫面上顯示，便于運(yùn)行人員對溫度進(jìn)行跟蹤監(jiān)視。當(dāng)出口水溫低于16 ℃時，PLC輸出溫度低報(bào)警、動作接點(diǎn)，與原接點(diǎn)式溫度表接點(diǎn)相與，作為水輪機(jī)出口水溫低的動作判據(jù)。當(dāng)2個出口水溫同時滿足低于16 ℃時，才能使保護(hù)動作，避免因單一檢測元件損壞或電纜接地及短路引起的誤動作。

7　 總流量信號改進(jìn)

系統(tǒng)總流量信號可監(jiān)視系統(tǒng)是否有水，即空冷系統(tǒng)循環(huán)是否處于正常工作狀態(tài)。原設(shè)計(jì)只在扇形段冷卻回水的總管上裝了1個流量開關(guān)作為系統(tǒng)總流量信號，當(dāng)電纜或流量開關(guān)故障時，極易導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)出無總流量信號。

現(xiàn)將其改進(jìn)為：在系統(tǒng)熱水管路(進(jìn)水)上安裝1個流量開關(guān)，在系統(tǒng)冷水管路(出水)上加裝2個流量開關(guān)；每個流量開關(guān)信號單獨(dú)通過1根電纜輸至PLC上3塊不同的I輸入通道板上，邏輯實(shí)現(xiàn)“3選2”后作為系統(tǒng)的總流量，確保流量信號的采集、傳輸及控制的可靠性。

8　 1-6號扇形段分段流量信號改進(jìn)

系統(tǒng)運(yùn)行時，熱水由2臺循泵送入扇形段進(jìn)行冷卻。為了防止冬天冷卻三角形被凍壞，當(dāng)環(huán)境溫度低于5 ℃時，扇形段自動排水，扇形段內(nèi)無水循環(huán)(無流量)。原來只在進(jìn)水管路上安裝了1個流量開關(guān)，不能保證流量的可靠監(jiān)視。現(xiàn)改為在每段熱水管路和冷水管路上各裝1個流量開關(guān)，相互采用“與”邏輯判斷。只有在進(jìn)水處與出水處同時檢測到流量信號時，系統(tǒng)才向PLC發(fā)出分段流量信號。

9　 A103，A104緊急排水閥可靠性改進(jìn)

在空冷塔的6號室內(nèi)，為了保證冷卻水排向儲水箱，A103緊急排水閥接在冷水主管道上，A104緊急排水閥接在熱水主管道上。在緊急情況下，2個緊急排水閥能同時將水排入儲水箱中。

A103，A104緊急排水閥為液壓閥，當(dāng)液壓缸內(nèi)的油壓低于一定值時，A103，A104緊急排水閥會自動打開。為了可靠維持液壓缸內(nèi)的油壓，將其改進(jìn)為：在液壓缸內(nèi)安裝2個壓力取樣器，分別監(jiān)測液壓缸內(nèi)的油壓力。當(dāng)油壓低于15 MPa時，自動聯(lián)啟油泵；當(dāng)油壓升至18 MPa時，自動停止油泵，使油壓保持在15-18 MPa，防止低油壓誤開緊急排水閥。

10　 儲水箱水位采集改進(jìn)

在冷卻系統(tǒng)停運(yùn)時，從扇形段排出的冷卻水排至儲水箱中。機(jī)組啟動時，儲水箱水位要滿足扇形段的充水需要。在系統(tǒng)運(yùn)行時，如果實(shí)際水量比所需水量多，則多余的水量進(jìn)入儲水箱中；如果冷卻系統(tǒng)缺水，則儲水箱會補(bǔ)充系統(tǒng)所需的水量。因此，需對儲水箱水位加以檢測，使其既能滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需求，又有足夠容量容納扇形段的全部排水，確保緊急排水時冷卻塔不至被水淹沒。

原儲水箱水位采用干簧管檢測監(jiān)視。由于儲水箱處于冷卻塔內(nèi)地面下，且水箱中的水溫度較高，故干簧生銹的可能性增加，水位檢測的可靠性下降。為此，將干簧管水位計(jì)全部更換為浮球式液位計(jì)，電源單獨(dú)供電，保證儲水箱水位的正確監(jiān)視。

11　 中間控制柜(N113柜)改進(jìn)

在空冷系統(tǒng)中，PLC輸出指令啟動N113柜內(nèi)的中間繼電器，由中間繼電器控制設(shè)備的運(yùn)行。N113柜內(nèi)有控制繼電器146個，控制電源11路，負(fù)責(zé)控制空冷系統(tǒng)各主、輔設(shè)備的運(yùn)行。當(dāng)5，6號機(jī)投運(yùn)后，由于N113柜內(nèi)線路繁多、標(biāo)志不清，且多次更改后無圖紙資料可查，給設(shè)備維護(hù)與檢修帶來很大不便，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

在2次機(jī)組大修期間，依據(jù)歷史圖紙資料，設(shè)計(jì)并完成了對N113柜的改進(jìn)。改進(jìn)后，電氣與熱工設(shè)備分離，確保各自檢修不發(fā)生誤操作；線路全部重新配接，完成了圖紙的繪制工作，確保工作時有圖可查。

秦治國(1972-)，男，高級工程師，主要從事火電廠熱控管理及維護(hù)工作，email：dtfdqzg@163.com。

作者簡介：

收稿日期：2015-10-12。