300MW機組凝汽器水位高保護動作停機分析

揭其良 郭軼娜 紀斯宇 姜鵬 張嵩

摘要：某電廠300 MW機組1號循環水泵跳閘，出口液控門出現故障未關閉，導致凝汽器水位高保護動作，汽輪機跳閘。究其原因是1號循環水泵啟動后在出口液控門開啟過程中，關定位滑塊受異常外力作用發生偏轉，未跟隨開度電位器轉動并偏離原位，此時關位置信號定位滑塊一直與關位置信號反饋行程開關接觸，關位置行程開關一直被觸發，據此提出了解決方法及預防措施，為發電機組的非停調查提供了參考。

關鍵詞：凝汽器水位;汽輪機;循環水泵;保護跳閘

0 引言

某電廠汽輪機兩個低壓缸的排汽分別進入兩個噴射式凝汽器中，直接與空冷塔返回的低溫冷卻水接觸，混合后的水一部分經凝結水泵送到汽輪機回熱系統加熱作為鍋爐給水，其余的水由兩臺50%出力的循環水泵送至空冷塔下部進入三角形散熱器，由空冷器進行自然冷卻。冷卻柱外側裝有百葉窗，通過調節百葉窗開度大小可控制通風量，控制冷卻柱性能，當環境溫度較低時，關閉百葉窗，以防冷卻柱凍壞。

凝汽器內的水通過兩臺循環泵送至空冷塔冷卻后，經節流閥返回兩個凝汽器，這樣就形成了封閉的水路。系統中設有兩個儲水箱，可容納全部散熱器的放水量。儲水箱中的水可通過兩臺輸送泵向冷卻水系統補水。同時，當凝汽器水位過高時，輸送泵也能向儲水箱排水。

該電廠DCS采用國電南自的TCS3000控制系統，該系統由冗余的分散處理單元（DPU）、數據通信系統和人機接口等部分組成。

1 事件經過

2020-06-05T02：00，機組負荷190 MW，真空度-66 kPa。2號給水泵、2號凝結水泵、2號循環水泵運行，1號循環水泵備用，凝汽器水位1 770 mm。

02：06：18，機組升負荷，單臺循環水泵運行，機組真空度偏低，滿足1號循環水泵啟動條件;啟動1號循環水泵，出口液控門聯開，檢查電流，出口壓力、流量正常，開啟A7閥，出口液控門關位置信號未消失。

02：06：35，1號循環水泵跳閘，出口液控門開位置、關位置信號同時存在（實際已全開），閥門發出故障信號。關位置信號一直存在，手操器“關”按鈕顯示為灰色，DCS無法操作將其關閉，切換至“測試位”依然無法關閉，手動關閉入口電動門，聯系巡檢就地關閉出口液控門。

02：07：25，“凝汽器水位高Ⅰ值、高Ⅱ值信號同時存在”，保護動作，汽輪機跳閘，聯跳鍋爐和發電機。

02：07：33，1號循環水泵入口電動門關到位（關閉時間49 s）。

02：09：00，汽輪機重新掛閘，恢復并網。

2 檢查情況

2.1? ? 間接空冷系統

凝汽器中的水大部分由循環水泵抽出并流入間冷塔，由于1號循環水泵出、入口門均在開啟位置，并且循環水泵在停運狀態，這樣就形成一個通路，2號循環水泵工作抽出的水由這個通路倒流入凝汽器中。汽輪機跳閘時，凝汽器水位高引起機組跳閘。

2.2? ? SOE記錄情況

現場檢查SOE記錄，1號循環水泵跳閘及機組跳閘信號均正確。

2.3? ? 保護動作及邏輯檢查

2.3.1? ? 保護動作情況

（1）1號循環水泵跳閘需滿足兩個條件：

1）1號循環水泵運行且延時15 s。

2）出口液控門全關位與出口液控門開位置信號進行邏輯“非”運算，延時30 s。

上述兩個條件均滿足，保護裝置動作。

（2）汽輪機跳閘：凝汽器液位高Ⅰ值、高Ⅱ值信號同時存在，保護動作正確。

（3）汽輪機跳閘聯鎖鍋爐MFT，發電機跳閘，保護動作正確。

2.3.2? ? DCS中1號循環水泵出水液控門邏輯設置情況

在DCS控制系統中，1號循環水泵出口液控門手操器如果存在閥門開位置信號或關位置信號，手操器內部邏輯默認為閥門在開啟或關閉狀態，將不允許手操器對閥門發出相應的指令。本次事件中，開位置和關位置信號同時存在，手操器不允許再發出開、關指令，這也就是運行人員當時在DCS中無法操作關閉閥門的原因。

2.4? ? 現場檢查情況

2.4.1? ? 1號循環水泵操作記錄

2020-06-04T20：29：52，1號循環水泵出口液控門發出關閉指令;20：30：04，關位置行程開關信號被觸發;20：30：10，1號循環水泵停運。

2020-06-05T02：06：19，1號循環水泵發出啟動指令;02：06：33，1號循環水泵出口液控門到達75°位置;02：06：35，1號循環水泵跳閘;02：06：37，1號循環水泵出口液控門全開;02：23：56，熱工人員將1號循環水泵出口液控門切至就地位，手動關閉;02：24：17，1號循環水泵出口液控門全開位與全關位信號同時消失;02：24：24，1號循環水泵出口液控門全關，熱工人員將1號循環水泵出口液控門切至遠方位。

2.4.2? ? 工作票情況

現場查閱缺陷臺賬和工作票臺賬，并與現場人員溝通，事件發生前，缺陷臺賬中沒有循環水泵出口液控門故障記錄，循環水泵以及出口液控門工作正常。

2.4.3? ? 1號循環水泵出口液控門現場檢查情況

就地檢查發現，1號循環水泵出口液控門關定位滑塊位置發生變化，偏離原位（開度電位器上有1/4圈明顯劃痕，滑塊滑動約90°），閥門處于全開狀態時，開度電位器上的閥門關定位滑塊與閥門關反饋行程開關未脫開，閥門全開、全關位置反饋信號同時存在，DCS無法操作。

事件發生后，經人員巡檢就地關閉閥門后發現，原本關定位滑塊正確位置應在最上方，與開定位滑塊成90°左右，而實際關定位滑塊位置向順時針方向發生了偏移，與開定位滑塊成接近180°，開、關反饋觸點成180°布置，閥門處于開啟位置時，正好同時觸發開位置和關位置信號。

凝汽器中的水大部分由循環水泵抽出并流入間冷塔，由于1號循環水泵出、入口門均在開啟位置，且循環水泵在停運狀態，這樣就形成一個通路，2號循環水泵工作抽出的水由這個通路倒流入凝汽器中。

3 原因分析

由于1號循環水泵出口液控門開度電位器上的關定位滑塊受異常外力作用，偏離原位，在閥門開啟過程中，關反饋行程開關未脫開，閥門已全開，但DCS顯示開、關反饋同時到達，15 s后1號循環水泵聯鎖跳閘。

1號循環水泵跳閘后應聯跳關出口液控門，但此時閥門關位置行程開關因故障而錯誤觸發（出口液控門實際為全開狀態），不再發出關閥門指令，2號循環水泵出口本應去間冷塔的循環水從1號循環水泵返回到凝汽器，造成凝汽器水位快速上升至高Ⅱ值，保護動作，3號機組跳閘。本次事件致因因素如圖1所示。

3.1? ? 機組停機原因

汽輪機跳閘原因為“凝汽器液位異?！?。由于1號循環水泵跳閘后出口液控門全開，入口電動門也全開，出、入口同時開啟，且泵在停運狀態，這樣就會形成一個通道，2號循環水泵出口本應流入間冷塔進行冷卻的水，順著1號循環水泵的通路倒流入凝汽器中，運行人員手動關閉入口電動門，由于入口電動門行程較長，關閉時間為49 s，循環水泵流量為14 000 t/h，短時間內大量循環水進入凝汽器，凝汽器水位高，保護動作，引起汽輪機跳閘聯鎖鍋爐MFT、發電機解列。

3.2? ? 1號循環水泵跳閘原因

1號循環水泵運行15 s后，如果出口液控門仍然處于全關位置，且出口液控門全開位置信號未消失，則延時30 s跳閘循環水泵。

3.3? ? 1號循環水泵出口液控門關位置信號未消失以及DCS無法操作的原因

1號循環水泵出口液控門開度電位器上的關定位滑塊偏離原位，在閥門開啟過程中未與關反饋行程開關脫開，導致出口液控門開位置、關位置信號同時被觸發;DCS邏輯中出口液控門關反饋信號存在，導致停泵不再發出關門指令，同時DCS畫面中顯示為關閉狀態，手操器“關”按鈕為灰色，無法操作將其關閉，導致泵停運后出口門實際處于全開狀態。

3.4? ? 1號循環水泵出口液控門關位置滑塊偏離原位的原因

根據電廠人員描述及現場檢查情況分析，1號循環水泵啟動后在出口液控門開啟過程中，關定位滑塊受異常外力作用發生偏轉，未跟隨開度電位器轉動并產生相對滑動（偏離原位），此時關定位滑塊始終與關反饋行程開關接觸，關位置信號一直被觸發。閥門全開后，開定位滑塊與開反饋行程開關接觸，觸發開位置信號，此時出口液控門全開，開位置和關位置信號同時被觸發。出口液控門就地手動關閉時，異常外力消失，關定位滑塊跟隨開度電位器轉動，偏離工作位置，開位置和關位置信號同時消失。異常外力的產生不排除異物卡住關定位滑塊的可能，其他原因無法查證。

4 暴露的主要問題

（1）日常巡檢質量不高。人員未嚴格按規程執行，主要輔機設備啟停操作時，對設備及附屬裝置現場檢查不全面，就地人員在閥門異常狀態下未能及時發現問題。

（2）循環水泵出口液控門聯鎖邏輯設置不合理。跳泵邏輯中出口液控門開位置信號進行邏輯“非”運算，并且延時30 s的限制條件設置不合理;聯鎖關門的指令不應該經過手操器。

5 結語

針對本次事件的原因分析及暴露出的問題，我們提出了如下解決方法及預防措施：

（1）將1號循環水泵出口液控門關定位滑塊螺絲松開后，恢復至原位并緊固，就地、遠方操作閥門正常;梳理排查現場各遠控閥門的限位開關，未發現異常;兩個主汽門自然冷卻后，操作恢復正常。

（2）提高設備日常巡查質量。進一步優化完善就地檢查人員的檢查內容和要求，加強現場生產管理以及設備日常維護，細化定期維護項目的內容和標準。

（3）建議對循環水泵出口液控門聯鎖邏輯進行優化：在操作員站上增加出口液動閥緊急開、關按鈕，按鈕指令不通過手操器，直接發到開關指令輸出通道;刪除原邏輯中出口液控門開位置信號進行邏輯“非”運算并延時30 s的限制條件;聯鎖關門的指令全部不經過手操器，直接將指令發到開關指令輸出通道。

收稿日期：2020-06-26

作者簡介：揭其良（1979—），男，江西上饒人，碩士研究生，高級工程師，從事發電廠熱工自動化研究與應用工作。