300MW 機組電跳機保護拒動原因分析及解決方案

葉春明，李勇，孫道陽，張國亮，姚從輝

（華能聊城熱電有限公司，山東聊城，252041）

0 前言

在300MW 火電機組中，電氣保護與熱工保護有比較復雜的聯系，有不同的聯鎖方式進行跳閘，比如主汽門關閉后由熱工保護聯跳電氣設備，電氣方面也有發變組保護電跳機出口聯關主汽門功能，電氣保護裝置出口方式多且復雜，不易分辨出故障時刻是哪個保護出口聯關的主汽門，并且出口繼電器的時間也會根據不同的保護裝置而有較大差異，一旦設置不當或者有設計性錯誤，會導致主汽門不能及時關閉，可能造成汽輪機超速的事故發生。因此做好電氣保護與熱工保護之間的配合，并且進行詳細的試驗，確定動作行為是否與設計一致，是避免事故發生的主要手段。

1 事件經過

某火電廠發變組保護裝置配置為南瑞繼保公司生產的兩套PCS-985A 和一套PCS-974A 非電量保護裝置，發變組保護裝置A、B 柜屬于雙重化配置，配置PCS-985 裝置，C 柜配置一套PCS-974A裝置。A、B、C 三套保護裝置均配置了電氣設備跳閘后出口送至ETS 系統，實現聯關主汽門的功能。其中發變組保護A、B 柜反應的電氣故障多達二十余種，如“發變組差動、發電機差動、高廠變差動”等等，均可聯關主汽門，C 柜也有數十種保護可以聯關主汽門。熱工專業進行DCS 系統改造，ETS系統由PLC 獨立裝置改為DCS 廠家統一配置，實現DCS、ETS一體化，在改造結束進行開關傳動試驗過程中，驗證發變組保護C 柜中的“發電機斷水”保護啟動電跳機出口、ETS 系統動作關閉主汽門的功能，發現三次試驗均未能將主汽門關閉，并且在ETS 控制邏輯中未檢測到該DI 量的變化，說明“發電機斷水”保護動作出口不能正常實現聯關主汽門的功能，一旦在事故情況下將會造成主汽門關閉不及時，導致汽輪機超速的事故發生。

2 原因分析及處理

為查明ETS 拒動、主汽門不能關閉的原因，技術人員對發變組C 柜啟動跳閘至ETS 系統DI 點以及經邏輯運算后的DO 點進行了排查，跳閘邏輯圖如圖1 所示，該邏輯圖為發變組保護C 柜接收到非電量保護開入量至主汽門關閉的整個流程。

圖1 發變組C 柜關主汽門邏輯圖

根據主汽門跳閘邏輯圖進行排查，因ETS 系統關閉主汽門的邏輯有多個輸入通道，比如發變組A、B、C 柜主保護、DEH110%超速、潤滑油壓低、手動停機等多達十七個保護可以關閉主汽門，而在做其他試驗時均可正確關閉主汽門，可以初步判斷ETS 系統邏輯以及出口回路是正常的，問題只能發生在“發變組C 柜跳閘出口”至“熱工ETS 系統DI 板卡”前四個環節中，首先排查的是發變組保護C 柜跳閘出口是否發出跳閘脈沖。

該廠采用的發變組C 柜保護裝置為PCS-974A型保護裝置，該裝置可接受十六路非電量保護，前三路具有延時跳閘功能，可根據保護功能進行時間設置，后十三路為直接跳閘功能，其區別在與前三路接收到開入量之后，需要啟動DSP 內部邏輯運算功能，再由重動繼電器動作啟動跳閘出口，該出口只保持200ms(1)。非電量保護動作原理圖如圖3-2 所示。例如當“發電機斷水”保護啟動后，外部開入8ZD3 與8ZD7 之間的接點閉合，啟動J2 繼電器，J2 繼電器動作觸發光耦繼電器，再經過DSP 邏輯運算啟動重動繼電器YJ2，該YJ2 繼電由程序設定只保持200ms 的脈沖，并由YJ2 繼電器啟動跳閘矩陣將TJ1、TJ2、TJ3、TJ4 出口繼電器啟動，外經保護出口經壓板去各設備的跳閘回路，例如電跳機的接點是由圖2 中TJ3-1 接點閉合導通8CD9、8CD45 實現的。

為了測試發變組保護C 柜跳閘出口是否動作及脈沖時間，將TJ3-1 接點連接測試電纜敷設至故障錄波器開關量采集端子，模擬“發電機斷水”保護啟動跳閘出口接點，經過四次試驗，故障錄波器實測動作時間均為200±1ms，圖3 顯示為其中一次錄波器實測接點動作時間為200.9ms，證明該接點在“發電機斷水”保護動作后正確閉合，并且脈沖時間與說明書一致，符合設計，可以排除發變組保護C 柜動作后未出口的故障。

圖3 實測TJ3-1 動作脈沖時間

下一步就是排查“熱工ETS 系統DI 板卡”是否能接受該接點，該接收點為ETS 系統DI 板卡K-DI11 的第十四路通道，經過在發變組C 柜端子排8CD9、8CD45 處將外部接線進行手動短接，觀察通道隨短接試驗發生了變位，可以排除接線錯誤和ETS 系統DI 板卡故障的原因。經過上述兩個試驗，可以確定ETS 系統可以接受短接試驗發過來的脈沖，但是收不到發變組C 柜發出的跳閘脈沖，其區別就是短接試驗的脈沖是人為短接，脈沖時間長，而發變組C 柜發出的跳閘脈沖只有200ms，時間遠遠小于短接試驗的時間，問題就在這個跳閘脈沖時間上。

經過對熱工ETS 系統板卡參數進行檢查，該通道的濾波參數一項內設置有“無通道濾波5ms”、“快速通道濾波200ms”和“慢速通道濾波2300ms”的選項，實際應用中選取的是“快速通道濾波200ms”這一選項，查看該ETS 系統說明書可知該選項的作用是DI 點接收到200ms 之內的脈寬信號后判定為無效接點，只有脈寬超過200ms 才會判定為有效脈沖(2)，該通道濾波參數設置的目的是防止DI 量誤動或者接點抖動導致設備誤動的情況，經過該延時可以有效防止干擾對設備的影響。因此發變組保護C 柜跳閘出口如果僅僅維持200ms 那將正好落在通道濾波時間判定點上，無法有效驅動DI 點。

為了測試在該設置下跳閘脈沖持續多久可以讓ETS 系統判定接點有效，對其做了以下試驗，因發變組保護C 柜用戶無法自行調整脈沖時間，所以利用發變組B 柜“發變組差動跳閘”保護功能進行試驗測試，該保護的脈沖時間可以設置為200ms 及以上，利用故障錄波器采樣的精確性可以記錄跳閘脈沖的時間，同時觀察ETS 系統是否接收到脈沖量，通過發出不同的脈沖時間進行對比，試驗數據如表1 所示，通過該實驗可以明確看出，在故障時長小于70ms 及以下時，因保護裝置DSP 邏輯運算固有時間，不同的故障時長下跳閘脈沖時間一律為198±1ms，ETS 系統無法收到該脈沖；延長故障時間在跳閘脈沖時間小于218ms 時，ETS 系統無法接收到有效脈沖，無法啟動邏輯運算關閉主汽門；只有當脈沖時間超過218ms 時，ETS 系統才首次接收到該脈沖，繼而進行內部邏輯運算，發出關閉主汽門命令。由此可以得出以下結論，當把通道的濾波參數設置為“快速通道濾波200ms”時，ETS 系統只有接收到脈沖時間長于218ms 及以上時，判定該DI 點為有效點，啟動邏輯運算并發出關主汽門命令。當把濾波參數設置為“無通道濾波5ms”之后再進行該試驗，可以看到因該設置的改變，ETS 系統接收有效脈沖時間也發生了變化，在198ms的脈沖下即可判定為有效脈沖，系統內執行邏輯運算。

經過上述工作，基本原因已經確定，就是發變組C 柜跳閘脈沖時間與ETS 系統DI 板卡的濾波參數設置不匹配，導致在該濾波時間內無法判定該跳閘接點的有效性。處理方式有兩種，一種是將ETS 系統通道的濾波時間設置為“無通道濾波5ms”，在低于200ms 的脈沖下可靠動作；另一種是加長發變組C 柜跳閘脈沖時間，該設置用戶無法自行修改，經與廠家進行溝通，可以根據該情況進行程序修改，將發變組C 柜具有延時功能的非電量跳閘脈沖由200ms 調整為300ms，并將修改完的程序進行了入網測試，取得入網許可后進行了相應修改，經試驗確定可以正常啟動ETS 跳閘功能。因發變組保護A、B 柜亦有與ETS 系統配合的跳閘出口，根據實測時間將A、B柜的延時脈沖由140ms 改為240ms，確保在最快速的保護功能下（差動保護）仍能可靠觸發ETS 系統。

3 結論

本文分析了一起傳動試驗中主汽門拒動的事件，通過事件分析，發現了該異常事件的原因，并提出了解決問題的方法：修改熱工ETS 系統的通道濾波參數或者修改發變組保護裝置跳閘脈沖時間，使其在時間上能夠滿足配合要求；本機組采取的修改發變組保護裝置內核程序，延長跳閘脈沖時間，該解決方案在同類型機組中具有一定的推廣意義。雖然本次事件沒有造成設備損壞，但也給我們敲響了警鐘，首先針對開關傳動試驗要做細致，投入的保護功能要與動作行為一致方可認為試驗正確，而不能只看動作結果；其次需要加強對設備的學習，特別是異常狀況下設備的特性，只有全面掌握了設備特性，才能與其他設備正確配合，做到不拒動不誤動。