某电厂空预器控制柜双路电源切换试验过程中空预器跳闸故障及对策

2010-08-09刘清坡海广星胡小林李兴照宋国锋

电力建设 2010年7期

刘清坡，海广星，胡小林，李兴照，宋国锋

（河南第一火电建设公司调试所，郑州市，450000）

0 引言

回转式空预器是大型火电机组重要的系统设备，它起到改善并强化燃烧、强化炉内辐射传热、减小炉内热损失、降低排烟温度、提高锅炉热效率、干燥燃料等作用。它的跳闸会引起风机跳闸、停炉等恶性事故。因此，为保证空预器的安全、稳定运行，必须保证空预器联锁保护软硬逻辑组态的合理、正确。为检验空预器联锁保护软硬逻辑组态合理、正确，可以进行空预器就地控制柜内双路电源切换试验。在巩义电厂空预器控制柜双路电源切换试验过程中，出现了空预器跳闸故障，以下对其进行分析、探讨。

1 巩义6号机组空预器系统简介

巩义6号机组空预器为LAP10320/1950型三分仓容克式，2台功率相同的主电机，1运1备，分别命名为主、辅电机，主、辅电机均设计有变频器。润滑系统设有1台传动油泵（润滑油泵）电机。在空预器平台安装有电气控制柜，通过控制柜实现对上述3台电机的启停、联锁等控制。

控制柜内有2个总电源开关，控制由保安段送来的2路电源。此总电源分2路，一路供给电机的动力，另一路供给回路控制，动力电源和回路控制电源互不影响，但均受总电源开关的控制。

2 电源切换试验过程及问题描述

在空预器调试过程中，有一项试验为就地电气控制柜内2路总电源切换试验。试验的目的是检验电源系统的稳定性，保证空预器在任何一路电源突然失去的情况下，空预器动力电源和控制电源通过软、硬逻辑切换至另一路，并且主电机、辅电机、传动油泵电机等也通过相应的联锁切换使空预器继续正常运行[1-9]。

在本试验中，出现了以下几种情况。

（1）初始状态：主、辅电源均正常，主电机运行，辅电机停止，传动油泵电机运行；试验过程：将主电源断开；试验结果：主电机停止（且状态变为黄色），传动油泵停止（且状态变为黄色），而辅电机未联锁启动（且状态变为黄色），空预器跳闸。

（2）初始状态：主、辅电源均正常，主电机运行，辅电机停止，传动油泵运行；试验过程：将辅电源断开；试验结果：主电机、辅电机、传动油泵均保持原状，未发生异常。

（3）初始状态：主、辅电源均正常，主电机停止，辅电机运行，传动油泵运行；试验过程：将主电源断开；试验结果：传动油泵停止（且状态变为黄色），辅电机停止（且状态变为黄色），主电机未联锁启动（且状态变为黄色），空预器跳闸。

（4）初始状态：主、辅电源均正常，主电机停止，辅电机运行，传动油泵运行；试验过程：将辅电源断开；试验结果：辅电机停止（状态变为黄色），传动油泵运行，主电机联锁启动成功（实现正常联锁）。

（5）初始状态：主电源断开，辅电源正常，主电机停止，辅电机运行，传动油泵运行；试验过程：将主电源合上；试验结果：传动油泵停止（状态变为黄色），辅电机停止（状态变为黄色），主电机未联锁启动（且状态变为黄色），空预器跳闸。

（6）初始状态：主电源正常，辅电源断开，主电机运行，辅电机停止，传动油泵运行；试验过程：将辅电源合上；试验结果：主电机、辅电机、传动油泵均保持原状，未发生异常。

在上述切换试验中，只有第（2）、（6）项状态未发生变化，第（4）项实现正常联锁启动备用，其余第（1）、（3）、（5）项切换不成功。

3 问题分析

针对上述各项试验，需要根据试验现象，从就地控制柜电气硬回路（硬逻辑）和分散控制系统（distributed control system，DCS）组态（软逻辑）2方面分析。

3.1 硬回路特点

通过分析电气原理图，首先得出硬回路特点，如下：

（1）传动油泵启动反馈信号分别串入主、辅电机的启动和停止控制回路中，即传动油泵启动后才能启动主、辅电机；传动油泵停止后，自动闭合主、辅电机停止控制回路，从而停止主、辅电机。

（2）主电机使用主电源，辅电机使用辅电源，传动油泵电机的工作和控制电源取自通过简单继电器回路切换过的主、辅电源。

（3）传动油泵在主、辅电源切换的过程中，会失电2～3 s。在这个过程中，传动油泵停止，且不能重新自动启动。

主辅电机分别带变频器启动，从启动到已启动信号来时间为10 s。

3.2 ABB控制系统软逻辑相关内容

软逻辑采用ABB控制系统，根据ABB系统设备操作块特点，需对下列内容进行解释。

（1）明确软逻辑涉及到的测点（就地电气控制柜与DCS控制逻辑联络点）。联络点名称分别为：主电机、辅电机和传动油泵电机的启动、停止（DCS输出指令，是DO点）；主电机、辅电机和传动油泵电机的已启、已停（现场输入给DCS的反馈，是DI点）；传动控制1号电源失去、2号电源失去（分别对应于主、辅电源失去，是DI点）。

（2）对试验中出现的黄色状态进行解释。ABB控制系统设备显示有3种状态，正常时已启动的设备状态为红色，停止的设备状态为绿色，还有1种故障状态为黄色。对于ABB设备控制块而言，当设备状态为正常红色或绿色时，可接受联锁启停信号。当设备为黄色状态时，说明当前反馈与上一个指令不一致，存在以下2种情况：

1）当前反馈为停止状态，而上一个指令显示为启动指令，如当正常运行的电机由于就地停电而停运时就会出现这种情况；

2）当前反馈为运行状态，而上一个指令显示为停止指令，如在就地启动的设备，远方指令显示为停止，但反馈状态为运行。

第1种情况，设备操作块只接受联锁停止信号，不接受联锁启动信号；第2种情况与第1种情况正好相反。

明确ABB系统状态变黄时的操作块特点，是以下分析完善软逻辑组态的基础。

（3）空预器跳闸：主、辅电机全停延时30 s后发。

（4）现有DCS软逻辑如图1～3所示。本文SAMA图只列出与电源切换有关的逻辑，其他不涉及的原有逻辑一律用“1”或“0”代替。

3.3 试验现象的分析及解决方案

3.3.1 第1项试验

现象1：主电源断开，主电机失去工作电源，主电机停止。

原因分析：其状态为黄色（见3.2节对ABB设备黄色状态进行的解释），说明电机的停止不是靠软逻辑发出的停止指令实现的，而是因工作电源失去引起的。

现象2：传动油泵停止，状态变为黄色。

原因分析：从硬逻辑分析，控制柜3个设备中只有传动油泵有简单的电源切换，一路电源失去时，硬回路通过继电器把电源切换至另一路。本试验中传动油泵停止，这说明传动油泵此时电源取自主电源，在向辅电源切换过程中传动油泵的工作电源失去，电机停止；并且由于切换时间长，不足以维持传动油泵电机的控制回路自启动而使电机一直停运。

现象3：辅电机未启动，且状态为黄色。

原因分析：原有基本逻辑为只要主电机停止信号来，就要联锁启动辅电机，而此时辅电机未能成功启动，要从软硬逻辑查找原因。辅电机状态变为黄色，说明逻辑已经通过联锁启动信号发出了启动指令，但由于某些原因辅电机没有启动，指令反馈不一致，造成状态异常，成为黄色。根据前面的硬逻辑分析，传动油泵的启动反馈信号串入主、辅电机的启动停止硬回路中，且此时传动油泵由于电源切换过程而在停止状态，所以辅电机虽然接受联锁启动指令而未能启动的原因在于：没有传动油泵启动的前提。

解决方案：本项试验要达到的目的是要求辅电机联锁启动成功。联启信号已发，而未成功是因为硬回路没有传动油泵正常运行这一前提。因此，在主电源失去后，需要DCS先发出联锁启动传动油泵的信号，延时一定时间后再发出联锁启动辅电机的信号。但现象2提到传动油泵状态为黄色（电机的停止不是靠逻辑发出的停止指令实现的，而是就地硬回路原因引起的），根据前面介绍的ABB系统的特点，这时候操作块不接受DCS的联锁启动信号，即这时即使有联锁启动信号来，操作块也不能发出启动指令，传动油泵也就不能启动，所以应该先使传动油泵恢复至正常状态，再进行启动联锁。具体步骤应在主电源失去后，依次发出停止传动油泵的联锁信号，延时再发出启动传动油泵的联锁信号，再延时发出启动辅电机的联锁信号。

需要对传动油泵和辅电机的原逻辑进行完善，如图4～5所示。为了不影响其他联锁信号，联锁信号要加2 s脉冲。

3.3.2 第2项试验

辅电源断开无异常，说明此状态下，传动油泵电源使用的是主电源。

3.3.3 第3项试验

现象1：主电源断开后，传动油泵停止，状态变为黄色。

原因分析：原因同3.3.1试验中的现象2。

现象2：辅电机停止，状态变为黄色。

原因分析：主电源失去，辅电源正常会影响到辅电机的运行，这说明辅电机的停止是由于传动油泵的停止而引起的，在前面硬回路的特点中也分析到了这一点，即当传动油泵停止反馈信号来时，主、辅电机的停电气控制回路导通，主、辅电机停止。状态变为黄色，原因同第1项试验分析。

现象3：主电机未联启，状态变为黄色。

原因分析：主电机本身在停止状态。其状态变为黄色的原因为软逻辑辅电机停止要联锁启动主电机，联锁启动信号、指令已经发出，但这时候控制回路中传动油泵未运行，且主电源被断开且没有动力电源，所以从硬回路上不能启动。这就造成现指令（启动）与当前反馈（停止状态）不一致，显示黄色。

解决方案：本项试验的目的是要保证在主电机未运行的情况下，断开主电源而不影响到辅电机的运行。但断开主电源会影响传动油泵和辅电机的运行，这进一步说明了硬回路中传动油泵的电源在由主向辅切换过程中失电停止，并且说明主、辅电源都存在的情况下，硬回路中传动油泵的控制、工作电源使用的是主电源。

所以，本项试验要把受影响的辅电机再启动起来。解决方案要在第1项逻辑完善的基础上对传动油泵、辅电机、主电机的软逻辑进行再完善。传动油泵现象同试验1，不用再作修改。辅电机要先解决状态变为黄色的问题，应先发联锁停信号，再发联锁启动信号，使辅电机再恢复至正常状态。主电机也要解决状态变为黄色的问题，使其恢复至初始状态。另外，要注意延时时间上的配合。

完善后的逻辑SAMA图如图6～7所示。

3.3.4 第4项试验

本项试验验证了主、辅电源都存在时，传动油泵电源取自主电源。由于传动油泵未受影响，所以实现了正常联锁。但是辅电机状态变为黄色，原因同上，需要通过逻辑恢复正常状态。

完善后的逻辑SAMA图如图8所示。

3.3.5 第5项试验

第5、6项试验分析了电源失去后再恢复时空预器的状态，在此情况下也要保证空预器的正常运行。

现象1：传动油泵停止。

原因分析：合上主电源传动油泵停止，说明传动油泵电源以主电源为主，与前述分析的硬回路特点相符。这时存在传动油泵电源由辅电源向主电源切换的过程。在这个过程中传动油泵的现象和第1项试验分析中的现象2一样，状态变为黄色，原因同上。

现象2：辅电机停止，状态变为黄色。

原因分析：非逻辑指令停，当前反馈停与上一个指令启不一致（与前述原因相同）。

现象3：主电机未联锁启动，状态变为黄色。

原因分析：状态变为黄色，说明辅电机停止，联锁启动主电机的信号、指令已经发出，但主电机未能启动是因为传动油泵此时处于停止状态，造成主电机指令反馈不一致。

解决方案：在合上主电源时，首先要逻辑联锁停传动油泵（解决状态变黄问题，此时软逻辑设备操作块不接受联锁启动信号，只接受联锁停止信号），然后延时等硬回路将传动油泵电源切换至主电源后，再发联锁启动传动油泵的启动信号，操作块发出启动指令，启动传动油泵。然后，发联锁信号启动主电机（此时也可再联锁启动辅电机，这里以主电机为主），要注意时间配合，特别是要有足够延时时间（要等传动油泵启动成功后）后发联锁启动主电机信号。同样，也要发联锁停止辅电机信号，解决辅电机状态变为黄色的问题，使其指令与反馈一致。本项主电机的控制逻辑属于基本控制逻辑，延时时间可在基本控制逻辑中更改，因此此分析结果只需要继续完善传动油泵控制和辅电机控制的软逻辑。

完善后的SAMA图如图9、10所示。