发电机组双冷水保护逻辑优化探讨
2015-03-15汪记收王长友本钢板材股份有限公司计控厂辽宁本溪70本钢板材股份有限公司发电厂辽宁本溪70
汪记收,王长友(.本钢板材股份有限公司计控厂,辽宁本溪70; .本钢板材股份有限公司发电厂,辽宁本溪70)
发电机组双冷水保护逻辑优化探讨
汪记收1,王长友2
(1.本钢板材股份有限公司计控厂,辽宁本溪117021; 2.本钢板材股份有限公司发电厂,辽宁本溪117021)
【摘要】结合一起发电机组双冷水中断事故案例,对双冷水保护逻辑进行探讨,提出优化原则、优化方案,从而降低双冷水保护误动与拒动的风险,从保护逻辑层面为机组安全稳定运行提高保障。
【关键词】双冷水中断保护;误动;拒动;逻辑
1 概述
2015年5月19日,某热电厂21#机组(CC50型)发生一起发电机定子线圈烧坏事故。
事后分析,此次事故乃是由以下诸因素叠加放大而成。
1#中继泵电机接线盒电缆接头短路(故障的诱因)致2#低压厂用变开关自动跳闸(越级跳闸),0#低压备用变联动后跳闸(均为过流保护动作)致380V二段母线瞬间失电;2#冷水泵断电跳闸后,1#冷水泵没能及时联动。岗位人员紧急投手动启动1#冷水泵,直流操作熔断器因启动冲击使熔丝熔断,冷水泵未能启动成功,使事故进一步扩大。
双冷水断水压力开关模板卡的底座松动,使冷却水压力开关未能发出压力低信号,其余保护信号因保护逻辑所限亦未能发出,致汽轮机、发电机跳闸保护拒动,没有实现断水保护(29 s动作)跳闸发电机功能。本次发电机定、转子断水时间18 min。
根据该型号机组《工艺技术规程》明确规定:“当冷却水压力下降0.2 MPa以下时并转子或静子冷却水流量下降5 t/h以下第15 s时,汽轮机保护应动作,调速汽门关闭,自动主汽门关闭,抽汽逆止电磁阀动作,各逆止门关闭,同时抽汽逆止门电磁阀锁住(待人为恢复);发电机断水保护在第29 s时动作,断路器跳闸”。
从中继泵电机接线盒电缆接头短路开始直至发电机冷却水中断,最终导致发电机线圈烧坏的过程类似“蝴蝶效应”。
事发后,经过深入调研,发现双冷水中断保护逻辑的设计思路及其具体参数存在弊端。
2 原方案存在的弊端及优化原则
2.1原方案存在的弊端
仪控保护系统是机组主、辅设备安全平稳运行的保障;合理设置保护逻辑,在机组主、辅设备发生某些可能引发严重后果的故障时,及时引发预置的保护逻辑,从而停机待修,使事故可防、可控,可以避免重大人身伤亡或重大设备损坏。
在机组主、辅设备正常运行时,保护系统因自身故障而引起动作,造成主辅设备停运,称保护“误动”;在主、辅设备发生故障时,保护系统也发生故障而不动作,称保护“拒动”。
保护误动,将造成不必要的经济损失;保护拒动,将造成事态扩大乃至失控。
仪控保护误动、拒动的原因大致可以概括为:(1)DCS软件、硬件故障;(2)仪控元件故障;(3)电缆接线短路、断路、虚接;(4)仪控设备电源故障;(5)人为因素;(6)设备安装调试存在缺陷;(7)保护逻辑设置不合理。
本次事故中,因仪控元件故障与逻辑保护设置不合理,致使保护拒动。
在事发当时,CC50机组双冷水保护逻辑为(下文称此逻辑方案为“原方案”):压力开关AND压力变送器AND(转子水流量OR定子水流量)。
双冷水中断保护逻辑如图1所示。
图1 原方案,双冷水中断保护逻辑示意图
如图1所示,双冷水中断致使机组保护动作的条件设置为:3个条件(冷却水压力开关、压力变送器及双冷水流量)的总逻辑关系为“与”。“与”逻辑关系意味着诸条件同时俱备,保护才动作;只要3个条件中某一个环节拒动,保护就会拒动。
这种设置理念是防止机组保护误动,有利于机组稳定运行,有利于保产保供;但是,有一利必有一弊,当机组确实处于危险状态,需要保安系统动作时,由于某一条件的某一个环节故障则导致机组保护拒绝动作,这正是本次事故中,在双冷水中断的情况下,保护拒动致发电机线圈损坏的原因。故此保护逻辑必须进行优化。
2.2保护逻辑优化的原则
同样是双冷水中断,机组误动、拒动,哪种情况风险更大?这要综合考虑以下情况:
机组阀门是否严密?机组声光报警系统是否完备好用?声光报警系统是否处于投入状态?值班员是否及时发现险情?值班员处于紧急情况下是否具备应变能力?在人的因素相同的条件下,针对阀门严密性的差异,比较如表1。
表1 “拒动”、“误动”的利弊
由表1可见:在机组阀门严密性充分保证的情况下,机组拒动的风险更大,其最大的风险是损坏发电机线圈;在机组阀门严密性不能保证的情况下,机组误动的风险更大,其最大的风险是机组超速飞车。
机组在投入运行之前,对其阀门(自动主汽门、调速汽门、抽汽逆止门)严密性必须经实验验证、确认,充分保证;即使如此,也不能保证在运行过程中不出现卡涩或迟缓或拒动现象。
综上,机组阀门(自动主汽门、调速汽门、抽汽逆止门)严密性难以充分保证,在误动的情况下,难以充分发挥人的作用,故误动的危害大于拒动的危害,两害相权取其轻,形成以下原则:
(1)在尽量避免“误动”风险的前提下兼顾降低“拒动”风险。
(2)全面衡量,不能为了规避一种风险而使另一种风险偏高。
3 对逻辑进行优化
3.1双冷水保护逻辑优化方案
从降低“误动”风险的角度考虑,对各条件进行组合,形成局部的“与”逻辑单元,降低“误动”的可能性;
从降低“拒动”风险的角度考虑,在各局部的“与”逻辑单元的总出口,一定要采用“或”逻辑关系,从而形成全局的“或”逻辑单元,降低“拒动”的可能性;
综上,提出CC50机组双冷水中断保护逻辑两个优化方案:
方案一:(压力开关AND转子水流量)OR(压力开关AND定子水流量)OR(转子水流量AND定子水流量)OR(压力变送器AND转子水流量)OR(压力变送器AND定子水流量)
方案一示意图如图2所示。
图2 方案一,双冷水中断保护逻辑示意图
方案二:压力开关AND(转子水流量OR定子水流量)OR压力变送器AND(转子冷却水OR定子冷却水)
方案二示意图如图3所示。
图3 方案二,双冷水中断保护逻辑示意图
3.2双冷水保护逻辑方案的比较
全面比较衡量上述方案,“方案一”误动风险及拒动风险均较低,故决定选择“方案一”。该方案的特点:
(1)双冷水保护的几个条件两两组合形成局部“与”逻辑单元,但是考虑到“压力开关”与“压力变送器”的信号取自同一个表管,为防止误动,这两个压力信号没有形成“与”逻辑单元。
(2)在各局“与”逻辑单元之间采用“或”逻辑关系,降低“拒动”的风险。
4 从分散风险的角度进行优化
任何设备无论多么先进都不能保证绝对可靠,都不能保证不出故障,可是,出现故障并非必然导致事故。对DCS控制系统进行全面审视、优化,将控制信号分散到更多的机架、板卡上,从而分散风险,降低误动、拒动的风险。针对双冷水中断事故,分散风险的具体做法如下:
(1)将双冷水中断保护的4个条件——压力开关、压力变送器、转子水流量、定子水流量分散到不同的模块上;
(2)冷水泵出口的两个压力开关(其一,压力低联动冷水泵的压力开关;其二,双冷水中断发出压力保护信号的压力开关)分散到不同的模块上。
(3)上述保护信号分散到不同的模块上之后,要求热工人员在处理相关缺陷,特别是换线时,切除保护,以防因24 V电源接地、短路引起保护误动。
5 从参数设置角度进行优化
CC50机组双冷水中断保护诸条件参数如表2。
表2 CC50机组双冷水中断保护诸条件参数
由表2可见:作为双冷水中断保护,似乎没有必要规定冷却水流量的上限?应该规定冷却水流量的下限?故提出建议:
(1)取消转子冷却水流量的上限值;
(2)转子冷却水流量的下限值暂定臆5 t/h。
6 结论
对机组保护逻辑进行优化,从逻辑框架、宏观层面上降低“误动”、“拒动”风险;从降低“误动”风险的角度考虑,对各条件进行组合,形成局部的“与”逻辑单元;从降低“拒动”风险的角度考虑,在各局部的“与”逻辑单元之间一定要采用“或”逻辑关系。
将控制信号分散到更多的机架、板卡上,从而分散风险,降低误动、拒动的风险。
对保护逻辑的具体参数进行完善,剔除不必要的条件,补充必要的条件。
[参考文献]
[1]刘桂荣.热工保护误动、拒动原因浅析及对策[P]. 2014年全国冶金企业热电专业年会论文集.2014年10月版.
Optimization of the Double Cold Water Protection Logic of Power Generators
Wang Jishou1, Wang Changyou2
(1. Measurement and Control Plant of Benxi Steel Plate & Sheet Co., Ltd.; 2. Power Plant of Benxi Steel Plate & Sheet Co., Ltd., Benxi, Liaoning 117021, China)
[Abstract]The double cold water protection logic is discussed with reference to a dou-ble cold water interruption accident in a power generating unit. Optimization principle and program are put forward to reduce unwanted action of double cold water protection and en-sure safe and stable operation of the unit from the aspect of protection logic.
[Keywords]interruption of double cold water protection; unwanted action; failure to op-erate; logic
作者简介:汪记收(1974耀)男,毕业于东北电力学院生产过程自动化专业,工学学士学位,工程师,现从事热工仪表及DCS系统维护工作。
收稿日期:2015-06-18
【中图分类号】TM31
【文献标识码】B
【文章编号】1006-6764(2015)10-0055-04