600 MW机组炉膛总风量低保护误动作分析及改进

贺治国

(国电电力大同发电有限责任公司，山西 大同 037043)

600 MW机组炉膛总风量低保护误动作分析及改进

贺治国

(国电电力大同发电有限责任公司，山西 大同 037043)

介绍了一起炉膛总风量低保护触发MFT保护动作的事故。根据ABB Symphony系统的控制柜电源结构以及PFI信号的产生机理与作用，分析了炉膛总风量低保护误动作的原因，并提出了针对性的整改措施，对该系统控制柜的电源结构进行改进，以避免同类事故的发生。

总风量低保护；控制柜电源；PFI信号；PFI电压

0 引言

某公司7号机组是我国首台采用直接空冷的600 MW机组。其锅炉为DG2026/17.35Ⅱ型亚临界、自然循环、一次中间再热、固态排渣汽包炉。DCS(分布式控制系统)采用ABB Symphony系统。炉侧风量取样装置为机翼式，风量变送器型号为EJA110A差压变送器。其中，6台磨煤机的一、二次风量与燃烬风量模拟量信号都送入MCS02机柜，然后在MCS02机柜的控制器中将以上风量求和后得出炉膛总风量，并判断低限值(小于460 t/ h)，得出3个开关量DI(数字量输入)信号，再通过3个独立的模件输出3个开关量DO(数字量输出)信号，送入FSSS(锅炉炉膛安全监控)系统经过“三取二”逻辑判断后作为MFT(主燃料跳闸)保护跳闸条件之一。

1 事故概况

2012-05-07T03:09，7号机组DCS画面显示锅炉总风量从1 900 t/h突降至140 t/h，锅炉总风量低保护触发MFT保护动作，机组负荷由394 MW降为0，7号机组跳闸。

03:20，在运行人员启动A磨煤机时，锅炉重新点火。

03:40，锅炉总风量低保护再次触发MFT保护动作，此时DCS画面显示锅炉总风量从929 t/h突变为0。在更换MCS02机柜的电源模块和模件后，经运行值长同意，将锅炉总风量低保护退出。

03:54，启动B磨煤机，锅炉再次重新点火。

06:24，发电机并网，机组正常发电运行。

2 事故分析

首次MFT动作后，对锅炉风量测点回路进行检查，确定回路正常，初步推测MFT动作的原因是风量信号被干扰。

第2次MFT动作时，锅炉侧风烟系统的各风量参数大部分离线，经检查离线的参数都在MCS02机柜。进一步观察MCS02机柜，发现该机柜模件均报警，40 s后大部分模件报警消失，状态恢复正常，但主备控制器的状态灯仍报警。重新启动备用控制器，主备控制器的报警消失，状态恢复正常。因此，判断MCS02机柜参数离线(即脱网)是造成MFT动作的直接原因。为了进一步找出MCS02机柜离线的根本原因，进行了以下分析和试验。

(1) 通信故障分析。该机组DCS通信为双环形网络结构，通信线缆为同轴电缆，通信模件冗余配置，通信协议为存储转发协议，所有节点的地位是平等的。单独1块通信模件异常不会导致MCS02机柜脱网，2个通信模件同时异常也不会导致信号误发，主备通信模件状态灯在事故发生40 s后都恢复正常，因此通信故障不是造成MFT动作的原因。

(2) 硬件试验。第2次MFT动作后，逐一检查了MCS02机柜主备控制器和I/O模件外观，无积灰无烧损。事故发生40 s后，大部分模件恢复正常，但主备控制器仍报警，重新启动备用控制器后报警消失，据此判断柜内主备控制器和I/O模件应无问题。为了排除硬件可能存在的不确定因素和降低运行风险，更换了1对同型号的控制器。将替换下来的控制器送厂家检测，判断均无故障。主备控制器报警是因为重新启动导致相互冲突，因此MFT动作不是由控制器和I/O模件引起的。

(3) 软件组态分析。比较上传逻辑组态与备份组态，结果完全一致，且该MFT保护的组态自2005年投产以来从未更改，因此排除软件组态错误引起MFT动作的可能。

(4) 电源系统试验与DCS变位数据分析。在锅炉第2次点火前，热控专业技术人员将2块电源模块拆下后检测各输出电压值，均合格。但从事故发生时DCS变位数据及曲线记录中，发现MCS02机柜所有开关量同时由1突变为0，模拟量数值突变为0，总风量判断小于460 t/h。由此断定该起事故原因是MCS02机柜所有信号突变，导致总风量信号都低于定值而触发MFT动作。

3 根本原因

ABB Symphony系统的控制柜电源采用母线排供电方式，如图1所示。母线排包括+5 V、±15 V、COM(即0电压)以及PFI电压排，为控制柜内各层控制器和I/O模件提供相应的工作电压。母线排的各等级电压来自2个电源模块供电，且2个电源模块各承担50 %的用电负荷。同时该电源系统配有PFI(电源故障中断信号)检测装置，该装置检测母线排各组电压，经判断后产生PFI电压输出至PFI母线排上，然后再引至各层控制器和模件，最终由各层控制器和I/O模件判断出PFI信号是否存在。

图1 ABB Symphony控制柜电源示意

当PFI母线排电压不在正常范围(4.75-5.25 V)内，PFI信号会强制控制器和I/O模件在电源完全失去前采取预防性和安全性的动作，触发停止控制器及I/O模件工作，防止控制器中的NVRAM(非易失性随机访问存储器)产生冲突数据，同时使输出回0，避免故障进一步扩大而导致更大的损失；当电压恢复正常后，PFI信号消失，控制器及I/O模件重新启动运行。第2次MFT动作后，MCS02机柜控制器及I/O模件重新启动引起信号突变现象，即为PFI信号跳变所引起的。当控制器及I/O模件重新启动时，控制器重新采集所有的模拟量信号，控制器中靠前的功能码块号先采集先判断，没有采集到的初值则为0；又因开关量信号的采集与处理时间快于模拟量，进而导致总风量计算、判断错误，最终发出错误的总风量低信号触发MFT动作。

将PFI装置送至ABB公司检查，发现PFI装置因使用年限较长有性能下降的迹象。目前7号机组使用的新一代控制器和I/O模件工作电压都是+5 V，而老一代控制器和模件的工作电压是±15 V。因此，电源输出的±15 V电压处于开路状态，易受干扰，进而使PFI装置输出电压不稳定，这是导致控制器计算、判断风量错误的根本原因。

4 改进措施

根据ABB公司的建议，屏蔽所有控制柜PFI装置产生的PFI电压，直接将+5 V电压作为PFI母线电压送入各层控制器及I/O模件。因此，将母线排上的+5 V电压通过专用短接线短接至PFI电压母线排上，并拆除了PFI装置至PFI电压母线排上的接线。改进后，+5 V电压即是PFI电压，实现了送入各控制器及模件的PFI信号电压就是其工作电压，确保了PFI信号的可靠性。为了防止+5 V排与PFI电压排单线短接而接触不可靠，再增加1处短接，确保PFI电压与+5 V电压一致。

为了保证控制柜母线电压的稳定，首先更换了同型号新一代的电源模块，保证由AC 220 V转换出母线排的各类直流电压的稳定；其次联系电气专业进行外部供电电源切换试验，保证UPS电源和保安电源切换过程中不影响控制柜母线电压的稳定；最后热控人员独立进行内部配电柜电源切换试验以及控制柜电源切换试验，保证切换过程中控制柜母线电压不波动。

在机组停运时，清理控制柜的2个电源模块及其机架的静电积灰，并对电源模块的输入输出电压以及母线排电压进行检测，做好清扫和检测记录。

5 结束语

通过分析本次炉膛总风量低保护误动作事故，加深了对ABB控制柜电源系统的认知。虽然ABB控制柜电源系统采用双电源母排供电方式，但PFI装置不是冗余配置。如果PFI装置不稳定，将导致该控制柜内控制器和I/O模件失电或重启，进而引发事故。所以提高PFI电压的可靠性对于电源系统的稳定至关重要，应将事故隐患消灭在萌芽状态，保障机组安全稳定运行。

2016-04-18；

2016-07-09。

贺治国(1981-)，男，工程师，主要从事火力发电厂热工专业的维护工作，email: hzgaaa@163.com。