超超临界机组间冷系统事故疏水控制可靠性优化

曹　阳，陈　昊，海　浩

（宁夏枣泉发电有限责任公司，银川　750409）

0　引言

间接空冷系统因其经济性的显著优势,在中国发电厂中的应用越来越广泛[1]，特别是西北地区近年来间接空冷系统投运较多，但由于可靠性问题造成空冷散热器损坏事故时有发生,给发电厂带来严重的经济损失[2-3]。宁夏枣泉发电厂一期工程（2×660 MW超超临界燃煤机组，以下简称枣泉发电厂）汽轮机排汽冷却采用表凝式间接空冷系统（简称间冷系统），空冷散热器垂直立式布置在空冷塔外侧一周，利用间接空冷塔排烟，烟囱布置在空冷塔内，简称“二塔合一”方案[4]。间冷塔防冻保护动作时，紧急泄放扇区冷、热水，起到保护扇区的作用。当冷、热水事故疏水阀开启时，膨胀水箱内循环水将会被排空，膨胀水箱液位低于200 mm将会超驰跳闸循环水泵，凝汽器失去循环冷却水迫使机组停运。因此冷、热水事故疏水阀可靠与否，将直接影响机组的安全可靠运行[5]，而控制系统的配置与运行可靠性缺陷是设备故障的最主要原因[6-9]。

1　间冷系统事故疏水控制概述

枣泉发电厂间冷系统分别在冷、热水管上各安装1台事故疏水阀，冷、热水事故疏水阀单个阀门开启，即可实现扇区、膨胀水箱和相关循环水管道紧急疏水的目的[10-12]。空冷系统各设备由亿吉埃冷却系统贸易（北京）有限公司整体提供，冷、热水事故疏水阀采用ADSMS公司产品，阀门设计为液压关闭、重锤开启，冷、热水事故疏水阀各配置1台液压油站。

冷、热水事故疏水阀液压油站配置1台液压油泵和1台手动泵。在紧急情况下可通过手动泵打压保持油站液压油压力正常，防止阀门误动作。正常情况下，冷、热水事故疏水阀液压油泵由油压开关联锁，油压开关S4低于15 MPa启泵，油压开关S5高于19.5 MPa停泵。

如图1所示，当V7与V8电磁阀均失电，油缸内活塞右侧高压油接通回油，阀门在重锤的作用下开启；当V7与V8电磁阀任意带电，高压油与回油通路被阻断，油缸内活塞右侧充满高压油，阀门在油压的作用下缓慢关闭。

2　疏水控制系统可靠性缺陷

2.1　电磁阀回路电源无冗余

由图1可知，间冷系统事故疏水阀设计为双电磁阀串联控制，单个电磁阀带电可使阀门关闭，2个电磁阀同时失电阀门打开。厂家设计间冷系统冷、热水事故疏水阀均由间冷系统仪控电源柜供电，仪控电源柜至就地冷、热水事故疏水阀均为单路供电，如图2所示，控制电源失去则V7与V8电磁阀失电，导致冷、热水事故疏水阀开启，所以单路电源供电存在很大的安全隐患，需提高间冷系统冷、热水事故疏水阀的电源可靠性。

2.2　控制箱24 V DC电源无冗余

1号、2号机间冷系统冷、热水事故疏水阀就地控制箱内设置1个220 V AC转24 V DC电源转换器，输入端220 V AC电源由间冷MCC（电动机控制中心）提供，输出端24 V DC为就地控制柜内继电器及行程开关提供电源，若出现电源转换器故障或间冷MCC电源异常，均会导致阀门开启，极大程度降低了事故疏水阀可靠性，对机组安全运行埋下了隐患。

图1　间冷系统冷、热水事故疏水阀油路示意

图2　电磁阀回路电源无冗余

2.3　DCS关阀指令未实现冗余

在机组进入168 h试运行前DCS（分散控制系统）重要信号回路紧固过程中发现，DCS发送V7与V8得电指令在DO卡件处使用了跨接线，2个信号使用同1根公共零线，到就地四芯电缆仅使用了3根。当公共零线出现接线松动或者电缆损坏时V7与V8电磁阀同时失电，即将会导致事故疏水阀异常开启，不满足“二十五项反措”中重要信号全程冗余配置要求。

2.4　远方开阀后油泵连续运行

在阀门运行过程中发现当阀门控制装置在远方位且DCS发出开阀指令后，V7与V8电磁阀失电，进油与回油打通油压快速下降并低于15 MPa以下，油泵会一直运行，直至DCS再次发送关阀指令，油压上升至19.5 MPa停泵或者疏水阀切至就地模式。

经检查事故疏水阀控制柜电气原理图和控制柜内实际接线发现，阀门厂家设计有“油泵远方启允许”信号，当该信号出1，油泵投入油压联锁，但DCS排卡中并未设计该信号，调试过程中用短接线将该信号短接，相当于油泵与油压的联锁一直投入，最终导致远方开阀油压泄掉后油泵联锁启动并连续运行。虽然回路满足控制要求，但是远方开阀后油泵连续运行会导致油泵寿命减少，增大维护成本，甚至可能造成油压无法建立，阀门故障开启导致机组跳闸。

2.5　阀门无法关到位

在机组调试期间，曾多次出现DCS远方关阀时阀门无法关到位的情况。经检查发现在DCS远方关阀时，油泵联锁启动阀门向关方向运行，当压力达到19.5 MPa，油泵自动停止，但此时事故疏水阀尚未关到位。检查阀门控制柜电气原理图发现，当阀门远方关指令发出、压力达到高值后，电气硬回路联锁停止油泵运行导致油缸不再动作，阀门无法关到位。

2.6　综合故障报警问题

阀门厂家设计有综合故障报警信号（以下条件任意满足）：

（1）发开阀指令5 min后未收到开到位反馈。

（2）发关阀指令5 min后未收到关到位反馈。

（3）油泵运行超过 5 min。

油泵运行超时报警可以判断液压油站运行状态是否正常，但DCS中未予设计，且均未在大屏报警中体现出来。

2.7　紧急开阀为单按钮设计

空冷系统事故疏水阀紧急开阀按钮为单按钮，存在人员误操作、接线松动导致阀门误动风险，当出现事故按钮异常现象时易触发事故疏水阀动作导致机组跳闸，为降低事故疏水阀误动概率，须将事故疏水阀紧急开阀按钮修改为双按钮并联控制。

3　可靠性优化改造

3.1　电源与重要信号冗余改造

间冷系统冷、热水事故疏水阀控制电磁阀V7由原设计回路供电，由工业废水系统MCC间隔分别引接一路电源至1号、2号机就地间冷系统热水事故疏水阀，在热水事故疏水阀控制柜中增加F106与F107开关分别为热水事故疏水阀V8电磁阀、冷水事故疏水阀V8电磁阀供电。原设计V8电磁阀供电回路取消，同时增加相应的电源失去报警送至DCS。

间冷系统冷、热水事故疏水阀就地控制柜中各增加1个220 V AC转24 V DC电源模块（容量为72 W，3 A），电源模块220 V AC输入电源由新增的V8电磁阀电源引接，电源模块24 V DC输出与原有24 V DC模块并接，并增加稳压元件。改造完成后，任意一路电源失去或电源模块故障均不会引起设备误动。改造方案如图3所示。

图3　控制箱24 V DC电源冗余改造

重新铺设电缆，将冷、热水事故疏水阀V7与V8电磁阀指令信号分电缆、分电缆槽盒布置，改造完成后单个信号或者单根电缆故障均不会引起设备误动，有效提升了事故疏水阀设备可靠性。

3.2　油泵油压联锁回路改造

针对远方开阀后油泵连续运行问题，如图4所示，将柜内X22端子排2与4跨接、4与6跨接，改造后V7与V8任一电磁阀收到DCS得电指令后油泵即投入油压联锁；若V7与V8电磁阀均无DCS得电指令，油泵便撤出油压联锁，将远方模式下DCS发送的关阀指令作为油泵投入油压联锁的条件，避免远方开阀后油泵连续运行。

图4　油泵连续运行问题改造

对于阀门无法关到位问题，如图5所示，油泵控制回路中原回路在远方控制回路DCS发出关闭指令后，油压在高于19.5 MPa工况下油泵停止运行。如果油缸响应时间长，则不能及时收到关到位信号，导致事故疏水阀不能完全关闭。将控制回路中d155继电器的12端子与d221继电器14端子短接，改为d221继电器14端子与d153继电器的14端子短接，改造后油泵联锁停运条件变为油压高于19.5 MPa且事故疏水阀关到位。通过油泵控制回路改造解决了阀门无法关到位的问题，而且当机组正常运行过程中油压缓慢泄放事故疏水阀关到位，油泵也会联启。

图5　阀门无法关闭问题改造

3.3　综合故障报警问题改造

在DCS逻辑中完成油泵运行超时报警逻辑，并加入空冷系统大屏报警中，报警发生时及时引起运行人员注意。

3.4　紧急开阀单按钮改造

对于单按钮存在误动、误操作隐患的情况，分别对冷、热水事故疏水阀增加了1个紧急开阀按钮（同时增加相应继电器），采用双按钮串联的方式，当单个按钮动作或接线出现松动的情况下阀门不会动作，只有当2个按钮同时按下，阀门才会紧急开启。

4　应用效果测试

为保证改造完成后满足间冷系统冷、热水事故疏水阀能够满足供电回路和控制回路可靠性要求，确保阀门动作正常并能够满足正常运行需要，进行了如下试验测试改造效果。

4.1　电源冗余切换试验

（1）断开间冷系统仪控电源柜主电源，冷、热水事故疏水阀阀门V7电磁阀供电切换到间冷系统仪控电源柜UPS，V7与V8电磁阀均应带电，阀门保持关闭状态，并在DCS系统画面报“间冷系统仪控电源柜主电源失去”。

（2）间冷系统仪控电源柜UPS放电完成后V7电磁阀失电（记录UPS放电时间），V8电磁阀带电，阀门保持关闭状态，并在DCS系统报“间冷系统仪控电源柜UPS电源失去”。

（3）如图6所示，断开就地热水事故疏水阀控制柜F105 B开关，热水事故疏水阀V8电磁阀失电，热水事故疏水阀阀门打开。

图6　电磁阀电源冗余切换试验示意

（4）断开就地冷水事故疏水阀控制柜F105 A开关，冷水事故疏水阀V8电磁阀失电，冷水事故疏水阀阀门打开。

（5）恢复电源柜内各开关，使冷、热水事故疏水阀V7与V8电磁阀均带电，并确认阀门已正常关闭。

（6）断开就地热水事故疏水阀控制柜内F106 B开关，热水事故疏水阀V7电磁阀失电，热水事故疏水阀V8电磁阀带电，热水事故疏水阀应处于关闭状态。

（7）断开就地冷水事故疏水阀控制柜内F106 A开关，冷水事故疏水阀V7电磁阀失电，冷水事故疏水阀V8电磁阀带电，冷水事故疏水阀应处于关闭状态。

（8）断开就地冷水事故疏水阀控制柜内F105 A开关，冷水事故疏水阀V7与V8电磁阀均失电，冷水事故疏水阀打开。

（9）断开就地热水事故疏水阀控制柜内F105 B开关，热水事故冷水阀V7与V8电磁阀均失电，热水事故疏水阀应打开。

（10）试验完成后，恢复系统。

4.2　阀门开关动作试验

（1）将间冷系统冷、热水事故疏水阀开关切换至远方位置，远方操作阀门开关应正常，阀门指示灯正常，远方开阀后油泵能够正常停运。

（2）将间冷系统冷、热水事故疏水阀开关切换至就地位置，就地操作阀门开关应正常，阀门指示灯正常。

（3）将间冷系统冷、热水事故疏水阀开关切换至远方位置，单独按下紧急开阀按钮，阀门应保持关闭状态，单独按下紧急开阀按钮，阀门应保持关闭状态，2个按钮同时按下后，阀门开启。

（4）试验完成后，按复位按钮，恢复系统。

5　结语

枣泉发电厂间冷系统事故疏水阀控制回路改造后经现场试验，冷热水事故疏水阀动作正常，原回路中存在的问题得到根除，使间冷系统事故疏水阀控制回路更加可靠。同时通过对间冷系统事故疏水阀控制回路的可靠性分析以及技术改造过程的阐述，有利于提高热控人员对控制方法的理解力，培养了热控人员主动发现热控系统不可靠因素的能力，防范于未然。