等离子退出导致锅炉MFT的事故分析

冯 博

（浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江 宁波 315722）

全炉膛灭火是火力发电厂锅炉炉膛主保护中，一个动作比较多也是最重要的主保护。引起全炉膛灭火的原因很多，多数电厂采用等离子燃烧技术作为点火源，但在机组点火期间，等离子系统故障，易造成单台磨煤机运行燃烧不稳，锅炉灭火，最终导致锅炉MFT动作[1]。本文以某超临界600MW机组点火期间等离子系统故障退出，导致锅炉灭火触发MFT动作为研究对象进行了分析，并对如何预防处理提出了建议，以此为今后处理同类型问题提供借鉴。

1 事件概况及检查

某电厂锅炉为超临界参数、一次中间再热、滑压运行，配内置式再循环泵启动系统，固态排渣、单炉膛、平衡通风、Π型布置、全钢构架悬吊结构、露天布置。制粉系统为中速磨正压直吹系统，配置6台HP1003型中速磨煤机。燃烧方式为前后墙对冲燃烧，采用30只低NOX轴向旋流燃烧器，前后墙各15只，分三层对称布置。A层燃烧器配有5支油枪，油枪采用机械雾化喷嘴，B层燃烧器配等离子点火装置。配置两台等离子载体风机，两台等离子冷却水泵，等离子正常运行期间，载体风机和冷却水泵均为一用一备。机组大修后点火，制粉系统B运行，锅炉热态冲洗，磨煤机B等离子方式下运行，等离子1～5号角拉弧状态，等离子载体风机A运行，B备用。等离子冷却水泵B运行，等离子冷却水泵A备用。

图1 锅炉MFT全过程曲线Fig.1 Curve of the whole process of boiler MFT

1.1 事故经过

09月10 日05 时53分45秒，做6KV B段备用电源自投试验。试验过程中等离子冷却水泵B跳闸，DCS联锁逻辑动作，启动等离子冷却水泵A，4s后，等离子冷却水泵A启动成功，期间等离子冷却水母管压力低开关动作，持续约3s。根据逻辑设置，等离子冷却水压低联锁退出等离子运行，B层火检随即全部消失，锅炉实际已经灭火，锅炉MFT。

1.2 检查处理过程

检查等离子冷却水泵联锁启动回路如图2所示。

对整个回路进行检查，结果如下：

1）等离子冷却水泵电机DCS驱动级中停指令发出无延迟时间，且驱动级为标准形式。

2）对PLC内部逻辑进行检查，指令下发回路及反馈回路均无延迟设置。

图2 启动回路Fig.2 Starting circuit

图3 录波仪记录图形Fig.3 Recording graph of wave recorder

3）会同继保、电气专业一同对等离子冷却水泵做切换试验，试验方法为在等离子冷却水泵B运行，A备用状态下，停止冷却水泵B运行，联启冷却水泵A，期间用录波仪进行记录。录波仪两项分别接入等离子冷却水泵B反馈通道接线端子及A启动继电器的线圈上。结果录波仪记录等离子冷却水泵B停止到冷却水泵A启动，继电器动作之间的时间为3.2s。即冷却水泵联启的时间，大部分是DCS输入输出、PLC输入输出以及DCS通讯至PLC的时间。

图4 等离子冷却水泵电气控制回路原始图Fig.4 Original drawing of the electrical control circuit of the plasma cooling water pump

4）随后对其他几台机组等离子冷却水泵跳闸联启备用泵进行了试验，试验结果与此机组一致。

5）对涉及等离子冷却水泵的DCS模块进行检查，等离子冷却水泵启停状态及指令均通过FOXBORO的FBM224通讯卡件通讯至PLC，再由PLC下发指令和接收就地反馈信号。查看通讯卡件配置参数，扫描周期设置为1s，即DCS侧下发指令和接收反馈的周期为2s，加上PLC的扫描周期和PLC与DCS间的通讯时间，占了联锁时间的绝大部分。

2 事件原因分析与预控

2.1 事件原因分析

根据检查结果分析，得出如下结论：

等离子冷却水泵联锁时间长，主要是由于DCS与PLC的扫描计算周期以及两者之间的通讯时间造成。由于等离子系统指令下发和反馈接收均采用DCS与PLC的通讯方式实现，而DCS侧使用的为FOXBORO的FBM224通讯卡件，由于点数较多，通讯量较大，因而在设计时将该模块的扫描周期设置为1s，如果减小为0.5s或者更低，能够达到减小整个联启过程时间的目的。但设置更低的扫描周期，会大幅度增加该卡件的通讯负荷率，很有可能造成通讯故障等严重问题，影响设备正常运行，而且设置到0.5s（0.5s为基础扫描周期）也不能够完全避免等离子冷却水泵联启过程的时间。但该隐患在电气专业进行等离子冷却水泵就地控制回路优化后一直存在，但热控专业未能通过修后试验或技术监控发现问题，以便进行处理。

查看等离子冷却水泵电气回路原始设计图如图4所示[2,3]。

由图4可见，最初等离子冷却水泵AB之间设计了互锁逻辑，即当一台等离子冷却水泵跳闸，冷却水母管水压低，另一台等离子冷却水泵立即联启。电气专业在后期的改造中对等离子冷却水泵就地控制回路进行了优化，取消了就地联锁功能，原本就地电气回路的联锁全部改为上位机DCS实现。电气专业进行改造时，未充分论证改造的可行性和可能导致的影响。

因此，本次异常是由等离子冷却水泵B在6KV B段备用电源自投试验中跳闸引起的；直接原因为等离子冷却水泵就地电气控制回路互锁功能取消后，导致备用泵联锁启动时间变长，冷却水压力建立不及时，等离子冷却水压低开关动作，导致等离子灭弧，燃烧器灭火，锅炉MFT；远方控制系统中，等离子冷却水泵备用泵联锁指令由于DCS处理周期及通讯原因导致时间偏长的隐患一直存在，热控专业未能通过修后试验或技术监控发现问题并进行改造，是本次异常的间接原因。

2.2 预防措施

1）热控专业尽快完善PLC逻辑组态软件管理及PLC程序备份管理，保证就地所有控制系统均有逻辑备份、组态软件及安装程序。

2）完善等离子冷却水泵定期切换试验制度，规范在试验中需要监视的参数。

3）为了彻底消除此次异常发现的隐患，应对等离子冷却水泵系统进行改造，讨论了以下3种改造方案，待相关专业认证审查后实施：

a）对就地电气控制回路进行改造，恢复就地AB泵之间的联锁功能。

b）将就地冷却水泵相关信号直接接入DCS，而不是通过PLC以通讯方式接入DCS。由DCS直接接收信号和下发指令，实现AB泵之间的联锁功能。

c）对工艺系统进行改造，将压力合适、品质合格的工艺水，例如闭式水（需调研分析），引入等离子系统作为等离子冷却水，保留等离子冷却水泵作为紧急备用。这样既可以避免主备泵切换对系统造成的影响，也能达到节能的目的[4-6]。

3 结语

经多专业联合审核后，选择将等离子冷却水泵相关信号直接接入DCS系统。实施后没有再发生等离子冷却水泵故障联启时间长，触发水压低的问题，保证等离子设备能够得到稳定的冷却水源，提高了等离子冷却水系统运行的可靠性和设备的使用寿命。