功率变送装置对机组的影响及干预的重要性

郑溢强

(福建晋江天然气发电有限公司,福建 泉州 362251)

0 引言

福建某燃气电厂拥有4台9FA型燃气—蒸汽联合循环机组,每台机组配置一套发电机测控装置,用于监视发电机相关参数。数字多功能监测表有功功率的正确输出是机组可靠运行的重要监测参数之一。其中,有功功率值作为重要参数参与燃气轮机的控制系统,特别是关系到高压主蒸汽温度和流量的控制。

在电力系统自动化程度日益提高的同时,为进一步提高上送有功功率数据的稳定性,机组在发电机测控屏配置两套功率变送装置,主输出装置是EIG公司的Nexus1252型高性能数字多功能监测表(以下简称1252),辅助输出装置是摩尔公司的PWT型功率变送器(以下简称PWT)［1］。装置的交流模拟量输入回路分别为交流电流和电压回路,它们均使用自发电机出口断路器来控制柜内相同绕组的电流互感器和电压互感器。1252装置将电气量的模拟量通过内部计算变成数字量,再转换成输出直流信号的模拟量,共有25组输出量。而PWT装置通过将交流模拟量转换成直流量进行输出,且仅有1组输出量用于给燃气轮机控制系统供能。

1 事件处置过程

2022年5月31日,省调度中心临时调度启动4号发电机组,并网后燃气轮机控制系统出现“有功功率传感器偏差”的警告信号,自动电压调节控制功能提示退出自动控制模式,运行人员查看有功功率1(来自1252装置)显示-1.1MW,有功功率2(来自PWT装置)显示23MW,励磁系统上传的有功功率显示21MW,初步判断为1252装置的有功功率变送点存在问题,值长马上通知检修人员进行紧急处置。一组检修人员到集控楼监控室重点检查AVC监控系统,发现有功功率显示-1.2MW,另外发电机出口电压和电流参数也不正常,数值不跳变,其测点均来自1252装置变送点,显然是机组并网前的数据,初步判断为1252装置有问题导致其所有变送点都不正常。另一组检修人员前往4号发电机组继保室,查看了测控装置和故障录波装置,显示23MW,正常。到发电机同期测控屏打开后,柜门发现I/O模块的通讯灯闪烁不正常,必须断电重启1252装置,方可恢复正常。与值长沟通后,因该功率点涉及燃气轮机控制系统中的功率调节策略,故先联系热控人员查阅相关联的条件,而后进行信号强制,从而避免1252装置断电重启期间发生的异常情况。

在确认强制相关条件但还未执行时,一名电气人员为进一步确定1252装置故障,判断变送无输出情况,将万用表毫安档直接测量在输出端子,造成直流信号回路短接,引起燃气轮机控制系统的功率点变成坏点,同时发出“有功功率1传感器故障”“有功功率2传感器故障”“功率传感器功率突变”等警告,10s后警告停止。事后查看警告逻辑框图,任一点功率坏点均会触发两个“功率传感器故障”警告,即正常功率点也会随故障坏点发出“传感器故障”警告;从功率曲线图上看,功率点从-1.1突变至-671,经过8s后返回至-1.1。

在确认汽机高压进汽条件满足,并开始高压进汽后,电气人员为了进一步确认1252装置的功率点数值有误原因,用相同的测量方式,将万用表毫安档直接并联在PWT装置的输出端子进行测量。万用表的显示值与测量1252装置的显示值不一致,确定为1252装置功率变送点存在问题。该测量方法会造成直流信号回路短接,使燃气轮机的两个功率值均发生突变,引起燃气轮机控制系统的功率点变成坏点,发出警告信号。事后查看曲线发现功率点从-649经过4s后返回至58。

为防止1252装置功率点重启过程中出现异常,造成逆功率保护动作机组跳闸,热控人员检查及确认强制信号点赋值的注意事项后,拟将两个功率点计算后的数值强制为当前值-1.1,未对相关逻辑进行检查。强制赋值后,电气人员开始断电重启1252装置,燃气轮机控制系统发出“所有有功功率传感器故障”警告,重启过程中使用1252装置输出的变送点都报“传感器故障”,触发L73CESSR(机组旋转备用负荷指令),此时“机组运行状态条件”不满足,延时发送“等待进汽状态”的指令,高压主蒸汽调节阀接受指令关闭阀门,且燃烧模式改变,导致汽机与燃气轮机同时甩负荷,负荷由101MW在24s内降至30MW(DWATT2显示值)。重启1252装置后,输出有功功率显示值恢复正常,负荷降至29MW。

2 燃气轮机控制系统逻辑

早期燃气轮机控制系统未升级时,发生一起与功率有关的甩负荷事件,其逻辑为有功功率值取自1252装置提供的功率变送点和PWT装置提供的功率变送点,经过模型函数计算后,即经过逻辑表决选择后取最高数值的变送点。该逻辑称为“二选高”。

当发生甩负荷事件发生后,优化其计算模型,计算有功功率值时,再增加了一路励磁系统提供的功率变送点。此时,将3个功率变送点经过模型函数计算后进行比较,功率变送点选择中间数值。该逻辑称为“三选中”,并将三个变送点数值显示窗口设计成可赋值窗口。

此事件是发生在燃气轮机控制系统整体硬件和软件进行升级之后,新系统的功率变送点选择值发生变化(图1),即有功功率值取自1252装置提供的功率变送点和PWT装置提供的功率变送点经过模型函数计算后,选择两数值的最大值,后对数值进行信任值校验,同时取消可赋值窗口和增加信任值功能。

功率数值的信任值一是有功功率值训练后(在逻辑界面上点击训练功能),控制模块会计算出一个正常标准偏差,后续会在机组正常运行期间,实时计算功率变送器的变化值,再与正常标准偏差进行比较计算,得出功率的信任值。因此,不同类型的重要变送点应在机组首次并网的初负荷下进行1次训练;二是控制模块会计算该值在稳定状态时的缓慢变化量,通过计算4个不同时间常数下的变化差值,计算出变化率及信任值,并取最小值输出,即功率值漂移［2］。

信任值的功能主要是控制模块中会取最小的信任值作为输出,并以此为依据判断功率变送器的故障情况。信任值低于0.05则认为变送器故障,若两个功率变送器信任值都低于0.05,则判断两个功率变送器均故障,发出关主气门信号,使机组降负荷。

3 原因分析及对机组的影响

强制功率赋值时,未考虑到信任值过低可能导致的异常情况,仅考虑防止逆功率保护动作机组跳闸情况,即强制表决后的输出功率值,对两个功率值均故障的情况,发出关主汽阀门指令,而未采取有效措施,导致机组降负荷。

第一种人为原因是主动干预造成的影响。在燃气轮机控制系统未改造前,在控制画面有“手动选择”按钮,人为主动去选择3个功率点中最合适的信号点,可以避免其中一个坏信号点造成机组甩负荷,也增加“人工赋值”按钮,可以在坏信号点强行赋上正常的信号点,让机组稳定在某一负荷运行。人工赋值是人为强制信号点赋值,其造成的主要影响是失去了备用信号点。强制赋值一个功率值,那么控制模块选择计算后的数值将人为切换至另外的正常点,如果另外的正常点也发生问题,就会发生不安全事件。改造后,取消“人工赋值”和“手动选择”按钮,使运行人员发现问题,也无法直接主动去干预。

该事件将万用表毫安档直接在输出端子进行测量(采用并联测试方法),会造成直流信号回路短接,引起燃气轮机控制系统的功率点变成坏点,导致该正常的有功功率数值跳变,影响了燃气轮机控制系统的控制模块对该数值真实性逻辑判断。第一次测量1252装置输出的功率值,触发了第一个数值的信任值计算逻辑,第二次测量PWT装置输出的功率值,触发了第二个数值的信任值计算逻辑,致使控制系统判断两个功率变送器均故障,发出关闭主气门信号,机组降负荷。

第二种人为原因是误操作造成的影响。误操作是指根据现场检修经验,个人行为由于满足了特定条件,有可能造成不安全事件或使机组带“病”。例如,现场人员并联测量方式测试直流信号造成该测点变坏点,而后该突变严重影响控制系统监控,带来灾难性数据分析,得出不正确的计算值。对于1252装置变送输出问题,测量方式和测量显示的数值变化不够敏感,两次测量方式,特别是第二次测量方式严重干扰了正常数据的上送,从而引起机组降负荷,影响了机组安全性和可靠性。

上述事件也暴露了一个对机组可靠运行有影响的问题,无论是主动干预还是人为误操作,运维人员发现功率显示值突变,都无法及时深究其原因,也未能及时人为介入干预,致使控制模块计算功率值漂移,进一步导致其跳机逻辑条件的满足,发出降负荷指令。

4 1252装置主要问题及解决办法

该电厂Nexus1252型高性能数字多功能监测表存在的问题主要有模拟量输出值保持不变,模拟量输出值不正常和宕机、数据假死两个方面。

针对模拟量输出值不正常的检查与测试,第一步,检查电源,测试直流电压是否正常。如果电压不正常,检查各接线端子是否有松动或断开负载的电压线,测试其直流电压是否正常。如果电压还是不正常,确定为电压电源模块故障,解决方法为更换新直流电压源;第二步,用直流钳形表测试输出电源,看负载是否发生短路或接地。如果是电流值不正常,可以进一步断开部分负载,看是否电流发生变化。当电流变稳定后,就可确认是断开的该模块出现故障,解决方法为更换新模块,重新配置新参数;第三步,判断通信是否故障,主要现象是通信指示灯不亮或无间断性交替闪烁,进一步排查通信端口有无损坏,紧固螺母是否松动、锈蚀、断裂或接触不良。若发现异常,更换通信线;若无异常,确认参数是否被重置,连接上笔记本电脑,打开专用程序,查看日记是否有重置记录。如果没有,将备份的参数直接导入后重启,检查输出是否恢复正常,大多数情况可以恢复正常。

针对监测表宕机、数据假死的检查与测试,一是由于Nexus1252型高性能数字多功能监测表产品投运时间已有15年,且功能繁多,因此,数据的采集、分析会占用大量内存,得到的数据经处置器也会产生大量数据而导致处置器运算速度变慢,甚至出现数据不稳定、宕机、假死等情况,这是1252装置特殊的故障情况。该情况的现场检查显示均无异常情况,唯一故障现象为监控系统画面上数值不会跳动,保持不变。解决方法为将监控采集到的数值强制赋值后,对1252装置进行断电重启以释放内存;二是存储逻辑存在漏洞,电源模块输入或输出欠压或异常情况下,软件无容错机制,造成存储芯片内数据丢失、堵塞或数据存储不全［3］。解决方法为更换对应的模块或插件。

5 对机组的运行控制采取的措施和干预手段

一是总结上述事件中的经验教训,制定相应的现场处置方案和干预手段,加强全员技术培训,特别是功率控制及涉及甩负荷的相关逻辑,如值班员通过画面“控制按键”进行人为干预、相关人员强制输出相应的信号和及时更换相应插件等技术手段。同时,掌握万用表正确的测量方法,避免再次发生降负荷停机事件。

二是对继保室内重要保护和测控柜,做好警示标识,提示带电部位的危险点,加强防范人为原因造成的非正常停机的意识;定期对涉及调节、控制类的变送器进行检验,必要是缩短检验周期。同时,对机组的1252装置参数进行备份,以便最短时间处置故障。

三是针对此类型的装置,研究在线更换功率变送器的可行性措施或考虑其他品牌的型号有无类似情况进行改造,进一步优化1252装置内部程序和燃气轮机控制系统的逻辑。当1252装置运行时间较长,性能会趋于不稳定,故须能关闭不相关的功能［4］,完善相关逻辑,重新在画面上增加“手动赋值”选择键。当发生功率变送器故障时,可人为干预逻辑条件。

6 结束语

机组甩负荷会对电网造成很大危害,仅一个功率值就将导致机组非计划停机。因此,提高设备的可靠性及运维人员的技术水平尤为重要。本文通过对一起故障的处置过程及原因进行分析,从中吸取教训,正确对待干预的双面性,充分认识到缺陷处置的危险性,必要时应提高标准要求,完善相应的现场处置方案。