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摘要:分析了台山电厂600MW亚临界机组ETS系统设计上存在的隐患,结合机组上汽厂ETS系统运行中出现的问题及试验,提出优化建议并落实整改,为机组安全运行保驾护航。
关键字:ETS 电源 保险丝 隐患 优化
一、系统概述
台山1-5号机组(600MW)汽机危急遮断系统(ETS)由上海汽轮机有限公司(STC)生产。ETS系统应用了双通道概念,允许重要信号进行在线试验,在线试验时仍具有保护功能。其PLC由主、辅PLC组成并独立运行,主辅PLC都含机组所有主保护功能,主比辅PLC多ETS通道试验功能。I/O卡件公用就地设备的输入信号和输出信号,其PLC冗余配置属功能性冗余。主辅PLC输入、输出共同驱动所控制的对象,当出现一套PLC故障时不影响就地设备运行。
二、问题分析
台山一期5台机组ETS系统的双通道设计不论是从交流电源的冗余配置、切换、监视,还是直流电源的冗余和防止并列、熔断开关的选择等都符合DL/T5455、GB 14048等相关设计标准和规范,但原设计仍然存在一些问题。尤其是长期稳定地运行了7至10年时间后,相关器件老化使得问题暴露得更明显。
1、AST危急遮断电磁阀控制回路只有软回路,通道保护信号进入PLC,通过软件判断触发遮断指令,使就地AST电磁阀失电泄掉EH压力油实现停机。即便是ETS系统主保护中的手动停机也是由运行操作台的手动停机按钮送至PLC系统进行逻辑判断实现,当PLC系统故障时存在主保护拒动可能。
2、我厂一期5台机组ETS系统总进线电源(220VAC)有两路,分别取自UPS不间断电源盘和APS厂用电电源盘(保安A段)。其交流供电部分如图1所示:交流220V电源由两路电源冗余供电,分别供给主、辅PLC、ETS通道一、二的AST停机电磁阀及试验电磁阀,并通过RAK3继电器进行电源故障切换。由图可以看出机组运行时APS路作为主供电电源,该路故障时才会由RAK3继电器切换至UPS路。主路电源来自汽机保安A段,当厂内电网波动(台风、雷电、电网异常、设备故障等)导致系统供电波动或者厂用电切换时保安A段掉电,而RAC3由于老化等原因导致辅供电UPS切换不及时,则直接导致机组跳闸。
3、控制柜风扇电源及检修插座的配置。主、辅PLC 220V电源及机柜风扇电源同时取自电源继电器RAC3接点1,7。当机柜风扇故障短路或者接地时,势必会对该线路上的主辅PLC供电产生严重影响,甚至引起PLC电源失去导致机组跳闸。而检修电源直接取自220V交流母线且没有设空开或熔断保护器。检修人员用柜内检修电源带外部负载进行工作,由于外部负载不可靠引发将对交流母线造成干扰或掉电,威胁ETS系統正常运行。
4、台山#1、#2号机组ETS系统主辅PLC电源,通过RAC3继电器干接点直接取自220V交流母线,没有单独设置空气开关。当其中一套PLC故障时将无法进线在线更换,机组安全运行失去保障。3/4/5号机组存在此空开(图2),为在线抢修提供可能(2012年4月我们成功在线更换5号机ETS系统主PLC)。
5、直流电源部分:
该直流系统在就地短接情况下,若该回路的熔丝熔断不及时或者不熔断,就会引起整个电源失去导致机组跳闸。2013年11月30日3号机A修后试验时,ETS系统操作面板故障短路,机组跳闸。模拟挂闸,对ETS24V直流系统进行在线试验,对其输出负载进行接地及短接试验:
1)前6路电源回路就地设备接地或短接对ETS系统正常运行无影响(原因为就地设备短接后回路仍带通道负载,24V直流无变化)。前6路电流钳流值分别为0.15A、0.21A、0.14A、0.11A、0.13A和0.02A。
2)操作面板电源回路熔丝用2A测试时,电压由23.1V瞬间降低至10.473V,6.8ms后恢复。卡件查询电压没有低于7.2V的通道动作值(试验得出),没有触发ETS跳闸指令。用原设计熔丝容量3A时,熔断不及时,电压瞬间拉低使机组跳闸(反复模拟,试验得出查询电压由23.1V瞬间降低至3.623V,熔断时间约为44.8ms)。
三、优化建议及措施
1、增加一路ETS打闸硬回路按钮。原手动打闸按钮作为停机按钮1,通过增加停机按钮2,并将其常开节点与按钮1的常开点串接作为PLC手动打闸条件(同时按下),可有效防止人员误操作,同时降低按钮本身故障带来的保护误动;硬回路方面:停机按钮1直接控制AST遮断块通道1的工作电源,停机按钮2控制通道2的工作电源,同时按下停机按钮可直接停机,去掉了通过PLC系统逻辑判断的中间环节。按钮本身设计有多副接点,在硬回路动作时同时也触发软回路保护,这样也可以实现ETS系统本身报警及控制信息的监控。
2、考虑到电气侧UPS电源可靠性更高且有稳压作用,用UPS作ETS系统主供电。同时规避电源切换时RAK3继电器老化切换不及时的风险。
3、取消检修电源,需要电源检修时,从电子间墙角插座接入,防止外部负载异常对ETS系统电源产生影响;风扇电源与主、辅PLC电源隔离开,从辅路220V母线单独取,防止风扇异常短路时同时影响主辅PLC供电。
4、为#1、#2机组ETS系统主辅PLC电源回路上分别单独加装一个单相空开,防止PLC故障而无法在线抢修更换。
5、#3、#4、#5机组ETS系统增设两个24V直流电源转换装置,其输出作为一路24V直流电源,原设计的两个电源转换装置作另一路24V直流电,形成两路相互独立的24VDC电源。一路作为CH1输入信号采集电源以及1、3号转速继电器电源,另一路作为CH2信号采集电源以及2号转速继电器电源、电压频率转换器电源及操作面板电源。改进后,任一24V电源故障或者供电电源异常均可避免系统保护误动。
6、我厂ETS系统通道试验可在DCS中进行,首出遮断信号在DCS上可视,机组运行不需要操作面板,建议取消操作面板,并断开该回路保险丝;日后需要时可接外部24VDC电源,或者装设2A及以下快速熔断保险丝;其他通道应装设2A保险丝。
7、RAC3为RR3P-UL 220VAC继电器,虽电气寿命达20万次,但仍要避免温度过高环境下过长周期运行。每次检修对其更换校验合格的继电器(要求释放时间小于我厂PLC CPU满载时断电保持时间20ms)可大大避免继电器故障导致的跳机事故。
台电利用机组大小修机会正陆续对包括增加ETS系统打闸硬回路、改UPS作为主供电、更换保险丝取消触屏等措施,目前系统改进过的机组运行稳定,为机组长周期运行提供了保障。
参考文献
1]《火力发电厂热工电源及气源系统设计技术规程》DL/T 5455-2012
2]《低压熔断器第1部分:基本要求》GB13539
关键字:ETS 电源 保险丝 隐患 优化
一、系统概述
台山1-5号机组(600MW)汽机危急遮断系统(ETS)由上海汽轮机有限公司(STC)生产。ETS系统应用了双通道概念,允许重要信号进行在线试验,在线试验时仍具有保护功能。其PLC由主、辅PLC组成并独立运行,主辅PLC都含机组所有主保护功能,主比辅PLC多ETS通道试验功能。I/O卡件公用就地设备的输入信号和输出信号,其PLC冗余配置属功能性冗余。主辅PLC输入、输出共同驱动所控制的对象,当出现一套PLC故障时不影响就地设备运行。
二、问题分析
台山一期5台机组ETS系统的双通道设计不论是从交流电源的冗余配置、切换、监视,还是直流电源的冗余和防止并列、熔断开关的选择等都符合DL/T5455、GB 14048等相关设计标准和规范,但原设计仍然存在一些问题。尤其是长期稳定地运行了7至10年时间后,相关器件老化使得问题暴露得更明显。
1、AST危急遮断电磁阀控制回路只有软回路,通道保护信号进入PLC,通过软件判断触发遮断指令,使就地AST电磁阀失电泄掉EH压力油实现停机。即便是ETS系统主保护中的手动停机也是由运行操作台的手动停机按钮送至PLC系统进行逻辑判断实现,当PLC系统故障时存在主保护拒动可能。
2、我厂一期5台机组ETS系统总进线电源(220VAC)有两路,分别取自UPS不间断电源盘和APS厂用电电源盘(保安A段)。其交流供电部分如图1所示:交流220V电源由两路电源冗余供电,分别供给主、辅PLC、ETS通道一、二的AST停机电磁阀及试验电磁阀,并通过RAK3继电器进行电源故障切换。由图可以看出机组运行时APS路作为主供电电源,该路故障时才会由RAK3继电器切换至UPS路。主路电源来自汽机保安A段,当厂内电网波动(台风、雷电、电网异常、设备故障等)导致系统供电波动或者厂用电切换时保安A段掉电,而RAC3由于老化等原因导致辅供电UPS切换不及时,则直接导致机组跳闸。
3、控制柜风扇电源及检修插座的配置。主、辅PLC 220V电源及机柜风扇电源同时取自电源继电器RAC3接点1,7。当机柜风扇故障短路或者接地时,势必会对该线路上的主辅PLC供电产生严重影响,甚至引起PLC电源失去导致机组跳闸。而检修电源直接取自220V交流母线且没有设空开或熔断保护器。检修人员用柜内检修电源带外部负载进行工作,由于外部负载不可靠引发将对交流母线造成干扰或掉电,威胁ETS系統正常运行。
4、台山#1、#2号机组ETS系统主辅PLC电源,通过RAC3继电器干接点直接取自220V交流母线,没有单独设置空气开关。当其中一套PLC故障时将无法进线在线更换,机组安全运行失去保障。3/4/5号机组存在此空开(图2),为在线抢修提供可能(2012年4月我们成功在线更换5号机ETS系统主PLC)。
5、直流电源部分:
该直流系统在就地短接情况下,若该回路的熔丝熔断不及时或者不熔断,就会引起整个电源失去导致机组跳闸。2013年11月30日3号机A修后试验时,ETS系统操作面板故障短路,机组跳闸。模拟挂闸,对ETS24V直流系统进行在线试验,对其输出负载进行接地及短接试验:
1)前6路电源回路就地设备接地或短接对ETS系统正常运行无影响(原因为就地设备短接后回路仍带通道负载,24V直流无变化)。前6路电流钳流值分别为0.15A、0.21A、0.14A、0.11A、0.13A和0.02A。
2)操作面板电源回路熔丝用2A测试时,电压由23.1V瞬间降低至10.473V,6.8ms后恢复。卡件查询电压没有低于7.2V的通道动作值(试验得出),没有触发ETS跳闸指令。用原设计熔丝容量3A时,熔断不及时,电压瞬间拉低使机组跳闸(反复模拟,试验得出查询电压由23.1V瞬间降低至3.623V,熔断时间约为44.8ms)。
三、优化建议及措施
1、增加一路ETS打闸硬回路按钮。原手动打闸按钮作为停机按钮1,通过增加停机按钮2,并将其常开节点与按钮1的常开点串接作为PLC手动打闸条件(同时按下),可有效防止人员误操作,同时降低按钮本身故障带来的保护误动;硬回路方面:停机按钮1直接控制AST遮断块通道1的工作电源,停机按钮2控制通道2的工作电源,同时按下停机按钮可直接停机,去掉了通过PLC系统逻辑判断的中间环节。按钮本身设计有多副接点,在硬回路动作时同时也触发软回路保护,这样也可以实现ETS系统本身报警及控制信息的监控。
2、考虑到电气侧UPS电源可靠性更高且有稳压作用,用UPS作ETS系统主供电。同时规避电源切换时RAK3继电器老化切换不及时的风险。
3、取消检修电源,需要电源检修时,从电子间墙角插座接入,防止外部负载异常对ETS系统电源产生影响;风扇电源与主、辅PLC电源隔离开,从辅路220V母线单独取,防止风扇异常短路时同时影响主辅PLC供电。
4、为#1、#2机组ETS系统主辅PLC电源回路上分别单独加装一个单相空开,防止PLC故障而无法在线抢修更换。
5、#3、#4、#5机组ETS系统增设两个24V直流电源转换装置,其输出作为一路24V直流电源,原设计的两个电源转换装置作另一路24V直流电,形成两路相互独立的24VDC电源。一路作为CH1输入信号采集电源以及1、3号转速继电器电源,另一路作为CH2信号采集电源以及2号转速继电器电源、电压频率转换器电源及操作面板电源。改进后,任一24V电源故障或者供电电源异常均可避免系统保护误动。
6、我厂ETS系统通道试验可在DCS中进行,首出遮断信号在DCS上可视,机组运行不需要操作面板,建议取消操作面板,并断开该回路保险丝;日后需要时可接外部24VDC电源,或者装设2A及以下快速熔断保险丝;其他通道应装设2A保险丝。
7、RAC3为RR3P-UL 220VAC继电器,虽电气寿命达20万次,但仍要避免温度过高环境下过长周期运行。每次检修对其更换校验合格的继电器(要求释放时间小于我厂PLC CPU满载时断电保持时间20ms)可大大避免继电器故障导致的跳机事故。
台电利用机组大小修机会正陆续对包括增加ETS系统打闸硬回路、改UPS作为主供电、更换保险丝取消触屏等措施,目前系统改进过的机组运行稳定,为机组长周期运行提供了保障。
参考文献
1]《火力发电厂热工电源及气源系统设计技术规程》DL/T 5455-2012
2]《低压熔断器第1部分:基本要求》GB13539