300MW机组空气预热器均停保护系统故障分析

贺 宁

（大唐河北发电有限公司马头热电分公司，河北 邯郸 056044）

大唐河北发电有限公司马头热电分公司9、10号锅炉为DG1025/17.4－Ⅱ12型、亚临界参数、四角切圆燃烧、自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、半露天布置、全钢构架的∏型汽包炉。每台锅炉配2台三分仓容克式回转空气预热器，主轴垂直布置，烟气和空气以逆流方式换热。转子直径10.32m，转子转速1.14r/min。每台空气预热器除配备主驱动电机和辅驱动电机外，还配有手动盘车装置与气动马达。主辅驱动电机互为联锁，当主辅驱动电机均出现故障时，气动马达连锁启动。在机组正常运行时，若空气预热器发生跳闸事故时，为防止空气预热器在高温烟气冲刷下受热变形，锅炉安全监视系统（FSSS）设计有空气预热器均停停炉保护，保护逻辑为单侧空气预热器跳闸时，延时联跳同侧送、引风机，关闭该侧空气预热器烟气进口挡板并触发RB。双侧空气预热器均跳闸时，MFT动作，锅炉安全停炉。

1 故障情况介绍

2010年12月21日14时29分，9号机组负荷281MW。14时30分，运行监屏人员发现9号机组空气预热器间隙调整系统失电。15时08分控制中心检修人员到达现场，检查后发现空气预热器间隙调整系统总电源开关掉闸、间隙调整系统PLC停运。检修人员做外观检查未发现其它问题，重新送电。15时13分推上该系统的电源开关，PLC指示灯显示运行正常，但空气预热器间隙调整装置的液晶触摸屏仍为黑屏。15时14分，FSSS首次跳闸记忆出“2台预热器均停”信号，MFT动作，机组掉闸。MFT动作前后相关历史曲线见图1。

图1 MFT动作前后历史曲线

2 故障原因分析

9、10号机组投运后，空气预热器均停保护系统根据设计院提供功能说明书要求，设计如下：每个空气预热器转子旁边安装1个接近开关，转子上设计有2个凸沿，相隔180°。转子转动时，通过低转速接近开关监测凸沿发出脉冲信号，送至空气预热器间隙调整PLC中，PLC检测就地接近开关1min内接通2次则判断空气预热器运转正常，否则为停转。并发出空气预热器停转DO信号至DCS中供FSSS做逻辑使用。电源系统设计如下：从热工总电源引来一路220V交流电源送入间隙调整系统盘柜后，分为两路输出，一路为间隙调整PLC输入电源，另一路为24VDC电源模块输入电源。24V电源模块输出供给就地低转速接近开关、继电器线圈、间隙调整系统执行机构反馈及信号隔离装置。空气预热器电源系统示意见图2。

图2 空气预热器电源系统

对原有设计进行分析，发现每侧空气预热器仅有1个低转速接近开关监测空气预热器转动状态且与间隙调整装置合用，中间传输环节过于复杂。电源设计方面：2台空气预热器的保护信号的电源没有分散，重要保护信号与其它设备的电源也没有分散。如果24V电源消失，而PLC运行正常，低转速接近开关输出信号保持不变，PLC检测不到低转速接近开关的翻转信号，即判断2台空气预热器停转。

分析历史曲线及SOE记录，发现空气预热器转速、电流均正常，而首次跳闸记忆为“2台空气预热器均停”，初步判断为保护误动。对空气预热器间隙调整系统进行深入检查，发现机柜内24V电源模块故障。由于该电源模块提供2台空气预热器的低转速接近开关的供电电源。如果24V电源消失，而PLC运行正常，低转速接近开关输出信号将消失，PLC检测不到其翻转信号，即判断2台空气预热器停转。还原事故经过，认为24V电源模块首先发生故障，导致空气预热器停转信号误发，但由于24V电源模块故障同时造成空气预热器间隙调整系统总电源掉闸，PLC失电，空气预热器停转信号因没有电源驱动而不能发出。当控制中心检修人员对系统进行送电后，PLC上电正常运行，而接近开关仍处于停电状态，无法进行翻转。PLC判断出空气预热器停转信号并发出，导致机组保护误动跳闸。

《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》［1］明确规定：触发停机停炉的热工保护信号测量仪表应单独设置；当与其他系统合用时，其信号应首先进入优先级最高的保护联锁回路，其次是模拟量控制回路，顺序控制回路最低。控制指令应遵循保护优先原则，保护系统输出的操作指令应优先于其他任何指令。因此，对FSSS中空气预热器均停保护进行优化整改。

3 优化方案及效果

3.1 优化方案

3.1.1 整改保护测量回路及电源系统

原有接近开关仍作为间隙调整使用，不参与FSSS逻辑。每个空气预热器上另加装2个接近开关，作为FSSS专用。并在盘柜中设计两路不同的24VDC电源，实现同侧空气预热器2个接近开关及继电器电源分散。继电器J1－J4各输出一对常开触点接近至DCS系统中参与保护逻辑设计。接近开关接线原理见图3。

图3 接近开关接线原理

3.1.2 优化 DCS组态

2个接近开关同时监测该侧空气预热器转子上的2个凸沿，每个接近开关大约30s左右发出1个脉冲信号，送入DCS中做逻辑判断。当DCS监测到同侧2个接近开关在40s内均无翻转信号时，即判断该侧空气预热器停转。为确保设备稳定性，将驱动电机变频器转速也作为停转信号判断依据，并将所有停转判断条件做“或”逻辑触发光字牌。空气预热器优化后组态逻辑见图4。

图4 空气预热器优化后组态逻辑

如图4所示，当同侧空气预热器2个接近开关在40s内均未监测到翻转信号，且同侧驱动电机变频器输出转速低于150r/min时，DCS判断该侧空气预热器停转；双侧空气预热器均停，MFT动作。当上述任一条件成立时，光字牌报警。

3.2 优化效果

通过以上优化工作，将空气预热器保护回路与间隙调整回路进行隔离，为控制回路检修提供了便利，也提高了系统运行的可靠性；增装2个保护专用接近开关，实现了保护用信号的冗余；设计两路独立的24V电源模块分别供给2个冗余的接近开关，实现电源系统的分散，降低了系统运行的风险。整改工作完成后，系统运行稳定可靠，保护动作正常，为机组安全稳定运行提供了保障。

4 结束语

空气预热器是火电机组锅炉侧重要辅机设备，在火电机组保护系统中，均设置有空气预热器均停保护项目，使空气预热器在意外掉闸后，能够安全停炉，避免其在高温烟气的冲刷下受热不均变形，造成严重损失。在机组检修过程中，对空气预热器均停保护的测量回路进行整改，与其它系统进行隔离，并对电源系统进行冗余设计，大大提高了其运行的可靠性，保障了机组的安全稳定运行。

［1］ 电力行业热工自动化技术委员会.火电厂热控系统可靠性配置与事故预控［M］.北京：中国电力出版社，2010.