望亭发电厂#3机组跳闸原因分析

包晓军

(上海华电闵行能源有限公司，上海 201108)

1 系统概况

望亭发电厂#3机组为660 MW超超临界燃煤机组，采用OVATION分散控制系统(DCS)。由于选用上海汽轮机厂基于西门子技术的660 MW汽轮机，因此数字电液控制系统(DEH)采用西门子公司配置的T3000控制系统，未能一体化。该机组于2009年6月27日通过168 h试运行后投入生产。

2 跳闸情况和处理过程

2009－12－18 T 04:38:27，#3机组正常运行中突然发生跳闸，主汽门调门几乎同时关闭。当时工况为:功率420 MW，主蒸汽压力17.59 MPa，主蒸汽温度584.4℃，再热器温度549.8℃，高压调门开度32.8%，中压调门开度99.8%，EH油母管压力15.99 MPa，主机真空度4.29 MPa，各参数全部正常。跳闸后，热工人员对DCS的SOE事故追忆和DEH系统的FIRST OUT首出条件进行事故追忆。DCS的SOE事故追忆为“汽轮机跳闸”，而DEH的首出画面上除了“锅炉保护动作”外未有任何跳闸信息。通过分析并根据运行以来的经验，认为跳闸顺序应以DCS的SOE为准，因此，重点对DEH的数据进行排查。调用历史数据发现:在机组调门关闭前27 s，EH油压从15.99 MPa下跌至14.59 MPa并有波动，因此，笔者认为第1次跳闸是由于EH油系统内漏、油压瞬间波动造成调门关闭而使逆功率保护动作所致。采取的处理方法:由机务人员对EH油系统进行检查和分析，对EH油泵做顶油压试验。10:00，#3机组锅炉点火;15:55，发电机并网。

2009－12－18 T 07:58:47，#3机组在以371 MW负荷运行过程中再次发生跳闸。同样，DCS的SOE事故追忆为“汽轮机跳闸”，而DEH的首出画面上显示“锅炉保护动作”;同时发现DEH和DCS的时钟不同步，且DEH本身3个控制器之间的时钟也不同步。因此，厂部决定联系外援共同对#3机组DEH系统进行分析。经过外援技术人员和望亭发电厂技术人员共同讨论分析后，决定采取以下排查方案:

(1)由西门子厂家对#3机组的DEH控制器卡件进行升级，卡件从#4机组拆下。

(2)由望亭发电厂热工、运行、电气、汽轮机各专业相关人员做好润滑油泵和顶轴油泵、轴封系统的安全措施，防止DEH系统测试和升级造成润滑油、顶轴油失去。

(3)由热工专业人员对所有保护回路(包括横向保护回路)进行校验。

(4)由西门子技术人员和热工技术人员对西门子DEH系统硬件进行测试，包括控制器和I/O模件、操作员站、软件服务器、历史记录站、网络交换机、系统电源及连接、软件服务器。试验包括控制器冗余切换试验、断网故障试验、控制器断电/切换试验及装载试验。

(5)由西门子技术人员对DEH自带的GPS装置重新设置。

整个试验和硬件升级从2009－12－19 T 18:00开始，直到12－20 T 04:30结束。保护回路的校验由热工专业人员根据保护清单一一检查，未发现异常。试验中发现以下问题:

(1)在做DEH西门子控制器各类试验时，报警诊断一览中能瞬时反映各类信息，但部分信息时间偏移较大，有的信号时间偏差在历史趋势中达15 min。

(2)DEH西门子报警诊断信息在没有人工确认的情况下会自行消失。

(3)DEH 30CJJ11控制器在做冗余切换时，发现EH油压下跌，EH油泵低压力自启动后持续下跌至3.5 MPa。

(4)在做30CJJ11控制器的光缆通信故障时，发现短网后会发生机组跳闸，但DEH没有首出条件。

(5)在做30CJJ11控制器冗余切换时，盘车转速下跌至14 r/min。

(6)30CJJ11控制器在做冗余切换时，一次调频测试回路的算法中有归零现象。

(7)30CJJ11控制器下装过程中，顶轴油泵发生跳闸。

西门子技术人员对上述异常未有合理解释。控制器在切换、下装过程中出现了初始化“归零”的现象，初步分析认为机组跳闸原因可能是CPU控制器在运算过程中发生异常后进行了初始化，造成模拟量信号和开关量信号“清零”，主汽门、调门的跳闸电磁阀失电而使机组跳闸。

测试结束后，由西门子技术人员对30CJJ11，30CJJ12，30CJJ13的3个控制柜中的电源模块、通信模块、417CPU模块、458CPU模块进行了更换。更换结束后，重新对新的控制器进行了测试，未发生油压下跌、盘车转速降低的现象。对保护回路又进行了部分抽查，确认新的控制器没有问题后，2009－12－20 T 05:20，对机组再次进行点火启动。

2009－12－20 T 11:21:45，#3机组在负荷350 MW时发生了第3次跳闸，跳闸现象同前两次。发生机组跳闸后，热工人员在第一时间打印了ADS报警信息，报警信息中显示“CON PRESS FAULT”等信息。热工专业人员根据报警信息对主机真空信号进行了检查和历史数据追忆，未发现任何异常。同时对#1控制器中的跳闸电磁阀回路的接线、电源电压、电缆进行了全面测试和接线紧固，对超速保护卡进行了测试，并邀请相关专家对望亭发电厂的上述问题进行分析。

3 跳闸原因分析

2009－12－20 T 19:00，上海汽轮机厂的专家根据望亭发电厂提供的信息逐一排查，最终找到了#3机组3次跳闸的真正原因:3个“低压缸后连通管蒸汽压力”信号之间偏差大于0.3 kPa，延时3 s以上发出汽轮机跳闸指令，跳闸信息公用“主机真空度低跳闸”通道。由于汽轮机主保护的所有首出信号均要通过通信方式从#2控制器传送到#1控制器，有2 s的通信延时，而每次跳闸锅炉MFT的硬接线信号速度远远快于通信速度，因此，MFT的信号必将屏蔽汽轮机本身的跳闸信号。该保护信号从技术协议谈判到现场资料交接，再到调试报告，均无此项保护，而“低压缸后连通管蒸汽压力信号故障”跳闸的信息表现为“主机真空度低”，从而误导了电厂技术人员对跳闸事件的分析判断，延误了机组的启动和发电。

4 解决方案

(1)将“低压缸后连通管蒸汽压力”信号偏差大故障跳闸保护改报警。

(2)将FRISI OUT首出画面中的MFT信号从逻辑中的RS触发器的出发条件取消(锅炉跳机功能不变)。

5 存在的问题

从此次事件的处理过程来看，暴露出了产品质量、工程管理、设备管理、基建调试质量以及对新技术的吸收等问题。

(1)首先，“低压缸后连通管蒸汽压力”信号所用的西门子变送器选型不当，在选型中未考虑该参数在机组低负荷时有负压现象，膜片易变形，因此需选用绝压变送器。

(2)西门子自带的 GPS时钟发生故障，造成DEH控制器之间的时钟不同步，在历史趋势中表现为先后顺序颠倒，造成错误判断。

(3)西门子ST3000控制系统产品技术不成熟。首先，硬件设计不完善，冗余切换、时钟同步、报警信息等均存在问题，给分析判断带来了极大的困难，甚至产生误导;其次，逻辑功能系统设计过于复杂，仍沿用原西门子PLC的思路来设计逻辑功能，尤其是硬件保护和软件保护相互嵌套，层次不清晰，将简单功能复杂化，给逻辑功能的查询也带来了极大的不便。因此，在保护逻辑回路的梳理及隐患排查中容易疏漏。

(4)上海汽轮机厂对西门子汽轮机的技术消化吸收不够，因此，制造厂所供的资料中没有任何关于“低压缸后连通管蒸汽压力”信号偏差大的保护。望亭发电厂工程技术人员在调试中多次要求上海汽轮机厂提供一份准确的清单，但其所给的最终清单中并没有此项保护，而望亭发电厂也从未要求制造厂设计此项保护。

(5)基建调试不到位，调试报告中关于主机ETS保护回路的校验有18项保护，未涉及“低压缸后连通管蒸汽压力”信号故障跳闸。

(6)DEH的报警和首出画面设计不合理，如首出条件中每次机组跳闸，由于信号的通信传输方式不同，MFT保护信号会屏蔽其他真正的跳闸信号。“低压缸后连通管蒸汽压力”信号故障跳闸在画面中取名“主机真空度低跳闸”，完全误导了分析。

6 建议

(1)加强对西门子新系统的使用培训，热工专业人员应列出培训计划，加快实施培养西门子控制系统的专门人才。

(2)热工专业人员应列出保护回路的排查计划，分类、分系统由专人负责对所有进入DCS的信号进行功能排查，要求弄清每个信号在DEH系统中的作用，以完善#3机组的“热工在线消缺卡”。

(3)尽快完善DEH系统的GPS时钟同步问题。

(4)列出西门子控制系统存在的问题，要求上海汽轮机厂及西门子厂家书面答复并提出解决方案。

(5)列出DEH系统中西门子变送器的清单，重新核实，重新选型并进行更换。

［1］盛伟.电厂热力设备及运行［M］.北京:中国电力出版社，2007.

［2］李遵基.热工自动控制系统［M］.北京:中国电力出版社，1997.

［3］胡寿松.自动控制原理［M］.北京:国防工业出版社，1990.

［4］陈夕松，汪木兰.过程控制系统［M］.北京:科学出版社，2005.