火检系统故障导致机组跳闸事故的分析及防范

王鹏鹏

(天津大港发电厂，天津 300272)

1 机组概况

某火电厂310 MW机组汽机为北京北重汽轮电机有限责任公司生产的NCK310—17.75/540/540型亚临界、中间一次再热、三缸双排汽、单轴、直接空冷抽汽冷凝式汽轮机;锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的HG-1038/18.34-HM35型亚临界、一次中间再热、自然循环汽包炉，采用平衡通风、四角切圆燃烧方式，双层等离子无油点火。制粉系统采用中速磨正压冷一次风直吹式送粉系统，配置5台ZMG113G-I型中速磨煤机。各煤层燃烧器四角分别配备1套火检，安装在对应燃烧器上方的二次风道内。火检系统采用美国COEN公司生产的ISCAN智能一体化火焰检测器，共20套。A，B层四角8台等离子燃烧器均安装由烟台龙源电力技术公司配供的图像火检。锅炉主燃料跳闸(MFT)保护功能由鲁控公司的LN-2000型分散控制系统实现。机组于2011年10月底完成168 h试运后正式投产发电。投产后机组一直安全稳定运行，但在2012-10-25，该机组发生了一起因火检系统故障导致的非计划停运事件。技术人员对事故原因进行了认真的分析查找，并对火检系统在供电回路设计上存在的深层次隐患做了改进设计，有针对性地制定了相应的防范措施，有效地避免了类似事故的重复发生。

2 事故经过

2012-10-25T18:52:00，机组在协调方式运行正常，电功率221 MW，主汽压力15.5 MPa，主汽温度541.4 ℃，A，C，D 3台磨煤机运行，B，E磨煤机备用，总煤量为153 t/h的情况下，锅炉燃烧稳定。18:52:48，机组在无任何运行操作的情况下发生MFT，大联锁保护动作，联锁汽轮机、发变组跳闸，机组与电网解列，汽轮机交流油泵联启正常，厂用电切换正常，DCS操作员站显示MFT首出为全炉膛火焰丧失。

3 事故原因分析

根据DCS操作员站显示的MFT首出跳闸因素，确定锅炉全炉膛火焰丧失保护动作是导致MFT发生的原因。因此重点安排查找锅炉全炉膛无火信号触发的原因。

该机组锅炉全炉膛无火主保护信号的逻辑判断示意如图1所示。

从图1可以看出，触发全炉膛无火主保护信号动作可分为以下2种情况。

(1) A层或B层中任一煤层在等离子点火模式，且对应层四角等离子燃烧器至少3个角启弧成功(煤火检有火)15 s以上的情况下，所有煤层均发出火焰丧失信号。

图1 锅炉全炉膛无火主保护信号的逻辑判断示意

(2) 在正常模式(即A，B层均不在等离子点火模式)，任一台给煤机运行2 s以上的情况下，所有煤层均发出火焰丧失信号。

由于事故发生前，机组负荷为221 MW，锅炉燃烧稳定， A，C，D 3台磨煤机正常运行，因此全炉膛无火主保护信号是在第2种情况下触发的。分析MFT发生前后1 min内各煤层层火焰及各角燃烧器火检的趋势可以看出，MFT发生时正在运行的A，C，D磨煤机对应煤层所有1号角火焰均检测正常，为有火状态，而2，3，4号角火检有火信号突然同时消失。根据逻辑判断，如果煤层燃烧器的4个角中有3个或以上角火检发出无火信号即判断为该煤层层火焰丧失，因此导致正在运行的A，C，D煤层均发出层火焰丧失信号，触发了全炉膛无火MFT动作。

COEN公司的ISCAN智能一体化火焰检测器把经光纤检测到的火焰信号进行智能化处理，一方面把火焰强度(0～100 %)转换成4～20 mA的模拟量信号输出至DCS实时显示，为运行人员对实际燃烧情况的监视调整提供依据。另一方面在火检处理器中设定了一个阈值，当火焰强度高于12.5 %时，火焰检测器会自动输出一个代表有火的开关量信号至FSSS系统，用于判断锅炉火焰是否丧失保护。

从MFT发生前1s的报警记录可知，在MFT之前1 s，所有煤层的2，3，4号角燃烧器火检强度模拟量信号同时异常，发出报警，火焰强度瞬间同时从正常值突变至12.5 %以下，3，4号角火检强度变为坏值，1 s后又自动恢复至0，而所有煤层的1角燃烧器火检火焰强度未见异常。因此初步怀疑跳闸前所有煤层2，3，4号角燃烧器火检处理器均同时发生了瞬间失电的异常情况。

火检系统电源回路接线如图2所示。从图2可以看出，火检系统共设计有厂用保安段和UPS供的2路220 VAC电源，分别经过直流电源转换模块变成24 VDC。2个电源模块的24 VDC正端经过二极管后并接在一起，引出1根24 VDC正端母线供至FU保险端子排，在FU端子排上通过勾线互相并接后供至各煤层四角火检处理器电源正端；2个电源模块的24 VDC负端并接在一起后，引出1根24 VDC负端母线供至JX端子排，在JX端子排上通过勾线互相并接后供至各煤层四角火检处理器电源负端。

对火检系统就地电源柜各端子接线进行检查，发现JX端子排第12端子(图2中所示故障点)处24 VDC负端电源勾线接线松动。由于第12端子虚接，直接导致其下方12～26端子对应的所有煤层2，3，4号角火检24 VDC电源负端浮空，使A～E层2，3，4号角的火检处理器同时瞬间失电，火焰强度输出同时变为0或坏值，并发出火检无火信号，各煤层均有3/4火检无火，构成所有煤层火焰丧失条件，触发了全炉膛无火信号。

基于以上分析，造成这次机组跳闸的直接原因是火检系统就地电源柜JX端子排第12端子接线松动，导致所有煤层2，3，4号角火检处理器全部失电，锅炉全炉膛无火主保护信号误发引起MFT动作。

图2 火检系统电源回路接线

4 暴露的问题

(1) 隐患排查工作不深入细致。在机组基建和试生产期间未能及时发现火检系统在供电回路设计上存在的安全隐患。由于所有火检处理器24 VDC电源正、负极设计均采用1根导线通过在端子排上并联勾线的供电模式，如果个别接线端子松动或接触不良必然导致所并联下方端子对应的所有火检处理器全部失电，影响机组的安全稳定运行。

(2) 在设备管理和维护方面还存在不足。设备维护单位未严格按照要求对火检系统就地电源柜进行定期检查紧线工作，未能及时消除设备运行中可能存在的隐患，致使基建时接线施工工艺不良的端子接线在经过现场长时间运行后发生松动。

(3) DCS数据库中部分重要输入点报警设置不当，致使各角火检无火、煤层火焰丧失等重要开关量信号动作未能在报警记录中准确显示，而是通过火检强度模拟量报警信息和调取历史趋势后才得以

判断确认，给事故的及时准确分析带来不便。

5 改进及防范措施

5.1 火检系统供电回路的改进

为了从根本上消除火检系统存在的隐患，对火检供电回路进行了改进。

(1) 将FU保险端子排(火检24 VDC正端)左侧各电源勾线拆除后更换成一组带塑的短接片；将JX端子排(火检24 VDC负端)左侧各电源勾线拆除后，在端子排中间加装固定桥接式短路连接片。消除因勾线接线松动造成电源中断的隐患。

(2) 从D2二极管后增加1根电源母线(24 VDC正端)接至FU端子排的最下方端子，和端子排最上方原来的24 VDC正端母线构成环形冗余供电。从直流电源模块负端增加1根电源母线(火检24 VDC负端)接至JX端子排的最下方端子，和端子排最上方原来的24 VDC负端母线构成环形冗余供电。当其中某1根电源母线故障或端子排某一端子松动时，仍可通过另1根电源母线从另一方向供电，即使有一个端子松动也不会影响到其他火检处理器的正常供电。从根本上消除了原设计供电方式所存在的隐患。

(3) 将A层1角火检与A层2角火检、E层1角火检与E层2角火检、D层2角火检与D层3角火检、A层3角火检与A层4角火检、E层3角火检与E层4角火检的24 VDC正端和负端分别在对应端子排左侧端子处两两并接。短接线采用多股软线，将2根软线压接成1个接线棒，并严格按照工艺标准进行紧固。当某一端子接线发生松动时，其他火检处理器仍能保持端子排上下两路电源母线的冗余供电，这就大大减小了某一端子接线松动产生的影响范围，提高了火检电源供电的可靠性。

5.2 加强设备维护和定检工作

严格按照DL/T774-2004《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》中的要求和工艺标准，加强对现场热工设备的检修维护。定期对火检系统就地控制柜、电源箱、接线盒等进行检查、吹扫和整体紧线工作，紧线时要确保导线与端子接触良好牢固，并举一反三，对机组其他具备处理条件的系统控制柜采取可靠措施，并安排检查紧线，对暂时不具备条件的系统控制柜，可利用最近的检修机会进行全面检查处理。

5.3 完善DCS系统数据库报警设置

对DCS数据库中各角火检无火、煤层火焰丧失等重要开关量信号输入点的报警设置进行修改，去掉报警屏蔽选项，并进行模拟传动试验验证报警记录的正确性。同时对数据库中涉及机组主保护、重要辅机保护测点和主要设备监测状态点的报警设置进行检查完善，确保机组发生异常时DCS系统能够准确地记录所有的重要报警信息，为事故及时分析处理提供依据。

6 结束语

通过对这起火检系统故障导致机组跳闸事故的原因和暴露问题进行分析，并采取有针对性的改进防范措施，消除了火检系统存在的隐患，提高了锅炉火焰检测和灭火保护的可靠性，有效避免了类似事故的重复发生。

国电发[2000]589号《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》在关于防止锅炉炉膛爆炸事故中明确要求：要加强锅炉灭火保护装置的维护与管理，热工仪表、保护、给粉控制电源应可靠，防止因瞬间失电造成锅炉灭火。这起机组跳闸事故充分暴露出在控制系统隐患排查和设备维护管理方面存在的不足，需要认真从中汲取教训。要严格按照《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》和DL/T774-2004《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》的要求，切实做好控制系统隐患排查和现场设备的检修维护工作，不断提高保护可靠性，降低保护误动几率，保障发电机组和电网的安全稳定运行。

1 DL/T774-2004火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程[S]．北京:中国电力出版社，2005.

2 国家电力公司发输电运营部．防止电力生产重大事故的二十五项重点要求[M]．北京:中国电力出版社，2001.