印尼Indomayu电厂高压缸保护误动的分析及处理

蔡国保，刘国弼，赵军峰，安 欣

（西安热工研究院有限公司，西安 710032）

印尼Indomayu电厂3×330 MW机组的锅炉是由北京巴布科克·威尔科克斯有限公司制造的亚临界压力、一次中间再热、单炉膛、自然循环、平衡通风、固态排渣、前后墙对冲燃烧汽包锅炉，型号为B&WB-1050/18.44-M，汽轮机为北京北重汽轮电机有限公司制造的亚临界、一次中间再热、单轴三缸双排汽凝汽式汽轮机，型号为N330-17.75/540/54，采用中压缸启动方式。设计了50%高压和2×35%低压两级串联旁路。

1 中压缸启动过程

为了缩短启动时间，节省启动成本，同时为减小高、中压转子的寿命损耗，降低对再热器管道材质的要求，设计采用中压缸启动模式。

中压缸启动是指在冲转时高压缸不进汽而由中压缸进汽冲动转子，待转速至3 000 r/min且机组并网后，才逐步向高压缸进汽的启动方式，汽轮机组蒸汽系统如图1所示。启动时，首先开启高压排汽倒暖阀，关闭高压缸抽真空阀。高压缸抽真空阀的作用是在汽轮机高压缸温度达到一定水平及高压缸进汽之前用于高压缸抽真空，以防止高压缸末级叶片因鼓风摩擦而发热损坏。然后通过高、低压旁路阀调节再热汽压力，对高压缸进行预暖。

图1 汽轮机蒸汽系统示意

当中压主汽门前蒸汽温度高于360℃时，通过中压调节阀控制汽轮机转速至1 000 r/min，进行暖缸，此时高压排汽倒暖阀仍保持开启状态，高压缸抽真空阀处于关闭状态。

当高压外缸温度达到190℃时，高压排汽倒暖阀自动关闭，高压缸抽真空阀自动开启，此时可升速至同步转速，并网带初负荷，中调门随着转速或负荷升高逐渐开大。

当机组负荷为35～45 MW，主汽压力高于4 MPa、主蒸汽温度高于380℃时，机组将自动切至高压缸运行模式，运行人员也可通过操作盘上的切换按钮选择自动或者手动切缸。在切缸时，高压主汽门开启，高压旁路阀逐步关闭，高压缸抽真空阀自动关闭，随后高压排汽逆止门自动开启，机组进入高压缸控制模式（GC）。

2 高压缸保护逻辑

本机组的高压缸保护有以下几项：

（1）高压外缸排汽金属温度达到420℃，延时2 s，汽轮机自动跳闸。

（2）汽轮机转速低于1 050 r/min（高压缸暖缸）时，若高压缸排汽逆止阀压力高于1.7 MPa，延时2 s，汽轮机自动跳闸。

（3）当汽轮机转速高于1 050 r/min（高压缸真空）且高压调节阀关闭时，如果启动时高压缸排汽压力高于0.14 MPa，且延续时间超过4 min，汽轮机自动跳闸。

（4）高压缸抽真空阀动作保护跳闸的逻辑功能作用范围分3部分。

在中压缸模式（即IC模式）暖机期间汽机转速低于1 020 r/min且高压缸上半金属温度低于190℃时，如果高压缸抽真空阀在关闭指令发出110 s后仍未完全关闭，发高压缸抽真空阀未关保护信号。

中压缸模式下，汽机转速高于1 020 r/min且高压缸上半金属温度高于190℃（即暖缸结束）时，如果高压缸抽真空阀在开指令发出后延时110 s仍未完全开启，发高压缸抽真空阀未开保护信号。

高压缸模式且负荷大于40 MW时，如果抽真空阀打开，发高压缸抽真空阀未关保护信号。

以上逻辑是在DEH系统经过逻辑判断后由2个继电器送至ETS硬跳闸板回路的，在ETS首出面板分别用高压缸保护动作1，2进行标记。如图2所示，任意1路继电器动作，就直接跳闸汽轮机。其中，上述逻辑的前3项通过高压缸保护逻辑1实现并通过1号继电器硬回路送至ETS（见图3）。第4项保护通过高压缸保护逻辑2由2号继电器硬回路送至ETS（见图4）。

图2 ETS首出

3 事故及处理

3.1 事故经过

图3 高压缸保护逻辑1

在机组试运启动期间，机组负荷39.85 MW，主汽压力5.56 MPa，主汽温度390℃，高压缸上缸金属温度194℃，高压缸排汽压力65.1 kPa，高压缸抽真空阀（即VV阀）在全开位，此时机组以中压缸模式运行。运行人员在操作盘上按下切缸按钮后，高压主汽门首先开启，待高压主汽门完全开启后开始关高压排汽倒暖阀，完全关闭之后开始关VV阀，就在VV阀刚刚离开全开位置时，机组突然发出跳闸信号，导致切缸失败。ETS首出记录为高压缸保护动作。

3.2 事故分析

事故发生后，通过在历史工作站中查找高压缸保护1号、2号继电器的动作状态，发现1号硬回路继电器在整个冲转过程中一直处于低电平状态（即保护未动作），没有异常变化，而2号硬回路继电器在VV阀的全开信号消失瞬间，立即由低电平跳至高电平（保护动作），因此确认是2号继电器动作。

查看历史趋势和分析图4所示逻辑中的抽真空阀未开逻辑后，确认此逻辑在机组从启动到带负荷初期完全能够满足机组安全稳定运行要求。但在切缸过程中，因为图4中压缸模式BI01信号（即IC控制模式）由状态“1”翻转为状态“0”的条件是切缸完成，也就是逻辑中将切缸的动作过程归属于中压缸启动模式，而切缸完成的条件是高调门控制负荷、中调门全开，这就使得图4的逻辑在切缸过程中保护所要求的高压缸上缸金属温度高于190℃和转速高于1 020 r/min 2个条件早已满足（此条件也是中速暖机完成条件），同时高压缸抽真空阀在高压缸上缸金属温度高于190℃时自动开启，并一直保持到切缸。也就是说，上述参数除真空阀未开没有满足逻辑保护要求外，其余参数均已满足。此时当机组在切缸过程中，一旦系统要求关闭高压缸抽真空阀，当抽真空阀离开全开位时，就会发生抽真空阀未开保护动作，导致切缸失败。

经过仔细研究逻辑，结合机组的运行情况，判定抽真空阀未开的保护主要是针对在中压缸模式下进行真空阀暖缸时，如果抽真空阀未开，则高压缸保护动作，防止因高压缸鼓风摩擦而使高压排汽缸温度超过规定值，此保护仅限于切缸前的作用范围，而不能作用于切缸过程。而现有的逻辑组态中仅通过BI01信号的翻转来界定中压缸抽真空阀未开的保护范围，很容易把切缸过程误认为中压缸控制模式，导致在切缸过程中高压缸保护误动。但如果把中压缸控制模式定义在切缸过程开始之前结束，就能避免切缸过程中的保护误动，从而使机组切缸顺利完成。因此本次事故的主要问题在于组态设计时对高中压模式切换时逻辑保护作用的有效范围界定存在偏差。

图4 高压缸保护逻辑2

3.3 事故处理

经过分析和讨论，提出了2种解决方案：

（1）方案一：将110 s的延时放在最后1个与门的后面，即当所有跳闸条件都满足时再延时110 s后输出跳机信号。此种方案原则上是可行的，但实际上延时时间110 s是远远不够的，因为整个切缸时间需要3～4 min，而且根据机组参数的不同还会有所变化，因此无法用固定的时间来适应机组的多次启动。

（2）方案二：结合机组的切缸过程，当中压缸模式切至高压缸模式时首先要开启高压主汽门，高压主汽门开启后，自动关闭高压缸抽真空阀。因此，可在逻辑中加入高压主汽门状态判断，一旦高压主汽门开启，就认为是高压缸控制模式。因为在中压缸模式时高压主汽门始终保持全关（机组做主汽门严密性试验时除外），因此只要避开主汽门的严密性试验过程，就能使机组顺利过渡到高压缸模式。本机组采用第二种优化方案，如图5所示。

考虑到机组的试验工况，当机组进行主汽门严密性试验时，系统自动切至中压缸模式，此时高压主汽门全关会导致高压缸保护动作，因此需增加高压主汽门严密性试验闭锁信号。

3.4 事故反思

通过本次事故，进一步反思为什么在国内已经非常成熟的中压缸启动模式，在海外项目上会出现如此事故，尤其是DEH这种相当成熟且程序比较固定的逻辑控制系统。分析认为不仅是系统设计时对保护作用范围的认识（即保护逻辑何时有效）存在偏差，也有本控制系统的逻辑可读性差的因素。

本机组的DEH系统采用福克斯波罗控制公司的ICC组态软件，用语言编程的方式进行组态。同以往的模块化窗口组态不同，语言编程的最大缺陷就是可读性差，对潜在缺陷不能及时发现，容易造成系统漏洞。

4 结论

（1）本次事故的主要原因在于：组态设计时对高中压模式切换时逻辑保护作用有效范围的界定存在偏差，因此当高压缸保护正常投入时，必然会导致在机组由中压模式切至高压模式时出现保护误动。

（2）通过逻辑优化后，机组在切缸过程中和主汽门试验期间能运行稳定，未发生保护误动情况。

图5 优化的高压缸保护逻辑

（3）在以后同类型机组调试期间，对于存在过渡工况的系统，不能简单的用“是”与“非”时，应特别注意保护逻辑在组态时的作用范围，明确保护功能所指定的特定工况范围，以便提早发现并排除工程中的隐患。

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