提高DEH控制系统直流电源可靠性的措施分析

引言

华能沾化热电有限公司2×165Mw热电联产环保机组,采用东方汽轮机厂制造,型号为C165/135-13.24/1.0/535/535,超高压、中间再热、双缸双排汽、单轴单抽汽、凝汽式汽轮机,由2只高压主汽阀、4只高压调节阀控制高压进汽,2只中压主汽阀、2只中压调节阀控制中压进汽,1只低压调节阀控制供汽抽汽。机组运行时,DEH采集现场信号经逻辑及数字运算后输出控制信号,通过功率放大器输出到电液伺服阀,控制调节油动机,以控制机组转速及负荷。

1DEH控制系统直流电源供电方式及存在问题

DEH控制系统采用上海新华控制系统,DEH系统停机保护最终作用于4个AST电磁阀,电磁阀失电泄掉安全油压后关闭汽轮机主汽门及调门,机组正常运行时4个AST电磁阀带电阻止安全油压泄漏从而保证机组运行。

3、4号机组DEH系统AST电磁阀采用220V直流电源供电,每台机组的2路直流电源均取自本机组直流母线段(3号机为直流Ⅲ段,4号机为直流Ⅳ段）,采用二极管实现双电源的冗余。

采用二极管实现双电源冗余及切换的供电方式,虽在时间上满足了不断电的要求,但不符合国家能源局《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》规定要求,"分散控制系统的控制器、系统电源、为I/O模件供电的直流电源、通信网络等均应采用完全独立的冗余配置,且具备无扰切换功能",2路直流电源都取自同一直流母线段,因而不能实现真正的冗余。

在机组运行中,发现当本机组直流母线段故障、本台机组蓄电池组故障及本机组直流系统中任一点接地而开关未及时断开时,将会造成本机组AST电磁阀同时失电而停机。

2新型隔离直流电源系统

为避免因AST电磁阀失电而造成的误停机事故,对DEH系统直流电源控制回路重新优化配置。经调查研究,选用山东和信智能科技有限公司生产的HX100-AD系列交直流输入隔离型电源模块,为3号、4号机DEH控制系统AST电磁阀电源回路加入冗余的备用直流电源,提高AST电磁阀电源回路的可靠性,防止AST电磁阀失电遮断保护动作停机。

HX100直流电源系统是山东和信智能科技有限公司调研发电厂热工直流电源应用情况,根据相关反措要求,征求电力行业专家建议,研制开发的一款发电厂热工专用直流电源系统,系统可以接收一路交流220V、一路直流220V输入,经过单独隔离后进行零秒冗余切换,并输出一路直流220V稳压电源,同时配置完备的电压监视报警和直流接地报警装置,报警内容包括每路失电或欠压以及直流输出接地状态。电源设计原理如图1所示。

电源切换装置满足一路直流220V(±20%）、一路交流220V(±10%）双冗余供电,两路输入电源相互完全隔离,经电源切换装置内部稳压、处理后输出一路稳压直流220V电源,能满足以下几点性能要求:

(1）保证直流输出稳定可靠,电源切换满足要求,不影响所带负荷正常工作:

(2）保证电源切换装置两路输入电源及输出电源互相之间完全满足电气隔离,发生接地互不影响:

(3）保证电源切换装置输出发生接地时,输入、输出电源不受影响(输出电压不降低,不影响负载的正常运行）。

3可行性试验

2016年5月20日,对新增DEH控制系统电源模块进行试验,测试双路电源切换过程及稳定性。

3.1测试环境

4号机DEH控制柜旁在控制柜内取DEH直流电源1为其直流输入:从4号机热工380V电源柜内取一路220V交流电为其交流输入:将电源模块输出临时接至5YV、7YV电磁阀电源回路中,解除5YV、7YV电磁阀原电源接线。

3.2测试过程

(1）联系运行将4号机组润滑油泵与EH油泵开启,运行部操作将4号汽轮机置为"挂闸"状态。

(2）将3YV(机械停机电磁阀）、6YV、8YV电磁阀电源停电(5PS压力开关动作）。此时EH系统安全油压的保持仅仅依靠5YV、7YV电磁阀带电。

(3）测量并记录电源模块交流输入电压为218.5V,输入电流为0.74A:直流输入电压为233.9V,输入电流为0.03A:输出电压为219.0V,输出电流为0.17A。

(4）电源模块切换试验:停电源模块直流电源输入,观察4号机组在"挂闸"状态,测量电源模块交流输入电压为218.5V、输入电流为0.74A,输出电压为219.0V、输出电流为0.17A,恢复电源模块直流电源输入:停电源模块交流电源输入,观察4号机组保持"挂闸"状态,测试电源模块直流输入电压为233.9V、输入电流为0.45A,输出电压为218.9V、输出电流为0.17A,恢复直流电源切换装置交流电源输入。

(5）进行电源模块输出异常接地试验:停电源模块直流电源输入,将任一输出端接地(对地电压0V）,测试输入端电压不变,为218.5A,另一输出端对地电压为220V,观察4号机组保持"挂闸"状态:停电源模块交流电源输入,将任一输出端接地(对地电压0V）,测试另一输出端对地220V,输入端保持对地为士110V不变,观察4号机组保持"挂闸"状态不变。

(6）进行异常情况下停机信号试验:停DEH控制柜内两路直流电源,仅通过直流电源切换装置对5YV、7YV供电下,投入真空保护(模拟触发真空跳机信号）,观察4号机组ETS"真空跳闸"动作。

通过试验确定HX100-AD系列交直流输入隔离新型电源模块可以作为DEH控制系统AST电磁阀电源回路冗余的备用直流电源,能够适应现场工作需要,在切换过程中能够保证机组安全稳定运行。

4改造措施

2017年3月,利用3号机组小修期间对DEH控制系统AST电磁阀电源回路进行改造,绘制电源回路设计图纸如图2所示。

4.1改造实施过程

按设计图整理并拆除AST电磁阀直流电源接线。安装电源切换装置及继电器设备,按图更改及配置接线,要求接线正确牢固,走线美观,全部接线端子进行紧线。

4.2送电测试

联系运行将新型电源模块交流电源输入（UPS）、直流电源输入送电,测量并记录电源模块交流输入电压为217.2V,直流输入电压为234.0V,输出电压为219.1V。

进行切换试验:停电源模块直流电源输入,测量电源模块交流输入电压为217.2V,输出电压为219.1V,恢复电源模块直流电源输入:停电源模块交流电源输入,测试电源模块直流输入电压为233.8V,输出电压为219.0V,恢复电源模块交流电源输入。

进行电源模块输出异常接地试验:停电源模块直流电源输入,将任一输出端接地（对地电压0V）,测试输入端电压不变为217.2A,另一输出端对地电压为220V:停电源模块交流电源输入,将任一输出端接地（对地电压0V）,测试另一输出端对地220V,输入端保持对地为士110V不变。

4.3静态试验

联系运行人员挂闸,将3YV（机械停机电磁阀）、6YV、8YV电磁阀电源停电（5PS压力开关动作）,使得EH系统安全油压保持仅仅依靠5YV、7YV电磁阀带电。测量并记录电源模块交流输入电压为217.2V,直流输入电压为233.8V:输出电压为219.1V,检查各状态指示灯指示正常:DEH系统CRT操作画面6YV、8YV电磁阀故障报警。

进行电源模块输出异常接地试验:记录电源模块交流输入电压为217.2V、直流输入电压为233.8V:输出一端接地,输出电压219.1V,接地报警指示灯亮:DEH电源故障光子牌亮,DEH系统CRT操作画面电源模块输出异常接地报警。

试验中观察EH油系统各电磁阀状态无变化、EH安全油压稳定。直流电源切换装置未投运、单独投运及所有电源均正常投运情况下,分别试验DEH系统跳机信号接收及联动信号输出正常,至ETS控制系统信号传输正常。

5结语

经过改造,DEH系统AST电磁阀电源回路得到优化,提高了DEH系统直流电源的供电安全可靠性,避免了因直流电源失去而可能导致机组停机的风险,满足了电力生产25项反措9.1.2条的要求:"分散控制系统的控制器、系统电源、为I/O模件供电的直流电源、通信网络等均应采用完全独立的冗余配置,且具备无扰切换功能。"