某电厂#2机汽机子系统I/0模件故障跳闸原因分析及防范措施

0引言

某电厂#2机为600 MW超临界机组,其中DCS系统采用ABB公司生产的Symphony分散控制系统。该机组2005年基建投入生产使用,2007年6月投入生产运行,I/O模件已超过15年使用年限。随着运行年限的增加,Symphony分散控制系统主控制器、网络控制器、伺服卡及电源模块出现故障率高、备件停产、设备维护费用高等问题,因此在检修中开展了主模件的升级改造。而输入/输出I/O子模件等由于之前故障 较少、备件充足等原因未进行升级,因此所有I/O子模件并未更换。本文针对该厂#2机组汽机子系统I/O模件故障跳闸事件经过及原因进行了分析,对ABB 系统子模件老化存在的隐患提出了整改建议和防范措施,以确保机组安全运行。

1 事件经过

2020年12月31 日,#2机组负荷582MW,A、B汽泵运行,A、C、D、E、F制粉系统运行,各主要系统设备运行正常,机组重要参数监视正常。

21:44,#2机组负荷582 MW,DCS控制系统汽机子系统24号模件柜M24—04—03数字量输出子模件(此模件第8通道为“高压排汽口金属温度过高”送至ETS 汽机跳闸信号)故障报警,#2机组汽机保护动作跳闸,锅炉MFT联锁动作,发电机解列。检查锅炉MFT 跳闸首出为汽机跳闸,查询SOE记录,ETS跳闸首出为“高压排汽口金属温度过高”。运行当值立即按照发电机解列,汽轮机跳闸,锅炉MFT故障停机操作检查处理,汇报运行部部长和中调。

21:51,运行通知热控值班人员立即检查汽机跳闸原因,热控人员检查发现操作员站画面上出现DSO 卡件故障报警,对卡件进行检查后,确认DSO卡件报警损坏,需要申请更换故障卡件。

机组跳闸后高低旁联锁全开,高旁减温水调阀联锁全开,运行盘面检查发现主汽及再热蒸汽系统多个疏水气动门变粉紫色,其中包括高排逆止阀前后疏水气动门,就地检查确认疏水门未开,通知汽机、热控人员配合打开。

22:24,盘面变粉紫色的疏水气动门均恢复正常显示状态,检查所有疏水气动门已打开。

22:45,热控专业完成#2机组模件柜DSO子模件更换,告知运行当值卡件已处理好。运行当值立即按照故障停机操作处理,并做好启动准备工作。

23:06,#2机组汽机转速到0,盘车自启正常,惰走时间81 min,盘车电流14.5 A,偏心22.1μm。

2021年1月5日14:50,#2炉点火成功。2021年1月6日00:33,#2机并网。

2检查情况及原因分析

检查#2机组DCS控制系统汽机子系统24号模件柜M24—04—03卡件发现,该故障卡件为ABB系统数字量输出卡件DSO14,版本序列号信息为SCJFE04578(图1),系2006年5月印度产的卡件,截至2020年12月31日,该M24—04—03数字量输出卡件DSO14运行已近15年,且该卡件未发生过故障。通过查询#1~#4机组DCS系统卡件故障记录得知,数字量输出子模件DSO14卡件故障率较低,2020年未发生此类型故障。

M24—04—03模件共有16通道DO输出,实际使用包含高压缸过热汽母管疏水门打开指令、高压缸A侧主汽门前疏水门打开指令等共14通道,其中第8通道为"高压排汽口金属温度过高”送至ETS汽机跳闸信号。

“高压排汽口金属温度过高”送至ETS汽机跳闸信号由DCS系统对6个高压排汽口金属温度进行综合判断,该信号控制逻辑判断为:任一高压缸排汽温度高高(≥420℃)且其他高压缸排汽温度高报警(≥400℃)时,高压排汽口金属温度过高跳闸汽机,经M24—04—03模件第8通道DO输出送至ETS系统,进行汽轮机保护跳闸,锅炉MFT联锁保护动作,在ETS 系统及DCS系统输出均为单点保护信号^[1]。

事件发生后,邀请DCS厂家北京ABB控制有限公司专家于2021年1月1 日来厂进行现场分析,通过对故障数字量输出子模件现场检测,发现故障卡件外观检查无明显故障,地址拨码开关设置和逻辑配置地址一致,正常地址开关设置为00010010(该地址为:24+21=16+2=18)。现场测量地址开关实际状态,地址拨码开关异常,发现最右侧的一位地址开关阻值为109.1 kΩ(图2),即等于最右侧的地址开关也变成 了1,所以此模件的地址已经变为:24+21+20=16+2+1=19(表1)。

经现场检测分析,初步判断为模件使用年限较长,元件老化导致M24—04—03位置的DSO模件(地址18)地址开关异常,使此模件与左侧的DSO模件(地址19)地址重复,产生地址冲突,使得M24—04—03位置的DSO模件的输出和左侧DSO模件输出一致,通道8(高压排汽口金属温度过高)信号错误输出逻辑1。故障模件已发回ABB公司,以便进一步分析详细情况。

如果在同一控制下存在两块地址一样的模件,会使模件寻址出现故障,导致错误通信。将故障模件重复插回原槽位实验,都看到相同的故障结果,确认这块模件地址开关故障,导致通信异常。

M24一04一03位置的DSO模件地址(18)开关异常,导致该DSO模件地址由18变为19,使此模件与左侧的DSO模件地址(19)重复,产生地址冲突,最终使得原模件通道错误输出。而刚好DSO模件地址19中的第8通道信号为“中压联合汽阀B疏水门打开”指令,该信号常为1,最终导致“高压排汽口金属温度过高”也同步为1。

因此,经综合检测分析判断,#2机组DCS控制系统汽机子系统24号模件柜M24一04一03数字量输出子 模件发生故障,发出“高压排汽口金属温度过高”至 ETS触发“高压排汽口金属温度过高”条件,#2汽轮机跳闸。

3 暴露问题

1)通过故障模件出厂序列号查询到,模件出厂日期为2006年,产地为印度。模件使用年限较长,元件已产生老化现象,尤其是黑色地址开关容易出现故障,建议更新重要子模件或者对模件更换地址开关。

2)控制逻辑组态不完善,建议进一步优化,减少 DSO模件通道指令常为1的输出,尽量采用脉冲信号输出。

3)#2机组DCS系统输入/输出子模件等由于之前故障较少、备件充足等原因未进行升级,随着机组服役时间增加,电子设备老化日渐严重,且存在输出至重要系统的单信号保护误动作,给机组安全运行带来了隐患。

4)#2机组ETS系统设备已日渐老化,且系统设置存在较多的单点信号输入进行机组保护跳闸的情况。其中高压排汽口金属温度过高、发电机定子冷却水出口温度过高、发电机遮断、高中压缸胀差、低压缸胀差等信号均为经过逻辑综合判断后单信号输入ETS系统作为机组跳闸信号,给机组安全运行带来了隐患^[2]。

4防范措施

1)更换#2机组DCS控制系统汽机子系统24号模件柜M24一04一03数字量输出子模件,并对控制回路进行检查。

2)邀请DCS厂家北京ABB控制有限公司专家来厂对故障数字量输出子模件进行检测,分析模件故障的原因,组织排查#1~#4机组所有类似的模件。

3)对DCS系统送至ETS系统的信号进行排查梳理,重新分配通道,减少安全风险。

4)对DCS系统送至ETS系统的信号进行排查梳理,形成清册,列入检修计划,对包括卡件、端子板、电缆等在内的整个回路进行检查测试。

5)针对ETS系统的单点保护情况进行排查,开展系统升级、保护完善的可行性研究。利用#1、#2机组通流改造项目机会对ETS系统进行改造,针对DCS到 ETS的跳机输出信号,建议在ETS侧增加3取2功能,避免误动和拒动,提高ETS系统保护动作可靠性。

5 结束语

本文针对某电厂#2机组汽机子系统I/O模件故障引起机组跳闸的情况,通过查找事件原因,对DSO 模件的拨码开关进行测试,最终发现I/O子模件的拨码开关故障导致地址冲突,使“高压排汽口金属温度过高”通道信号误发为1,最终造成机组异常跳闸。通过对机组跳闸事件原因进行分析,针对事故中暴露出的一些问题,提出了一系列防范措施,从而避免I/O模件故障导致机组异常跳闸事件重复发生。

[参考文献]

[1]韩国强.汽轮机侧单点保护技术改造分析[J].河北电力技术,2013,32(增刊1):46一49.

[2]刘文丰,寻新,刘红旭.火电机组主保护硬回路典型设计及可靠性浅析[J].热力发电,2013,42(10):16一20.

2025年第3期第5篇