200 MW机组空冷系统热工保护的改进

秦治国

(国电电力发展股份有限公司大同第二发电厂，山西 大同 037043)



200 MW机组空冷系统热工保护的改进

秦治国

(国电电力发展股份有限公司大同第二发电厂，山西 大同 037043)

〔摘 要〕介绍了某电厂对2台200 MW空冷机组空冷系统热工保护的改进工作。通过采取改进控制电源、凝汽器水位保护、系统总流量测量、水轮机与A7阀增加阀位等措施，完善了机组空冷系统的热工保护功能，保证了机组的安全稳定运行。

〔关键词〕空冷机组；空冷系统；热工保护；改进

0　引言

某发电厂位于缺水严重的北方地区，总装机容量6×200 MW，为国产第1批200 MW空冷机组，其中5，6号机组配备匈牙利生产的海勒式空冷系统。5号机于1987年12月投产，6号机于1988年11月投产。投产以后，由于机组空冷系统在热工保护回路设计方面的缺陷及实际运行环境的不同，曾多次发生机组非正常停运及降出力事故。

根据5，6号机组在实际运行中发生的故障和暴露的技术问题，结合机组运行过程中积累的经验，逐步改进、完善了空冷控制系统的主要保护功能。改进后，机组运行的稳定性与可靠性得到了大幅提升。在近几年空冷机组过冬防冻和迎峰度夏及长周期运行期间，未发生一起因空冷系统热工保护误动或拒动而造成的停机事故及限负荷事件，热工保护的改进收到了明显的成效。

机组的空冷系统如图1所示。

图1　机组空冷系统

1　24 V DC控制电源改进

在空冷系统中，热工控制电源24 V DC负责为系统输入信号和输出指令提供电源。当电源出现故障异常时，系统既无法采集到输入信号，又无法输出正确指令，空冷系统将完全瘫痪。原220 V AC/24 V DC电源转换器只采用从6号机6B段单独引来的1路220 V AC电源供电，且输出只有1 路24 V DC电源。此设计缺陷是：在输入电源故障或电源转换器故障时， 将失去24 V DC电源，中断系统的正常供电，电源故障易扩大为停机事故。

为此，在原有基础上，再增加1个电源转换器，从4号机4A段引1路220 V AC电源作为输入电源，再把2路24 V DC电源并联输出(见图2)，实现了电源的冗余配置，提高了系统的可靠性。

图2　24 V DC控制电源改进

2　水轮机与A7节流阀阀位指示改进

水轮机(WT)与A7节流阀是空冷控制系统的重要设备，通过二者阀位开度调节系统压力。在原系统中无水轮机、A7节流阀阀位开度指示，当系统压力变化时无法准确掌握水轮机及A7节流阀阀位开度。在紧急状态手动调节系统压力时，由于阀位开度滞后于系统压力变化，可能造成压力过调，增加了系统的不安全性。

为此，在水轮机(WT)与A7节流阀上安装阀位变送器，变送器的指示0和100 %分别对应阀位的全关与全开，自动或手动调节系统压力时能看到阀位的实时开度，并在实践中总结出阀位与系统压力的对应关系，使系统压力保持在安全范围。

3　 凝汽器高、低水位保护回路改进

在空冷系统的凝汽器中，共设8支干簧管来监视8点水位。当水位为第1点时，表示凝汽器水位最高，即满水；当凝汽器水位为第8点时，表示凝汽器水位最低，即缺水。上述2种情况分别启动凝汽器高、低水位保护，确保设备和系统安全运行。

2001-06-12，6号机因凝汽器第8点水位干簧管年久失磁接点误断开，造成凝汽器低水位保护误动作，导致停机事故。为降低保护误动作几率，防止类似事故再次发生，对凝汽器高、低水位保护进行了改进(见图3)。

图3　凝汽器高、低水位保护逻辑改进

(1)高水位保护逻辑改进：在凝汽器另2个5 m水位处，各加装1个液位开关，与原5 m液位开关一起取得3个液位信号，“3选2”后实现水位显示与高水位保护。

(2)低水位保护逻辑改进：将低8点水位与低7点水位相与后输出保护动作接点，即当凝汽器水位同时低于第7值及第8值时，空冷凝汽器低水位保护动作。

4　 水轮机与A7节流阀切换回路改进

在空冷系统中，由于冷却三角形顶部与凝汽器之间存在压差和位差，使一部分能量回收成为可能。为此，在冷却水主管道上安装了1台回收能量的水轮机(WT)，在水轮机旁安装A7节流阀作为备用。二者联锁逻辑为：水轮机故障退出运行，A7阀开启；否则将触发空冷系统解列，机组停机。

2001-06-01，5号机的水轮机跳闸后，A7节流阀未正确联锁投运，空冷系统解列，发生1次非计划停用。经技术分析发现，A7节流阀的关中断接点粘合，即使A7节流阀打开20 %开度后，该关中断接点仍闭合，逻辑经一定延时后判定A7节流阀未打开，引发空冷系统解列，机组停用。

针对上述故障，实施了如下改进：将A7节流阀阀位模拟量4-20 mA信号输入至PLC中，经逻辑比较指令，将5.6 mA(10 %开度)转换为开关量接点输出，再与原关中断接点相“与”后作为A7节流阀的关中断。当联启A7节流阀时，即使A7节流阀原关中断接点不能可靠断开，在一定的延时内，A7节流阀能开至20 %开度(7.2 mA，大于10 %开度对应的5.6 mA)时，输出为开关量1，逻辑仍可判定A7节流阀打开，空冷系统转为A7节流阀调整系统压力，确保系统的正常运行。

5　 空冷系统总压力控制改进

海勒式空冷系统是微正压循环，每个扇形段各有1个立管，立管中保持恒定水位，使整个系统保持在一定正压力之下。散热器顶部压力略高于大气压力，当散热器损坏时，水会自动喷出，便于检出故障点并及时处理；同时，也避免空气泄漏到冷却系统，造成凝汽器真空恶化。散热器顶点压力高低是通过调节水轮机导叶开度或节流阀开度来实现的。调节水轮机导叶开度，同时也控制了进入凝汽器的冷却水压力。

压力测点设在循环泵出口压力P1和水轮机入口压力P2处(见图1)。

由图1可知：

其中：P为系统压力；Ptop为散热器顶部压力；p′为进水总管压力损失；p″为回水总管压力损失(p′≈p")。因此，泵出口压力和水轮机前压力之和约为散热器顶部压力的2倍，可通过调节水轮机导叶或A7节流阀开度来调节系统压力。A7节流流与水轮机并列，互为备用运行。

原设计为：循环泵(CWP)出口和水轮机入口各安装1台压力变送器，2台变送器将模拟信号送入加法器相加后，作为系统压力的测量值。但由于采用单一的变送器和MZ系列调节器，存在信号采集不准、调节品质差、开路时可能过调或引起机组故障等缺点。现将其改进为：从循环泵出口的3个压力变送器取样，将其转换为4-20 mA电流信号后送入PLC，PLC比较3个信号值后输出中间值，将其作为循环泵的出口压力值；从水轮机入口3个压力变送器取样，将其转换为4-20 mA电流信号后送入PLC，PLC比较3个信号值后输出中间值，将其作为水轮机的入口压力值。依据以上2个压力中间值之和来调整系统压力，提高了系统调节的可靠性；同时，将MZ更新为可编程A3A调节器，具有调节灵敏、快速可靠的优点，提高了调节品质。

6　 水轮机出口水温度控制改进

冬天，为防止冷却三角形冻坏，需监视水轮机出口温度并设置相应的保护。原设计是在水轮机回水管路上，安装1只接点式温度表：当出口水温低于16 ℃时，接点输出动作。但此设计易因线路开路或检测元件故障而导致保护误动作。

改进后，在原水轮机出口管路上增加1处取样，加装1只热电阻测量元件，将温度模拟量输入到PLC中，使测量温度值实时在系统画面上显示，便于运行人员对温度进行跟踪监视。当出口水温低于16 ℃时，PLC输出温度低报警、动作接点，与原接点式温度表接点相与，作为水轮机出口水温低的动作判据。当2个出口水温同时满足低于16 ℃时，才能使保护动作，避免因单一检测元件损坏或电缆接地及短路引起的误动作。

7　 总流量信号改进

系统总流量信号可监视系统是否有水，即空冷系统循环是否处于正常工作状态。原设计只在扇形段冷却回水的总管上装了1个流量开关作为系统总流量信号，当电缆或流量开关故障时，极易导致系统发出无总流量信号。

现将其改进为：在系统热水管路(进水)上安装1个流量开关，在系统冷水管路(出水)上加装2个流量开关；每个流量开关信号单独通过1根电缆输至PLC上3块不同的I输入通道板上，逻辑实现“3选2”后作为系统的总流量，确保流量信号的采集、传输及控制的可靠性。

8　 1-6号扇形段分段流量信号改进

系统运行时，热水由2台循泵送入扇形段进行冷却。为了防止冬天冷却三角形被冻坏，当环境温度低于5 ℃时，扇形段自动排水，扇形段内无水循环(无流量)。原来只在进水管路上安装了1个流量开关，不能保证流量的可靠监视。现改为在每段热水管路和冷水管路上各装1个流量开关，相互采用“与”逻辑判断。只有在进水处与出水处同时检测到流量信号时，系统才向PLC发出分段流量信号。

9　 A103，A104紧急排水阀可靠性改进

在空冷塔的6号室内，为了保证冷却水排向储水箱，A103紧急排水阀接在冷水主管道上，A104紧急排水阀接在热水主管道上。在紧急情况下，2个紧急排水阀能同时将水排入储水箱中。

A103，A104紧急排水阀为液压阀，当液压缸内的油压低于一定值时，A103，A104紧急排水阀会自动打开。为了可靠维持液压缸内的油压，将其改进为：在液压缸内安装2个压力取样器，分别监测液压缸内的油压力。当油压低于15 MPa时，自动联启油泵；当油压升至18 MPa时，自动停止油泵，使油压保持在15-18 MPa，防止低油压误开紧急排水阀。

10　 储水箱水位采集改进

在冷却系统停运时，从扇形段排出的冷却水排至储水箱中。机组启动时，储水箱水位要满足扇形段的充水需要。在系统运行时，如果实际水量比所需水量多，则多余的水量进入储水箱中；如果冷却系统缺水，则储水箱会补充系统所需的水量。因此，需对储水箱水位加以检测，使其既能满足系统运行的需求，又有足够容量容纳扇形段的全部排水，确保紧急排水时冷却塔不至被水淹没。

原储水箱水位采用干簧管检测监视。由于储水箱处于冷却塔内地面下，且水箱中的水温度较高，故干簧生锈的可能性增加，水位检测的可靠性下降。为此，将干簧管水位计全部更换为浮球式液位计，电源单独供电，保证储水箱水位的正确监视。

11　 中间控制柜(N113柜)改进

在空冷系统中，PLC输出指令启动N113柜内的中间继电器，由中间继电器控制设备的运行。N113柜内有控制继电器146个，控制电源11路，负责控制空冷系统各主、辅设备的运行。当5，6号机投运后，由于N113柜内线路繁多、标志不清，且多次更改后无图纸资料可查，给设备维护与检修带来很大不便，影响机组的安全运行。

在2次机组大修期间，依据历史图纸资料，设计并完成了对N113柜的改进。改进后，电气与热工设备分离，确保各自检修不发生误操作；线路全部重新配接，完成了图纸的绘制工作，确保工作时有图可查。

秦治国(1972-)，男，高级工程师，主要从事火电厂热控管理及维护工作，email：dtfdqzg@163.com。

作者简介：

收稿日期：2015-10-12。