300MW机组凝汽器水位高保护动作停机分析

揭其良 郭轶娜 纪斯宇 姜鹏 张嵩

摘要：某电厂300 MW机组1号循环水泵跳闸，出口液控门出现故障未关闭，导致凝汽器水位高保护动作，汽轮机跳闸。究其原因是1号循环水泵启动后在出口液控门开启过程中，关定位滑块受异常外力作用发生偏转，未跟随开度电位器转动并偏离原位，此时关位置信号定位滑块一直与关位置信号反馈行程开关接触，关位置行程开关一直被触发，据此提出了解决方法及预防措施，为发电机组的非停调查提供了参考。

关键词：凝汽器水位;汽轮机;循环水泵;保护跳闸

0 引言

某电厂汽轮机两个低压缸的排汽分别进入两个喷射式凝汽器中，直接与空冷塔返回的低温冷却水接触，混合后的水一部分经凝结水泵送到汽轮机回热系统加热作为锅炉给水，其余的水由两台50%出力的循环水泵送至空冷塔下部进入三角形散热器，由空冷器进行自然冷却。冷却柱外侧装有百叶窗，通过调节百叶窗开度大小可控制通风量，控制冷却柱性能，当环境温度较低时，关闭百叶窗，以防冷却柱冻坏。

凝汽器内的水通过两台循环泵送至空冷塔冷却后，经节流阀返回两个凝汽器，这样就形成了封闭的水路。系统中设有两个储水箱，可容纳全部散热器的放水量。储水箱中的水可通过两台输送泵向冷却水系统补水。同时，当凝汽器水位过高时，输送泵也能向储水箱排水。

该电厂DCS采用国电南自的TCS3000控制系统，该系统由冗余的分散处理单元（DPU）、数据通信系统和人机接口等部分组成。

1 事件经过

2020-06-05T02：00，机组负荷190 MW，真空度-66 kPa。2号给水泵、2号凝结水泵、2号循环水泵运行，1号循环水泵备用，凝汽器水位1 770 mm。

02：06：18，机组升负荷，单台循环水泵运行，机组真空度偏低，满足1号循环水泵启动条件;启动1号循环水泵，出口液控门联开，检查电流，出口压力、流量正常，开启A7阀，出口液控门关位置信号未消失。

02：06：35，1号循环水泵跳闸，出口液控门开位置、关位置信号同时存在（实际已全开），阀门发出故障信号。关位置信号一直存在，手操器“关”按钮显示为灰色，DCS无法操作将其关闭，切换至“测试位”依然无法关闭，手动关闭入口电动门，联系巡检就地关闭出口液控门。

02：07：25，“凝汽器水位高Ⅰ值、高Ⅱ值信号同时存在”，保护动作，汽轮机跳闸，联跳锅炉和发电机。

02：07：33，1号循环水泵入口电动门关到位（关闭时间49 s）。

02：09：00，汽轮机重新挂闸，恢复并网。

2 检查情况

2.1    间接空冷系统

凝汽器中的水大部分由循环水泵抽出并流入间冷塔，由于1号循环水泵出、入口门均在开启位置，并且循环水泵在停运状态，这样就形成一个通路，2号循环水泵工作抽出的水由这个通路倒流入凝汽器中。汽轮机跳闸时，凝汽器水位高引起机组跳闸。

2.2    SOE记录情况

现场检查SOE记录，1号循环水泵跳闸及机组跳闸信号均正确。

2.3    保护动作及逻辑检查

2.3.1    保护动作情况

（1）1号循环水泵跳闸需满足两个条件：

1）1号循环水泵运行且延时15 s。

2）出口液控门全关位与出口液控门开位置信号进行逻辑“非”运算，延时30 s。

上述两个条件均满足，保护装置动作。

（2）汽轮机跳闸：凝汽器液位高Ⅰ值、高Ⅱ值信号同时存在，保护动作正确。

（3）汽轮机跳闸联锁锅炉MFT，发电机跳闸，保护动作正确。

2.3.2    DCS中1号循环水泵出水液控门逻辑设置情况

在DCS控制系统中，1号循环水泵出口液控门手操器如果存在阀门开位置信号或关位置信号，手操器内部逻辑默认为阀门在开启或关闭状态，将不允许手操器对阀门发出相应的指令。本次事件中，开位置和关位置信号同时存在，手操器不允许再发出开、关指令，这也就是运行人员当时在DCS中无法操作关闭阀门的原因。

2.4    现场检查情况

2.4.1    1号循环水泵操作记录

2020-06-04T20：29：52，1号循环水泵出口液控門发出关闭指令;20：30：04，关位置行程开关信号被触发;20：30：10，1号循环水泵停运。

2020-06-05T02：06：19，1号循环水泵发出启动指令;02：06：33，1号循环水泵出口液控门到达75°位置;02：06：35，1号循环水泵跳闸;02：06：37，1号循环水泵出口液控门全开;02：23：56，热工人员将1号循环水泵出口液控门切至就地位，手动关闭;02：24：17，1号循环水泵出口液控门全开位与全关位信号同时消失;02：24：24，1号循环水泵出口液控门全关，热工人员将1号循环水泵出口液控门切至远方位。

2.4.2    工作票情况

现场查阅缺陷台账和工作票台账，并与现场人员沟通，事件发生前，缺陷台账中没有循环水泵出口液控门故障记录，循环水泵以及出口液控门工作正常。

2.4.3    1号循环水泵出口液控门现场检查情况

就地检查发现，1号循环水泵出口液控门关定位滑块位置发生变化，偏离原位（开度电位器上有1/4圈明显划痕，滑块滑动约90°），阀门处于全开状态时，开度电位器上的阀门关定位滑块与阀门关反馈行程开关未脱开，阀门全开、全关位置反馈信号同时存在，DCS无法操作。

事件发生后，经人员巡检就地关闭阀门后发现，原本关定位滑块正确位置应在最上方，与开定位滑块成90°左右，而实际关定位滑块位置向顺时针方向发生了偏移，与开定位滑块成接近180°，开、关反馈触点成180°布置，阀门处于开启位置时，正好同时触发开位置和关位置信号。

凝汽器中的水大部分由循环水泵抽出并流入间冷塔，由于1号循环水泵出、入口门均在开启位置，且循环水泵在停运状态，这样就形成一个通路，2号循环水泵工作抽出的水由这个通路倒流入凝汽器中。

3 原因分析

由于1号循环水泵出口液控门开度电位器上的关定位滑块受异常外力作用，偏离原位，在阀门开启过程中，关反馈行程开关未脱开，阀门已全开，但DCS显示开、关反馈同时到达，15 s后1号循环水泵联锁跳闸。

1号循环水泵跳闸后应联跳关出口液控门，但此时阀门关位置行程开关因故障而错误触发（出口液控门实际为全开状态），不再发出关阀门指令，2号循环水泵出口本应去间冷塔的循环水从1号循环水泵返回到凝汽器，造成凝汽器水位快速上升至高Ⅱ值，保护动作，3号机组跳闸。本次事件致因因素如图1所示。

3.1    机组停机原因

汽轮机跳闸原因为“凝汽器液位异常”。由于1号循环水泵跳闸后出口液控门全开，入口电动门也全开，出、入口同时开启，且泵在停运状态，这样就会形成一个通道，2号循环水泵出口本应流入间冷塔进行冷却的水，顺着1号循环水泵的通路倒流入凝汽器中，运行人员手动关闭入口电动门，由于入口电动门行程较长，关闭时间为49 s，循环水泵流量为14 000 t/h，短时间内大量循环水进入凝汽器，凝汽器水位高，保护动作，引起汽轮机跳闸联锁锅炉MFT、发电机解列。

3.2    1号循环水泵跳闸原因

1号循环水泵运行15 s后，如果出口液控门仍然处于全关位置，且出口液控门全开位置信号未消失，则延时30 s跳闸循环水泵。

3.3    1號循环水泵出口液控门关位置信号未消失以及DCS无法操作的原因

1号循环水泵出口液控门开度电位器上的关定位滑块偏离原位，在阀门开启过程中未与关反馈行程开关脱开，导致出口液控门开位置、关位置信号同时被触发;DCS逻辑中出口液控门关反馈信号存在，导致停泵不再发出关门指令，同时DCS画面中显示为关闭状态，手操器“关”按钮为灰色，无法操作将其关闭，导致泵停运后出口门实际处于全开状态。

3.4    1号循环水泵出口液控门关位置滑块偏离原位的原因

根据电厂人员描述及现场检查情况分析，1号循环水泵启动后在出口液控门开启过程中，关定位滑块受异常外力作用发生偏转，未跟随开度电位器转动并产生相对滑动（偏离原位），此时关定位滑块始终与关反馈行程开关接触，关位置信号一直被触发。阀门全开后，开定位滑块与开反馈行程开关接触，触发开位置信号，此时出口液控门全开，开位置和关位置信号同时被触发。出口液控门就地手动关闭时，异常外力消失，关定位滑块跟随开度电位器转动，偏离工作位置，开位置和关位置信号同时消失。异常外力的产生不排除异物卡住关定位滑块的可能，其他原因无法查证。

4 暴露的主要问题

（1）日常巡检质量不高。人员未严格按规程执行，主要辅机设备启停操作时，对设备及附属装置现场检查不全面，就地人员在阀门异常状态下未能及时发现问题。

（2）循环水泵出口液控门联锁逻辑设置不合理。跳泵逻辑中出口液控门开位置信号进行逻辑“非”运算，并且延时30 s的限制条件设置不合理;联锁关门的指令不应该经过手操器。

5 结语

针对本次事件的原因分析及暴露出的问题，我们提出了如下解决方法及预防措施：

（1）将1号循环水泵出口液控门关定位滑块螺丝松开后，恢复至原位并紧固，就地、远方操作阀门正常;梳理排查现场各远控阀门的限位开关，未发现异常;两个主汽门自然冷却后，操作恢复正常。

（2）提高设备日常巡查质量。进一步优化完善就地检查人员的检查内容和要求，加强现场生产管理以及设备日常维护，细化定期维护项目的内容和标准。

（3）建议对循环水泵出口液控门联锁逻辑进行优化：在操作员站上增加出口液动阀紧急开、关按钮，按钮指令不通过手操器，直接发到开关指令输出通道;删除原逻辑中出口液控门开位置信号进行逻辑“非”运算并延时30 s的限制条件;联锁关门的指令全部不经过手操器，直接将指令发到开关指令输出通道。

收稿日期：2020-06-26

作者简介：揭其良（1979—），男，江西上饶人，硕士研究生，高级工程师，从事发电厂热工自动化研究与应用工作。