引言

在福島核電泄漏導(dǎo)致核電緩批的大環(huán)境下,為彌補用電缺口,浙江省燃機發(fā)電搶建工程計劃上馬,為響應(yīng)該計劃,杭州華電半山發(fā)電有限公司3×415MW燃氣輪機二期工程三臺9FA級單軸燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組于2012一2013年陸續(xù)投產(chǎn),配套以GE針對9F機組更新的MARKVle控制系統(tǒng),統(tǒng)一控制燃機、汽機以及余熱鍋爐輔機側(cè)三大部分。

控制系統(tǒng)的重要性在電廠生產(chǎn)流程中位居首位,與啟機、停機、運行相關(guān)的重要設(shè)備均受系統(tǒng)控制,其中如泵與閥門的限位以及差壓開關(guān)等兩位式開關(guān)量信號較容易影響直流供電系統(tǒng),設(shè)備在檢查或檢修期間的不當工作或環(huán)境影響都會造成接地報警,接地情況嚴重會間接影響控制系統(tǒng)正常工作。因此,以本廠#9機組出現(xiàn)的110V直流饋電柜接地報警故障為典型故障案例,本文分析了燃機110V直流系統(tǒng)的構(gòu)成、接地故障排查的方法和思路、問題的預(yù)防,對機組安全運行和相似問題的解決具有一定的指導(dǎo)作用。

1110V直流系統(tǒng)介紹

MARKVle控制系統(tǒng)的電源系統(tǒng)由GE公司設(shè)計提供,采用了冗余配置,系統(tǒng)主電源為125V直流,正常情況下由全廠110V直流系統(tǒng)供給。事故工況下由兩組獨立的220V(50Hz)交流電源提供,由JPDB模塊接收,經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓至125V直流后提供。DC125V經(jīng)過JPDF板卡傳遞給JPDM板卡對電源進行管理,對所有母線電壓、支路狀態(tài)、電源模塊故障及接地故障等進行監(jiān)視和分配。

1.1廠用110V直流系統(tǒng)

半山電廠二期每臺機組廠用直流110V系統(tǒng)由兩組母線構(gòu)成,分別為110V直流9A段和110V直流9B段,兩段之間以聯(lián)絡(luò)開關(guān)10F4和20F4聯(lián)系(以#9機為例)。

DC110V系統(tǒng)每臺機組的兩段母線分別設(shè)有整流器和蓄電池組。110V直流9A段對應(yīng)的是#9A整流器和#9A蓄電池組:110V直流9B段對應(yīng)的是#9B整流器和#9B蓄電池組,其中交流電源來自于380V保安段。所有直流母線上都裝設(shè)集中監(jiān)控器、副監(jiān)控器、蓄電池管理單元、饋線狀態(tài)檢測模塊、直流系統(tǒng)絕緣檢測裝置。運行時投入,檢查直流系統(tǒng)運行情況是否正常。

110V直流9A段、直流9B段母線上各有一套CL6884型絕緣檢測裝置、CL6881V2型開關(guān)量監(jiān)測裝置、CL6882V2-2型蓄電池巡檢裝置,兩套CL6880V2型微機監(jiān)控裝置。

CL6884型絕緣檢測裝置可在線檢測直流系統(tǒng)的對地絕緣狀況(包括直流母線、蓄電池回路、每個電源模塊各個饋線回路絕緣狀況等),并自動檢出故障回路。當發(fā)生接地現(xiàn)象時,裝置向主微機監(jiān)控裝置發(fā)某母線電壓、絕緣異常的同時自身也發(fā)告警信號,顯示故障母線電壓、絕緣異常,可精確到某一支路[1]。

1.2MARK Vle110V直流電源接地檢查原理

二期燃機運行頁面中設(shè)置了光字牌報警,信號來源于控制系統(tǒng)電源檢測卡件PPDA,運行可根據(jù)光字牌是否閃爍提前察覺故障,并前往就地電子室進行直流段檢查,判斷故障是否可以復(fù)歸或者聯(lián)系檢修人員。

控制系統(tǒng)中110V直流供電至JPDF板卡,該卡通過PPDA模塊提供相對于地的正/負直流電壓的幅值反饋,兩個信號之間的差異等于總線電壓。正常運行中正/負對地電壓反饋均在絕對值55V左右,而兩個總線電壓幅值之間的差異是檢測系統(tǒng)接地故障的依據(jù),正常時差值極小。當JPDF板卡在直流總線上顯示對地電壓偏差超過30V時,PPDA模塊會發(fā)出警報,并在診斷頁面顯示翻紅,提醒熱工人員進行檢查。

1.3MARKVle110V直流電源分配系統(tǒng)構(gòu)成

通過將DACA整流模塊送至JPDF板卡的110V直流,一路分配到JPDM控制電源板,分成三路R、S、T分別連接至IS200JPDP一本地控制器配電模塊(JPDP)變壓成28V直流,控制電源板(JPDM)再次接收R、S、T三路控制電源,并將其分配到本地電源配電板(JPDH)與三臺控制器和總I/0交換機,配電板連接分配到各PAIC卡:另一路則直接從JPDF板卡上以DC110V供電給JPDD直流電源分配板,二次分配給對應(yīng)的數(shù)字量I0卡如PDIO、PDIA,用于接收信號和驅(qū)動就地控制設(shè)備[3]。電源板接線圖如圖1所示。

2事故處理流程及排查分析

2.1事故描述

某日熱工人員值班時接到運行報修電話,趕至現(xiàn)場獲知#9機頁面光字牌報警:G9與S9都有直流DC125V接地報警?，F(xiàn)場6.3m層母線室內(nèi)直流饋電柜上絕緣檢測儀同樣有如下現(xiàn)象:主監(jiān)控器上發(fā)出"直流接地"信號:NCS上發(fā)出網(wǎng)控110V直流接地信號,且一段時間后還無法復(fù)歸,證明故障實際存在,并非誤報。

2.2故障部位判斷方法

2.2.1專業(yè)區(qū)分

首先要判斷故障發(fā)生的源頭是電氣部分的直流母線中有接地部位引起報警,還是熱工專業(yè)的控制柜內(nèi)有接地,進而導(dǎo)致同一110V直流母線上的接地電壓異常。

第一步判斷的關(guān)鍵在于直流饋線屏上有兩路空開,MK-VI控制電源#1與MK-VI控制電源(燃機#3控制柜)分別將110V母線上的電壓送至控制系統(tǒng)的S9汽機柜與G9燃機柜。兩路均有報警,首先要一路路來拉掉開關(guān),復(fù)位檢查接地信號是否存在。如果拉掉該路開關(guān)后接地報警消失,可證明接地部位基本位于母線上其他分支,如果接地報警未消失,則說明故障存在于控制柜內(nèi)的可能性極大。

空開是連接一條母線兩個部分的中間節(jié)點,報警檢測信號在母線絕緣儀和PPDA電源診斷卡件上是針對整段線路的對地電壓,所以必須先將母線分割成兩部分,查看各自的信號是否復(fù)歸,以初步找出故障區(qū)域。

步驟一:熱工檢修人員首先在空開連接情況下測量控制柜內(nèi)直流進線端正/負對地電壓為8.45V和-108V,饋電柜空開出線側(cè)正/負電壓為8.55V、-108.4V,說明空開至控制柜接線完好,下一步通過空開來判斷故障部位。

步驟二:拉掉送至S9機柜的MK-VI控制電源#1和送至G9機柜的MK-VI控制電源(燃機#3控制柜),復(fù)歸信號后可看到光字牌頁面G9報警消失,S9報警仍在,此時絕緣檢測儀顯示正常。

先恢復(fù)MK-VI控制電源#1空開后,對應(yīng)S9直流接地報警未消失,檢測儀顯示電壓偏差出現(xiàn)。

至此,基本可以判斷接地故障在熱工專業(yè)汽機柜內(nèi)相關(guān)直流系統(tǒng)所帶板卡、PAIC卡上接線端子等處。

2.2.2故障位置查找

汽機柜內(nèi)直流系統(tǒng)是通過本地電源分配板將直流110V送至各塊PDIO板卡上供正常工作,所以下一步需要判斷的是故障部位在哪一塊板卡上。排查手段與母線檢測相同,按照接線順序依次拔掉每一列PDIO板卡在電源分配板上的電源插線,檢查接地報警是否消失。此時大致有兩種情況:

(1)如果消失,那么鎖定接地故障在已拔掉的板卡中,跳過最后一塊拔掉的板卡,依次插回前面每塊PDIO板卡的電源,報警出現(xiàn),則當前板卡有接地。

(2)如果沒有消失,證明接地位置在于電源分配板至直流電源來源,此時需要按照電源的走向,從最底層分配板開始斷電,判斷是否是分配板接地,若故障位置還在電源源頭處,則同理繼續(xù)由下向上排查。

經(jīng)檢查,本次事故故障位于汽機柜內(nèi)其中一塊PDIA板卡。單獨將接地的板卡接在直流系統(tǒng)中,在板卡上則需要先檢查該卡攜帶了哪些設(shè)備信號,如氣動閥門反饋、電機狀態(tài)反饋、各種壓力液位開關(guān)以及硬接線等,依次脫開設(shè)備信號,檢查接地是否消失并記錄,最終排查到一副就地棄用的壓力開關(guān)線纜受潮接地,導(dǎo)致最終影響到全部直流系統(tǒng)接地報警。

2.2.3常見故障規(guī)律總結(jié)

對于板卡上的接地問題,首先判斷該卡攜帶了哪些設(shè)備信號,是否會影響到公共設(shè)備或引發(fā)重大事故,對此類問題采取對應(yīng)的安措并交待工作注意事項、開票:然后考慮哪些設(shè)備有檢修、斷電、拆裝過線的工作,先檢查這部分設(shè)備,很可能接線端子處有搭牢設(shè)備殼體、裸露接地處等:再從剩下的設(shè)備中找出就地位置不佳,易受潮進水等位置,進一步排查。

基本上機組沒有檢修、位置通風較干燥的設(shè)備,出現(xiàn)接地的概率極小,所以以上檢查流程是多年來各電廠總結(jié)出的通用經(jīng)驗,可供參考。

2.2.4優(yōu)化改進建議

當前,110V直流電源系統(tǒng)JPDF上分別連接了不同的JPDD電源分配板,當其中一塊板上所帶卡件出現(xiàn)接地時,需對該JPDD板卡上的全部負載進行掉電檢查,工程量較大且費時,不易查詢。故經(jīng)熱工專業(yè)分析電源系統(tǒng)硬件配置,在廠區(qū)三號機大修期間進行了直流110V電源的布線改造,所有110V直流驅(qū)動的卡件全部單獨接在JPDF上進行供電和檢測,這樣每塊板卡可以單個進行電壓檢測,當有接地報警時,可以精準判斷是哪一塊板卡有故障報警,直接進行排查,無須再像原本布線那樣從JPDD電源分配板處順序檢查,極大地減少了工作量,提高了排查效率,且降低了事故的嚴重程度。

3結(jié)語

雖然燃氣輪機系統(tǒng)設(shè)計為當外圍設(shè)備接地時,控制系統(tǒng)仍能正確采集到開關(guān)信號的動作情況,能夠確保機組安全運行,且當就地設(shè)備接地時由于電源對地不構(gòu)成回路,也不會造成燒卡件或影響電源供電的情況,具有很高的可靠性。但隨著機組多次檢修、設(shè)備長時間投入運行,設(shè)備老化和人為工作失誤等其他因素總會造成隱患的累積,進而降低MARK Vle系統(tǒng)的穩(wěn)定性,一旦板卡燒穿,帶來的后果小到全卡設(shè)備跳閘停用,大到機組跳機,就地設(shè)備突變造成人身傷害等。因此,燃氣輪機的125V直流接地系統(tǒng)故障率實際上一直居高不下,雖然未引起重大后果,但依舊要從根源上及時解決,保證安全。