引言

在福島核電泄漏導致核電緩批的大環(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、運行相關的重要設備均受系統(tǒng)控制,其中如泵與閥門的限位以及差壓開關等兩位式開關量信號較容易影響直流供電系統(tǒng),設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)的構成、接地故障排查的方法和思路、問題的預防,對機組安全運行和相似問題的解決具有一定的指導作用。

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)由兩組母線構成,分別為110V直流9A段和110V直流9B段,兩段之間以聯(lián)絡開關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有整流器和蓄電池組。110V直流9A段對應的是#9A整流器和#9A蓄電池組:110V直流9B段對應的是#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,進而導致同一110V直流母線上的接地電壓異常。

第一步判斷的關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,復位檢查接地信號是否存在。如果拉掉該路開關后接地報警消失,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MK-VI控制電源#1空開后,對應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、各種壓力液位開關以及硬接線等,依次脫開設備信號,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線纜受潮接地,導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備信號,是否會影響到公共設備或引發(fā)重大事故,對此類問題采取對應的安措并交待工作注意事項、開票:然后考慮哪些設備有檢修、斷電、拆裝過線的工作,先檢查這部分設備,很可能接線端子處有搭牢設備殼體、裸露接地處等:再從剩下的設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)設計為當外圍設備接地時,控制系統(tǒng)仍能正確采集到開關信號的動作情況,能夠確保機組安全運行,且當就地設備接地時由于電源對地不構成回路,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、設備長時間投入運行,設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備跳閘停用,大到機組跳機,就地設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。