锅炉电动门盘柜电源及热机保护改造.doc

锅炉电动门盘柜电源及热机保护改造

     浑江发电公司两台QFSN-300-2型300MW机组于2007年投入运行，2号发电机组于2009年末至2021年初先后三次发生因锅炉电动门盘柜失电造成锅炉灭火，机组跳闸事件，给安全生产带来严重威胁，事件暴露出电动门盘柜电源存在元件质量差、回路制定不合理及热机保护不配套等问题，经专业人员认真检查测试，反复研究试验，并咨询制定院及设备厂家，对电动门盘柜电源及热机保护进行了可行性技术改造，截止2021年末已运行近一年时间，没有出现任何故障现象，运行状态优良。
        一、问题剖析
        〔一〕故障事件描述
        浑江发电公司1、2号机组电动门锅炉盘柜的电源切换装置由西安航天自动化股份生产STQ-140型，电源切换装置系统两侧由下而上分别是两路电源的空气开关HF1、HF2和接触器C1、C2，中间上部为电源切换板。〔详见附图1〕
        附图1  电源切换装置内部结构图
        锅炉电动门盘柜所带负荷有炉电动门电源、一次风电动挡板执行器电源和油枪控制柜电源等，共300多路负荷，靠两路电源供电，一路工作、一路备用，通过电源切换装置进行自动切换。
        锅炉电动门盘柜电源1取自380V厂用段，空开HF1投入、接触器C1联动投入，处在正常运行状态；电源2取自380V保安段，空开HF2投入、接触器C2断开，处在联动备用状态。〔详见附图2〕
        附图2  电动门盘柜电源一次接线示意图
        电源切换装置面板上部有4个指示灯，左边2个分别是电源1“投入〞、“工作〞指示灯，右边2个分别电源2“投入〞、“工作〞指示灯，下面有2个开关操作把手，左边为空开HF1手操，右边为空开HF2手操。面板状态为正常运行状态。〔详见附图3〕
        附图3  电源切换装置控制面板分布图
        2009年10月11日和11月10日先后两次机组跳闸，事件均发生在机组正常运行中，锅炉电动门盘柜电源1跳闸、电源2未联动， DCS画面显示所有一次风挡板位置反馈变为坏质量点，所有给粉机跳闸，MFT动作〔跳闸首出：炉膛灭火跳闸〕，2号机组跳闸。〔详见附图4〕
        附图4  一次风挡板执行器失电机组跳闸逻辑原理图
        就地检查锅炉电动门盘柜发现，电源1、电源2的空开HF1、HF2在合闸优良状态〔电源1、电源2“输入〞灯均亮〕，接触器C1、C2在跳闸状态〔电源1、电源2“工作〞灯均灭〕，母线电压表无指示。经现场检查分析确认：HF1在合位、C1跳闸；HF2在合位、C2未联动。运行人员手动将HF1切开后，C2联动成功〔电源2“工作〞灯亮〕，母线电压表显示正常。
        第一次故障发生后，专业人员外观检查没有发现显然故障现象，由于电源切换装置是一个封闭式控制箱，故障后已手动切换到另一路运行，无法马上开箱检查，利用机组停备机会将装置打开〔详见附图1〕，发现电源切换板一管脚虚焊。
        第二次故障发生后检查发现接触器C1运行中异常脱扣，该接触器为天水213机床电器厂产品CJX4-225F型，经测试并且联系电源切换装置厂家确认，故障原因是由于C1运行中脱扣跳闸，造成电源1丧失，而C2投入的条件是电压继电器检测出电源1失压〔或降低到动作值〕、电源2电压正常。经回路检查发现电压检测继电器U1接到了空开HF1与接触器C1之间，当C1断开时，由于HF1在投入优良状态，U1电压正常，故C2不动作，不能切换到电源2运行，即在上级电源正常而接触器本身故障跳闸状况下，备用电源不能进行自动切换。〔详见附图5〕
        附图5  电压切换继电器保护接线图
        2021年1月8日的锅炉灭火事件发生在锅炉点火后的升压过程中，电气专业改换接触器C1后，运行人员按规定采纳瞬间停电法将2号炉电动门盘柜电源2倒至电源1运行时，电源切换装置显示正常，切换前后锅炉电动门盘柜运行正常，但2号炉所有投运的油枪全部退出，锅炉灭火。事件发生后，经过试验分析，确认事件原因为：油枪系统是按照电源消失自动跳油燃烧器制定的，而锅炉电动门盘柜电源切换是按顺停切换法制定的。因此，在锅炉点火后电源切换的瞬间，油枪控制回路瞬间失电，导致控制柜内由中间继电器坚持的油枪进到位、油角阀开到位信号消失，触发油燃烧器跳闸逻辑，油枪退出，入炉燃料中断，锅炉灭火。〔详见附图6〕
        附图6  燃油中断锅炉灭火逻辑图
        〔二〕存在问题
        1、电源切换装置存在制造质量问题；
        2、接触器性能不稳定；
        3、电压检测信号取点存在死角，回路制定不合理；
        4、工作电源与备用电源组装在1个封闭式控制箱内，一路运行时，无法对另一路进行检查维护，制定结构不合理；
        5、一次回路元件多，接线复杂，增加了故障几率；
        6、设备厂家技术封锁，不供给图纸资料，没有技术培训；；
        7、一次风挡板关闭联跳给粉机的保护逻辑制定不合理。
        8、油枪控制回路制定不合理，未合计可能存在的电源切换过程。
        二、技术改造
        〔一〕电动门盘柜电源改造
        1、改造的必要性：
        〔1〕电源切换板故障或接触器本身故障造成运行电源跳闸，备用电源不能可靠联动，造成机组跳闸，回路制定存在严重安全隐患，应进行改造；
        〔2〕主要元件故障频率高，应进行改换；
        〔3〕300MW机组相同的电动门盘柜电源共计6套〔每台机组炉侧1套，机侧2套〕，隐患影响面广，应及时进行改造。
        2、改造总体思路：
        〔1〕选购性能稳定，可靠性高、厂家售后服务好，信誉程度高的元件；
        〔2〕电压采集点取自电动门盘柜母线上；
        〔3〕简化回路。

      3、改造方案：
        〔1〕利用原空开HF1、HF2元件；
        〔2〕改换接触器C1、C2元件，选择性能稳定、可靠性高的日本富士SC-N10型的优质产品，(共12块)；
        〔3〕取消电源切换板；
        〔4〕取消利用U1〔U2〕判定C2〔C1〕联投条件，增设利用C1(C2)闭接点判定C2 (C1)联投条件；
        〔5〕在负荷母线上增加缺相保护器QXB；
        〔6〕保留电源切换装置面板上的4个指示灯和2个开关操作把手及功能，加长面板上的元件连线，保证在运行中能正常开箱检查，将封闭式控制箱改成可开启式；
        〔7〕新增C1、C2、QXB辅助接点进DCS系统。
        按照改造方案改造后，两路电源一路运行，另一路备用，当运行电源接触器因上级电源失压跳闸或因接触器本身故障跳闸后，其常闭辅助接点瞬时闭合，迅速联动备用电源，保证备用电源迅速联动可靠投入。电源指示及断相保护进DCS并报警。〔详见附图7〕
        附图7  电动门盘柜电源改造后原理接线图
        4、改造过程：
        〔1〕元件、材料准备齐全；
        〔2〕拆掉取消的元件及配线；
        〔3〕检验、测试待组装元件合格，待改换接触器动作电压测试合格，线圈电阻及绝缘电阻测试合格；
        〔4〕将准备好的元件、配线及辅助材料进行组装；
        〔5〕标注、标记及配备标志牌，改造后达到标识齐全；
        〔6〕测试两路电源联动切换时间为50ms左右。
        〔7〕整体传动试验合格；
        〔8〕投入试运行。
        2021年1月27日，利用停机机会，完成对1号炉电动门盘柜电源改造，投入运行优良； 2月8日，利用停机机会，完成对2号炉电动门盘柜电源改造，投入运行优良；剩余1、2号机电动门盘柜的4套电源回路利用停机机会，至7月21日已全部改造完成，投入运行优良。
        5、改造效果：
        改造后，联动回路简单、可靠、方便日常设备检查维护，同时也有效避免了原设备系统存在不够给安全生产带来的隐患。
        〔二〕一次风挡板关闭联跳给粉机保护系统改造
        1、改造的必要性:
        改造前，一次风挡板执行器失电后风门仍处在正常开位状态，锅炉燃料量、风量仍处在平衡状态，只是一次风挡板暂时不能进行调整，待电源恢复后，一次风挡板即可恢复正常操作，但此时控制逻辑却触发给粉机跳闸，导致入炉燃料中断，MFT动作。属于给粉机跳闸保护逻辑制定缺陷，已严重威胁机组安全运行，应进行改造。
        2、改造总体思路:
        利用一次风挡板执行器的模拟量位置反馈信号，开关量位置反馈信号和给粉机运行信号建立逻辑关系，完善给粉机跳闸保护逻辑。
        3、改造方案：
        〔1〕取一次风挡板执行器的模拟量位置反馈信号；
        〔2〕取一次风挡板执行器的开关量位置反馈信号；
        〔3〕取给粉机运行状态量；
        由以上三个信号在DCS内组态实现：一次风挡板执行器的模拟量位置反馈小于5%、一次风挡板执行器关信号〔开关量信号〕来、给粉机运行信号，三者 “与〞逻辑成立时，跳闸给粉机。
        4、改造过程：
        2021年2月份，两次利用停机机会，热控专业完成了1、2号炉共计32套一次风挡板关闭联跳给粉机保护的改造，试验合格后，投入运行。
        5、改造效果：
        通过改造，完善了给粉机跳闸保护逻辑，有效防止保护系统误动作，提升了系统的可靠性，取得了预期效果。
        〔三〕油枪控制回路失电延时跳闸油燃烧器改造
        1、改造的必要性:
        改造前，由于油枪控制回路存在制定缺陷，在机组运行过程中，假设发生油枪系统控制电源切换，将导致所有投运油枪退出，严重威胁锅炉运行安全。
        2、改造总体思路:
        在油枪控制回路内增加延时，使油枪系统在瞬间失电时〔电源切换顺停时间为50ms左右〕，用于跳闸油燃烧器的各开关量状态坚持1秒，假设1秒后系统仍然失电，则触发油燃烧器跳闸逻辑。
        3、改造方案：
        在油枪顺控启逻辑内油角阀开到位信号后加1秒反向延时；在油枪顺控停逻辑内油枪进到位信号后加1秒正向延时。
        改造后，油枪系统电源中断时，延时跳开油燃烧器，假设在延时时间内电源恢复，则油燃烧器正常运行。〔详见附图8〕
        附图8 油枪控制电源失电延时跳闸油燃烧器逻辑图
        4、改造过程：
        2021年1月27至31日，热控专业完成两台炉24套油枪控制回路失电延时跳闸油燃烧器改造，试验优良后，投入运行。
        5、改造效果：
        通过改造，有效防止了电压波动及电源顺停联动所造成的保护误动作，提升了油燃烧器运行的可靠性，取得了预期效果。
        三、结论
        对两台300MW机组的机、炉共6套电动门盘柜电源回路、32套一次风挡板关闭联跳给粉机保护回路、24套油枪控制回路进行技术改造，至2021年末，没有发生任何故障，至今仍处在正常运行状态。