【精典案例】并网信号瞬间消失，OPC保护误动作，轴向位移增大跳机

【案例分析】某发电厂#4机突然跳闸，查了很久也没确定是什么原因？咋回事？【知识学习】汽轮机上下缸温差为什么不能超过50℃？如何来防范？一、 事件经过某电厂#采用上海锅炉厂生产的SG2028/17.4-M906型亚临界参数、控制循环、四角切圆燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、全钢架结构、露天布置的P型汽包炉；汽轮机----采用东方汽机厂N600-16.7/538/538-1型汽轮机，亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机；旁路采用35%BMCR容量汽动旁路，高低压两级串联系统，高压旁路为单路，低压旁路为双路；发电机----东方电机股份有限公司生产的DH-600-G型QFSN-300-2-20型；制粉系统-----采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，采用6台中速磨煤机，燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用，煤粉细度R90=14%；给水泵----1台30%MCR带液力偶合器的电动调速给水泵；两台50%MCR汽动给水泵高、低压旁路系统----35%MCR的两级串联旁路系统。事件发生前，电厂1、3、4号机组运行，分别带负荷440MW、470MW、480MW。2号机组备用，500kV I母、II母运行，甲线、乙线运行。电厂执行 “3号主变5033CT更换后启动方案”，期间升压站及机组涉网设备未开展其他操作及检修工作。用5033开关同期合环，检查5033开关带负荷正常，检查5033CT极性正确。断开5032开关准备增加负荷进一步核对5033CT极性。

图1  500kV升压站主接线图18时29分 3号机组汽机调门关闭，机组甩负荷480MW，2秒钟后汽机调门重新开启，负荷升至198MW，受3号汽轮机负荷冲击，汽机轴向位移从（-0.56/-0.57mm）上升到（-1.73/-1.66mm），汽机轴向位移保护动作，主汽门关闭，机组失去动力源转而向系统吸收有功率，发变组保护C柜接收到汽机保护联跳信号,发变组程序跳闸逆功率保护动作，发变组解列灭磁，5033开关跳闸。机炉电联锁动作正常。二、原因分析1. 本次机组跳闸涉及热工、电气专业，因此事件排查主要从这两个专业着手开展：1）热工专业从现场实际动作情况，可以初步判断是数字电液控制系统（以下简称DEH系统）汽轮机转速保护（以下简称OPC）动作造成跳门关闭。触发OPC保护，造成调门关闭的条件有两个:(1)汽轮机转速超过3090转/min以上;(2)机组并网信号消失时汽轮机中压缸排压力大于额定负荷的15%。具体逻辑图见图2

图2 DEH系统调门关闭逻辑示意图事件发生时汽轮机无超速现象，汽轮机转速信号稳定在3000转/分钟，调取动作时刻的历史趋势，3号机并网信号存在瞬间消失情况，可能触发OPC保护动作，因此事件调查的重点集中在查找并网信号消失的原因。2）电气专业由于3号机组并网信号的消失是诱发本次机组跳闸事件的直接原因，因此重点排查3号机组并网信号的相关回路。3号机组出口断路器为5032、5033开关，每个开关A/B/C三相的就地常开辅助位置节点并联后形成一个并网信号送至热工DEH系统，现场一共送了3个并网信号至热工DEH系统，由DEH系统做“三取二”逻辑判断，接线原理图如图3所示

图3并网信号接线原理图根据并网信号接线原理图所示，按三取二逻辑，3号机组并网信号消失至少需要两个开入回路的12个辅助接点全部断开。重点排查从500kV升压站送至热控DEH的这三路并网信号的可靠性，排查中分别检查了5032开关、5033开关机构箱和汇控箱的二次接线，检查了升压站至热控DEH的二次电缆，检查发现18对接点及二次接线无异常，接点对地和断口绝缘都大于100MΩ，二次电缆绝缘大于10MΩ。检查中发现3号机组从500kV升压站送至热控DEH的三路并网信号为同一热工信号电缆。为验证5032断路器的操作是否对3号机组的并网信号有影响，在3号机组跳闸后，在向调度部门申请并得到许可后将5032、5033断路器转为冷备用状态，将5033断路器的三对并网信号引入3号机发变组故障录波系统，先合5032断路器、再合5033断路器，最后分开5032断路器（5033断路器保持在合位），监测3号机并网信号12小时未发生变化。2.事件原因分析从整个事件初步的排查结果分析，造成本次3号机组跳闸的直接原因在于5032开关断开后，5033开关送至3号机组DEH系统的并网信号短时消失，造成DEH系统OPC动作，调门关闭。因此查找3号机组DEH系统接收到的3号机组并网信号消失的原因是本次事件调查的核心部分。DEH通道并网信号输入到TPS卡件，卡件的原理图图4所示：

图4 TPS卡件原理图

图5 TPS卡件从原理图上看，并与TPS卡件厂家核实确认，该卡件的开关量输入信号采用光电隔离模式。从图6 DEH系统动作趋势图上看，并网信号只消失了一路，热工DEH系统对并网信号采用的是“三取二”原则的处理逻辑，即三个并网信号中至少需要消失两个并网信号，系统才会认为是并网信号消失。

图6  DEH系统动作趋势图注：BW1、BW2、BW3为机组并网信号，1DCV1POS、1DCV2POS、1DCV3POS、1DCV4POS为4个高压调门位置反馈信号，1DLV1POS-为左侧中调位置反馈信号。在DEH系统针对OPC动作设计有两路触发通道，一路是固化在TPS板卡上的通道（以下简称硬逻辑），一路是DEH系统内部的软件（以下简称软逻辑），其中硬逻辑通道的扫描周期为12mS，软逻辑通道的扫描周期为160mS，从通道扫描周期这个角度上看，OPC保护硬逻辑的灵敏度要大于软逻辑。从图6趋势记录上看到的所有历史数据都是DEH系统OPC保护软逻辑记录的，推断本次3号机组OPC保护动作是由于并网信号瞬时消失，触发了OPC保护硬逻辑出口，造成3号机组调门关闭，而OPC保护软逻辑由于扫描周期较长，未能采集到并网信号消失，没有任何出口，因此在趋势图上没有留下相关的证据。为了验证这一推论，在3号机组DEH系统上重新进行了模拟试验，重现当时3号机组跳闸的过程。现场利用保护校验仪模拟进入DEH系统的三路并网信号，在同一时刻并网信号1断开2S，并网信号2断开20mS，并网信号3保持完好，成功触发了DEH系统OPC动作，动作趋势见图7：

图7 模拟试验DEH系统动作趋势图从模拟试验DEH系统动作趋势图中可以明显看出，DEH系统软件只采集到了并网1信号的消失，并网2和并网3信号是未发生信号翻转，但是调门关闭，因此可以证实是OPC动作硬逻辑出口。OPC保护软逻辑对于短脉冲的并网信号采集存在一定的随机性，经过现场测试验证，只有当并网信号的脉冲宽度在300mS以上时，OPC保护软逻辑才能正确采集，当脉冲宽度低于300mS时，OPC保护软逻辑信号采集的数据呈现不规则分布。DEH通道并网信号查询电压为DC24V，利用电阻箱改变电阻对3号汽轮机DEH通道进行校验，发现并网1、并网2两个并网信号接入通道闭合状态下的噪声容限值偏高。校验数据如下表所示：信号噪声容限值（V DC）并网116.24并网214.01并网38.34以上测试可以证实3号机组跳闸的原因是由于5033开关并网信号瞬时消失造成的。接入3号机并网信号的DEH卡件有两个DC24V通道在5032开关断开后无法完全过滤干扰电压，造成DEH系统误判机组脱网，关闭高中压调节门，在高中压调节门调整过程中，汽机轴向位移保护达到动作定值，造成了3号机组跳闸。三、暴露问题1、DEH系统并网信号采集TPS卡件电压等级为DC24V，该信号需要通过500kV升压站，在升压站电磁环境发生变化时易受到影响，造成热工保护误动作。2、机组从500kV升压站送至热控DEH系统的三路并网信号为同一电缆，汽机电子设备间DEH机柜距离500kV升压站500米左右，虽然在热工逻辑上做了“三取二”的冗余处理，但是当电缆受到外力损坏时容易造成三个重要信号同时受影响，直接引起机组跳机。随着机组服役年限的增加，控制系统硬件老化，通道噪声容限值升高，可靠性降低,在受到干扰时,容易造成信号失真,导致保护误动,危及机组的安全稳定运行。四、防范措施1. 目前DEH系统采集的并网信号电压等级较低为DC24V，存在较大隐患。应对在所有机组DEH系统并网信号回路进行改造，以达到提高DEH系统并网信号的抗干扰能力的目的。2. 对热工控制系统进行检查，对不满足热工控制系统要求的卡件立即更换，提高控制系统的可靠性。3. 机组送至热控DEH系统的三路并网信号为同一电缆，存在一定的隐患。在机组停机期间重新敷设500kV升压站至各台机组的并网信号电缆，保证三个并网信号通过不同的电缆送至机组DEH系统，信号电缆应通过不同的电缆沟进入厂房，保证重要信号的独立性。来源：热控圈