9FA燃机机组MARK Vle系统110V直流馈电柜接地报警的故障排查与处理

引言

在福岛核电泄漏导致核电缓批的大环境下,为弥补用电缺口,浙江省燃机发电抢建工程计划上马,为响应该计划,杭州华电半山发电有限公司3×415MW燃气轮机二期工程三台9FA级单轴燃气蒸汽联合循环发电机组于2012一2013年陆续投产,配套以GE针对9F机组更新的MARKVle控制系统,统一控制燃机、汽机以及余热锅炉辅机侧三大部分。

控制系统的重要性在电厂生产流程中位居首位,与启机、停机、运行相关的重要设备均受系统控制,其中如泵与阀门的限位以及差压开关等两位式开关量信号较容易影响直流供电系统,设备在检查或检修期间的不当工作或环境影响都会造成接地报警,接地情况严重会间接影响控制系统正常工作。因此,以本厂#9机组出现的110V直流馈电柜接地报警故障为典型故障案例,本文分析了燃机110V直流系统的构成、接地故障排查的方法和思路、问题的预防,对机组安全运行和相似问题的解决具有一定的指导作用。

1110V直流系统介绍

MARKVle控制系统的电源系统由GE公司设计提供,采用了冗余配置,系统主电源为125V直流,正常情况下由全厂110V直流系统供给。事故工况下由两组独立的220V(50Hz)交流电源提供,由JPDB模块接收,经整流、滤波、稳压至125V直流后提供。DC125V经过JPDF板卡传递给JPDM板卡对电源进行管理,对所有母线电压、支路状态、电源模块故障及接地故障等进行监视和分配。

1.1厂用110V直流系统

半山电厂二期每台机组厂用直流110V系统由两组母线构成,分别为110V直流9A段和110V直流9B段,两段之间以联络开关10F4和20F4联系(以#9机为例)。

DC110V系统每台机组的两段母线分别设有整流器和蓄电池组。110V直流9A段对应的是#9A整流器和#9A蓄电池组:110V直流9B段对应的是#9B整流器和#9B蓄电池组,其中交流电源来自于380V保安段。所有直流母线上都装设集中监控器、副监控器、蓄电池管理单元、馈线状态检测模块、直流系统绝缘检测装置。运行时投入,检查直流系统运行情况是否正常。

110V直流9A段、直流9B段母线上各有一套CL6884型绝缘检测装置、CL6881V2型开关量监测装置、CL6882V2-2型蓄电池巡检装置,两套CL6880V2型微机监控装置。

CL6884型绝缘检测装置可在线检测直流系统的对地绝缘状况(包括直流母线、蓄电池回路、每个电源模块各个馈线回路绝缘状况等),并自动检出故障回路。当发生接地现象时,装置向主微机监控装置发某母线电压、绝缘异常的同时自身也发告警信号,显示故障母线电压、绝缘异常,可精确到某一支路[1]。

1.2MARK Vle110V直流电源接地检查原理

二期燃机运行页面中设置了光字牌报警,信号来源于控制系统电源检测卡件PPDA,运行可根据光字牌是否闪烁提前察觉故障,并前往就地电子室进行直流段检查,判断故障是否可以复归或者联系检修人员。

控制系统中110V直流供电至JPDF板卡,该卡通过PPDA模块提供相对于地的正/负直流电压的幅值反馈,两个信号之间的差异等于总线电压。正常运行中正/负对地电压反馈均在绝对值55V左右,而两个总线电压幅值之间的差异是检测系统接地故障的依据,正常时差值极小。当JPDF板卡在直流总线上显示对地电压偏差超过30V时,PPDA模块会发出警报,并在诊断页面显示翻红,提醒热工人员进行检查。

1.3MARKVle110V直流电源分配系统构成

通过将DACA整流模块送至JPDF板卡的110V直流,一路分配到JPDM控制电源板,分成三路R、S、T分别连接至IS200JPDP一本地控制器配电模块(JPDP)变压成28V直流,控制电源板(JPDM)再次接收R、S、T三路控制电源,并将其分配到本地电源配电板(JPDH)与三台控制器和总I/0交换机,配电板连接分配到各PAIC卡:另一路则直接从JPDF板卡上以DC110V供电给JPDD直流电源分配板,二次分配给对应的数字量I0卡如PDIO、PDIA,用于接收信号和驱动就地控制设备[3]。电源板接线图如图1所示。

2事故处理流程及排查分析

2.1事故描述

某日热工人员值班时接到运行报修电话,赶至现场获知#9机页面光字牌报警:G9与S9都有直流DC125V接地报警。现场6.3m层母线室内直流馈电柜上绝缘检测仪同样有如下现象:主监控器上发出"直流接地"信号:NCS上发出网控110V直流接地信号,且一段时间后还无法复归,证明故障实际存在,并非误报。

2.2故障部位判断方法

2.2.1专业区分

首先要判断故障发生的源头是电气部分的直流母线中有接地部位引起报警,还是热工专业的控制柜内有接地,进而导致同一110V直流母线上的接地电压异常。

第一步判断的关键在于直流馈线屏上有两路空开,MK-VI控制电源#1与MK-VI控制电源(燃机#3控制柜)分别将110V母线上的电压送至控制系统的S9汽机柜与G9燃机柜。两路均有报警,首先要一路路来拉掉开关,复位检查接地信号是否存在。如果拉掉该路开关后接地报警消失,可证明接地部位基本位于母线上其他分支,如果接地报警未消失,则说明故障存在于控制柜内的可能性极大。

空开是连接一条母线两个部分的中间节点,报警检测信号在母线绝缘仪和PPDA电源诊断卡件上是针对整段线路的对地电压,所以必须先将母线分割成两部分,查看各自的信号是否复归,以初步找出故障区域。

步骤一:热工检修人员首先在空开连接情况下测量控制柜内直流进线端正/负对地电压为8.45V和-108V,馈电柜空开出线侧正/负电压为8.55V、-108.4V,说明空开至控制柜接线完好,下一步通过空开来判断故障部位。

步骤二:拉掉送至S9机柜的MK-VI控制电源#1和送至G9机柜的MK-VI控制电源(燃机#3控制柜),复归信号后可看到光字牌页面G9报警消失,S9报警仍在,此时绝缘检测仪显示正常。

先恢复MK-VI控制电源#1空开后,对应S9直流接地报警未消失,检测仪显示电压偏差出现。

至此,基本可以判断接地故障在热工专业汽机柜内相关直流系统所带板卡、PAIC卡上接线端子等处。

2.2.2故障位置查找

汽机柜内直流系统是通过本地电源分配板将直流110V送至各块PDIO板卡上供正常工作,所以下一步需要判断的是故障部位在哪一块板卡上。排查手段与母线检测相同,按照接线顺序依次拔掉每一列PDIO板卡在电源分配板上的电源插线,检查接地报警是否消失。此时大致有两种情况:

(1)如果消失,那么锁定接地故障在已拔掉的板卡中,跳过最后一块拔掉的板卡,依次插回前面每块PDIO板卡的电源,报警出现,则当前板卡有接地。

(2)如果没有消失,证明接地位置在于电源分配板至直流电源来源,此时需要按照电源的走向,从最底层分配板开始断电,判断是否是分配板接地,若故障位置还在电源源头处,则同理继续由下向上排查。

经检查,本次事故故障位于汽机柜内其中一块PDIA板卡。单独将接地的板卡接在直流系统中,在板卡上则需要先检查该卡携带了哪些设备信号,如气动阀门反馈、电机状态反馈、各种压力液位开关以及硬接线等,依次脱开设备信号,检查接地是否消失并记录,最终排查到一副就地弃用的压力开关线缆受潮接地,导致最终影响到全部直流系统接地报警。

2.2.3常见故障规律总结

对于板卡上的接地问题,首先判断该卡携带了哪些设备信号,是否会影响到公共设备或引发重大事故,对此类问题采取对应的安措并交待工作注意事项、开票:然后考虑哪些设备有检修、断电、拆装过线的工作,先检查这部分设备,很可能接线端子处有搭牢设备壳体、裸露接地处等:再从剩下的设备中找出就地位置不佳,易受潮进水等位置,进一步排查。

基本上机组没有检修、位置通风较干燥的设备,出现接地的概率极小,所以以上检查流程是多年来各电厂总结出的通用经验,可供参考。

2.2.4优化改进建议

当前,110V直流电源系统JPDF上分别连接了不同的JPDD电源分配板,当其中一块板上所带卡件出现接地时,需对该JPDD板卡上的全部负载进行掉电检查,工程量较大且费时,不易查询。故经热工专业分析电源系统硬件配置,在厂区三号机大修期间进行了直流110V电源的布线改造,所有110V直流驱动的卡件全部单独接在JPDF上进行供电和检测,这样每块板卡可以单个进行电压检测,当有接地报警时,可以精准判断是哪一块板卡有故障报警,直接进行排查,无须再像原本布线那样从JPDD电源分配板处顺序检查,极大地减少了工作量,提高了排查效率,且降低了事故的严重程度。

3结语

虽然燃气轮机系统设计为当外围设备接地时,控制系统仍能正确采集到开关信号的动作情况,能够确保机组安全运行,且当就地设备接地时由于电源对地不构成回路,也不会造成烧卡件或影响电源供电的情况,具有很高的可靠性。但随着机组多次检修、设备长时间投入运行,设备老化和人为工作失误等其他因素总会造成隐患的累积,进而降低MARK Vle系统的稳定性,一旦板卡烧穿,带来的后果小到全卡设备跳闸停用,大到机组跳机,就地设备突变造成人身伤害等。因此,燃气轮机的125V直流接地系统故障率实际上一直居高不下,虽然未引起重大后果,但依旧要从根源上及时解决,保证安全。