660 MW汽动给水泵组MEH保护优化及可靠性分析

0引言

随着电网负荷需求的持续增长,大型火力发电机组的数量也在不断增加。在这种背景下,全面实施节能降耗、降低运行成本、提高机组利用率等措施显得尤为重要^[1]。在火力发电机组中,锅炉给水的主驱动泵通常采用变速汽动给水泵,而汽动给水泵的MEH控制系统是机组自动控制系统的关键组成部分。传统的汽动给水泵液压调节系统由于其结构复杂、自动化水平低、操作烦琐以及维护和检修工作困难,已经不能满足当前大型机组锅炉给水自动调节的需求^[2]。尽管部分机组已经采用了电液控制系统,但电液转换器性能不佳加上自动化技术滞后,同样无法满足大型机组长期安全运行和高自动化的要求^[3]。鉴于此,本文通过分析某660 MW火电机组在汽动给水泵跳闸后检查出的问题,对MEH控制系统进行了优化改造,提高了机组的运行可靠性。

1 系统保护逻辑及组成

1.1 MEH系统保护逻辑

该发电厂汽动给水泵MEH控制系统保护逻辑如图1所示。

在机组启动和正常运行期间,通过测速元件采集给水泵的转速,然后通过输入卡件将开关量(三取二)传送至调速控制器。数字处理单元(DPU)对这些信号进行判断、分析和计算,综合LVDT返回的信号后,将控制信号发送至低压调节阀的伺服阀,通过伺服阀改变低压调节阀的开度,从而控制给水泵的转速,以调节泵的出口压力和流量^[4]。当蒸汽给水泵的转速发生变化时,给水泵的输出流量也会相应改变,以满足锅炉给水流量的需求。

1.2 系统组成

每台汽动给水泵的MEH控制系统均配备了一套独立的EH油液压系统,执行机构包括低压蒸汽主阀、低压蒸汽调阀和逆止阀。在控制功能方面,涵盖了汽动给水泵的打闸、复位、挂闸(开启低压主汽门)、正常运行、转速调节控制以及相关的超速试验和保护功能。MEH控制系统还具备与CCS相连的远程控制接口,作为CCS子系统完成协调控制^[5]。整个系统由PCU13过程控制单元、主控画面、液压元件、伺服阀、测速装置、模拟远程控制接口和连接电缆组成,主控画面可同时控制两台汽动给水泵。控制柜的输出通过伺服阀装置将电信号转换为液压油信号,以控制低压蒸汽主阀和低压蒸汽调节阀的液压伺服电机的开度,从而调节给水泵的转速、输出压力和流量^[6-7]。

1.3控制方式及性能指标

自动模式:在自动运行启动后,系统将自动追踪目标转速的设定值,以此实现对锅炉给水流量的精准自动控制。

手动模式:当切换到手操模式时,操作员可以设定具体的 目标速度值以及速度变化率,通过这种方式实现对手动调节速度目标值的直接控制。

CCS模式:在给水泵处于自动模式的基础上,一旦接收到MEH主控画面发出的CCS遥控请求,系统会根据锅炉给水流量的前馈信号, 自动调节低压主汽门的开度,对给水泵的转速进行匹配调节,从而有效控制锅炉的给水流量,主要性能指标如表1所示。

2 异常分析及处理

2.1 事件经过

某年5月28日,某发电厂1号机组在负荷600 MW、主蒸汽压力23.7 MPa、主蒸汽温度565℃下运行,其制粉系统1A、1B、1C、1D、1E、1F及汽动给水泵1A和1B均处于遥控自动控制状态。10:00左右,运行监盘人员注意到1A汽动给水泵轴承1号测点的振动值逐渐上升,实地测量得到的轴承振动值约为0.01 mm。热工和检修班人员现场检查并未发现明显异常。8min后,1A汽动给水泵因轴承振动值过高跳闸,2min后,1B汽动给水泵突然跳闸。通过DCS系统检查,发现跳闸首出为“泵出口流量低”,而MEH控制系统保护动作的首要原因是“给水泵超速”。

2.2 原因分析

1)经详细查阅记录,1A汽动给水泵的跳闸事件是由于其轴承1号测点的振动值达到了预设的跳闸值。该振动跳闸逻辑设计为:当同一轴承的X方向或y方向测量值中任一达到跳闸值 (0.08mm)时,即会触发保护动作。通过检查工程师站的历史数据,发现X方向的振动值达到了0.088 mm,而y方向则为0.020 7 mm。虽然y方向振动值未达跳闸标准,但X方向的瞬时振动值已超出跳闸保护限值,因此导致了1A汽动给水泵的跳闸。在热工机控人员对振动测量装置元件、传感元件及保护定值进行核实确认无误后,运行人员重新启动1A汽动给水泵至正常转速。随后,热工机控人员再次检测,确认1A汽动给水泵在X、y两个方向上的振动值均已回归正常范围。然而,进一步回顾历史曲线记录,发现1A汽动给水泵后轴1号测点在5月21 日至22日期间曾两次触及报警值(0.04 mm),其中最大实时振动值达到了0.048 mm。而在5月28日1A汽泵跳闸前,前轴1号和2号测点的振动值也分别高达0.05 mm和0.045 mm。

结合SIS系统所记录的数据以及保护动作发生前检修人员的现场监测情况分析,综合推断此次1A汽泵跳闸可能的原因有两种:一种是1A汽泵自身突发的瞬时异常振动所引发,但需注意,由于SIS系统存在缺陷,无法准确查阅操作日志时间及实时历史数据以进行更精确的分析;另一种可能性是振动测量装置元件或传感元件受到了外部信号的干扰,从而误触发了保护动作。

2)1B汽动给水泵跳闸的原因确定为超速。其超速保护动作逻辑设计如下:在给水泵MEH系统中,当控制模式设定为CCS方式时,若实时转速与设计值的偏差超出500 r/min,将触发汽泵跳闸保护。此设计主要目的是预防小机低压调门出现卡涩现象。经查阅操作日志发现,1A汽动给水泵跳闸后,机组迅速降低电负荷,同时切换至阀控模式,锅炉燃料及给水自动控制系统亦转为手动操作,而此时给水泵MEH控制系统仍保持在CCS自动模式。锅炉给水流量降低,1B汽动给水泵接收到的指令迅速增至100%,导致汽动给水泵低压调门全开。然而,受1A汽动给水泵跳闸及机组快速降负荷影响,1B给水泵的汽源压力不足,同时锅炉主汽压力偏高,限制了1B给水泵的出力。经折算分析当时汽源压力,汽动给水泵转速仅能维持在5 000~5 200 r/min范围内,无法达到设定转速值,最终因1B汽动给水泵转速设定值与实时转速偏差超 出500 r/min,触发了MEH控制系统中的超速保护动作,导致跳闸。

2.3优化处理

针对该厂发生的1B汽动给水泵因最小流量保护动作跳闸,且MEH首出显示为1B汽动给水泵超速保护动作跳闸,进而引发锅炉给水流量低保护动作触发MFT的案例,该厂对汽动给水泵组的MEH控制系统进行了优化。MEH保护优化前后对比图如图2所示。

1)针对SIS系统,增设了操作日志和采集时间等详细记录功能,同时实现了相关数据的实时查询,以提升系统的透明度和可追溯性。

2)虽然给水泵低压主汽门卡涩导致超速的可能性较小,但仍为给水泵DCS保护设计了多重超速保护措施,包括机械超速保护和电超速保护。此次技术改造中,将给水泵的跳闸保护逻辑进行了调整:当实时转速与设计值的偏差超过200 r/min时,系统将发出报警;偏差超过300 r/min时,给水泵将自动切除遥控,并自动维持3 000 r/min的转速运行。

3)为防止单一方向振动值失真引发汽泵误跳闸,优化了汽动泵的振动大跳闸逻辑判断条件。只有当X方向的振动跳闸值与Y方向的报警值同时触发,或者Y方向的振动跳闸值与X方向的报警值同时触发时,才会判定为振动大跳闸。

4)将给水泵的跳闸演示保护延时从1 s修改为3 s,以提高系统的稳定性。同时,在电动给水泵处于备用自启状态下,当机组负荷大于50%且发生给水泵跳闸时,系统将延时10 s后联锁启动电动给水泵,并将其指令增加至65%,以确保给水的连续供应。

5)利用机组停运和停泵期间,对给水泵的MEH 系统进行了全面检查,包括信号通道、保护卡件、保护定值、振动防护逻辑以及系统防外界信号等,以确保系统的安全可靠运行。

6)对给水泵的进口流量保护逻辑进行了调整。原先的逻辑是在进口流量小于325t/h且在再循环45s内未增加到80%时触发保护动作。现在将这一时间缩短至20 s,即当进口流量持续低于325 t/h且在再循环20 s内未增加到80%时,若未达到要求则汽泵将跳闸。

7)为了提升1A、1B汽动给水泵的运行安全性,将超速保护跳闸逻辑值进行了修改。现在,当转速达到5800 r/min或转速在2950r/min持续5s时,将触发超速保护跳闸动作。

3 结束语

综上所述,该厂对给水泵跳闸保护进行了调整:原先当实时转速与设计值的偏差超过500 r/min时触发跳闸保护,而经过此次技术改造后,当偏差超过200 r/min时系统将发出报警,超过300 r/min时给水泵将自动切除遥控并维持在3000 r/min转速,不会触发跳闸保护。此外,还对给水泵振动防护逻辑、系统防外界信号干扰、给水泵入口流量低以及系统缺陷等方面进行了优化,以确保汽动给水泵组MEH控制系统的安全性和可靠性。

[参考文献]

[1]李婉华.汽动调速给水泵控制系统的分析与介绍[J].广东自动化与信息工程,2006(2):38-40.

[2] 许新闻.600MW汽轮机组MEH常见问题分析及处理[J].广西电力,2008(3):17-20.

[3]孟庆波.汽动给水泵试运行中的问题分析[J].山东工业技术,2018(8):50.

[4] 谭再奎.660 MW给水泵汽轮机MEH伺服卡及配套组件改造 方案[J].流体测量与控制,2022,3(5):77-80.

[5] 田林林.汽动给水泵控制及保护系统升级改造[J].科技创新导报,2017,14(30):1.

[6]诸葛杰.给水泵小汽轮机危急跳闸系统DCS改造[J].中国科技信息,2010(12):177-178.

[7]赵玉柱,王章生,徐厚达.给水泵汽轮机调速系统的改造及优化运行[J].华电技术,2011,33(2):30-32.

2024年第18期第11篇