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DEH系统电源故障分析处理与预控

2023-11-22 168 上传者：管理员

摘要：DEH系统负责汽轮发电机组转速和负荷控制，其系统电源的可靠性是火电机组安全、稳定运行的关键因素之一。本文首先分析了主汽门位置变送器供电电源设计不合理导致再热器保护误动，DEH系统电源分配模块老化故障导致机组跳闸，DEH系统电源故障造成AST电磁阀失电导致机组跳闸等故障案例，提出了故障处理和防范措施。随后总结出DEH系统电源故障的防范措施，包括搜集同类型机组故障信息，开展设备使用周期管理等，并给出审查回路电源设计合理性，定期更换电源模块，检修时应进行回路电源测量与记录，优化电源报警和电源的日常巡检等建议。

关键词：
DEH
发电机组
安全运行
电源故障
预控
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DEH系统作为汽轮发电机组转速和负荷控制的关键系统，其系统回路的电源可靠性直接影响着机组的安全运行。故障引起非停的原因有设计上不合理，也有设备老化引发的故障。本文通过分析3个DEH系统电源故障案例，总结出DEH系统电源故障的防范措施，旨在为同行日常的DEH系统电源检修、维护工作提供建议，提高DEH系统电源的可靠性。

1、故障案例分析与处理

1.1 主汽门位置变送器供电电源设计不合理导致再热器保护误动

某电厂汽轮机由上海汽轮机有限公司设计制造，采用德国西门子公司的技术，汽轮机型号为：N680-25/600/600。汽轮机型式为：超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式。汽轮机采用两个高压联合汽门及两个中压联合汽门，主汽门和调门放置在共用的阀体内，并具有各自的执行机构。联合汽门均布置在汽门两侧，采用切向进汽。

图1 线路板变色区域对比图

1.1.1 事件过程

2021年7月16日4时56分49秒，某机组CCS方式运行，机组负荷315MW,#1高压主汽门关闭、#2高压主汽门关闭信号先后发出，锅炉MFT，发电机解列，首出原因为“再热器保护动作”。

1.1.2 事件原因检查

机组跳闸后，检查发现#1高压主汽门、#2高压主汽门位置变送器供电电源开关跳闸，进一步检查和试验如下：

1）电缆绝缘检查：检查#1、#2高压主汽门位置变送器供电电源开关至就地接线盒电缆无破损。使用250V兆欧表测量#1高压主汽门、#2高压主汽门位置变送器电源电缆线间及对地绝缘阻值，绝缘阻值符合要求。

2）接线检查：检查就地接线盒、DEH机柜内端子紧固、无松动现象。DEH机柜内设备检查：电源无异常，卡件无松动、无报警。

3）就地位置变送器检查：#1高压主汽门位置变送器拆下检查，发现线路板存在局部变色现象（与新线路板比较如图1所示）。

4）检查线路板，发现局部电阻存在松脱现象，周围区域电子元器件管脚存在腐蚀碱化现象，如图2所示。

1.1.3 原因分析

1）直接原因为：#1高压主汽门关闭、#2高压主汽门关闭信号同一秒内先后发出，延时20s触发机组再热器保护动作，机组MFT。

2）间接原因之一为：#1、#2高压主汽门位置变送器存在共用的供电电源开关设计不合理，#1高压主汽门位置变送器故障导致了共用的电源开关异常。

图2 线路板腐蚀且电阻脱落

3）间接原因之二为：#1高压主汽门位置变送器因沿海区域盐雾造成电子元器件腐蚀老化。

1.1.4 暴露问题

1）厂家回路设计不合理，隐患排查与风险分析预控不到位。未辨识出#1、#2高压主汽门位置变送器共用一路供电电源，电源跳闸将造成#1高压主汽门关闭、#2高压主汽门关闭信号同时发出，触发机组再热器保护动作MFT的风险。

2）设备管理不到位，对沿海区域盐雾造成电子元器件腐蚀隐患及危害认识不足，对重要设备未制定专项检查、检修及维护措施。

1.1.5 事件处理与防范

1）进一步细化隐患排查范围，对共用电源的重要设备进行全面梳理排查，合理优化电源配置。

2）对同类机组DEH系统电源开关进行改造，将#1、#2高压主汽门和#1、#2中压主汽门位置变送器共用供电电源改为独立供电，如图3所示。

3）采购位置变送器备品，待停机时更换汽轮机主汽门、调门、补汽阀位置变送器。

4）完善检修规程，将汽轮机主汽门、调门、补汽阀位置变送器纳入定期检查及更换计划中，更换周期为6年。

1.2 DEH系统电源分配模块老化故障导致机组跳闸

某厂3号锅炉是武汉锅炉股份有限公司生产的WGZ1025/18.24-4型亚临界锅炉，汽轮机为东方汽轮机厂设计，日立公司制造的N300-16.7/538/538-9型亚临界、一次中间再热、双缸双排汽凝汽式汽轮机。DCS为国内品牌，2007年与机组同步投产，系统包括了CCS、SCS、DAS、BMS、FSSS、MEH、DEH、ETS、SCR等控制功能。

1.2.1 事件过程

2021年4月3日10时16分，某发电有限公司3号机组运行正常，负荷180MW，主汽压力13.74MPa，主汽温度540℃，再热汽温度487℃。3号机协调画面“汽机指令”“DEH阀位控制”显示变灰色，汽轮机调门关闭，有功负荷快速下降，汽包水位快速上升，汽包事故放水门动作，10时20分锅炉MFT动作熄火，首出原因“汽包水位高Ⅲ值”。

图4 直流电源回路原理图

图3 供电方式改造前后对比图

1.2.2 事件原因查找

现场检查为DCS系统DEH主控柜内的主DPU31、辅DPU159故障离线，经进一步检查为DEH柜电源分配模块故障，DPU死机。

检查情况：

1)3号机组DCS系统DEH控制柜电源装置配置情况

DCS系统DEH控制柜电源装置为双重冗余配置，配置两套直流电源模块及一块电源分配模块。

两套直流电源模块为冗余配置，每套直流电源模块220VAC电源转换为24VDC和48VDC电压后，通过电源分配模块（非冗余）输出至控制柜内，24VDC输出6路分别作为控制柜内卡件系统和访问电源（4路）、DPU系统电源（1路），备用1路，48VDC作为卡件采样电源。其工作原理如图4所示。

2)DEH控制柜电源装置检查情况

2021年4月3日事件发生后，检查发现DCS系统画面DEH31、DEH159均为故障离线状态，现场对DEH柜内设备检查发现电源模块的输入、输出指示灯亮，但所有卡件电源状态指示灯熄灭，测量卡件供电电压仅为7.15V，进一步检查电源模块24VDC输出端电压仅为7.16V，判断电源模块故障导致输出电压下降，DPU及卡件供电电压不足，发生死机故障。

经对拆除的设备进行测试，直流电源模块24VDC输出空载电压分别为20.12V、22.8V，电源分配模块24VDC输出端空载电压为14.55V，由此确定电源分配模块故障。

1.2.3 原因分析

1）本次事件直接原因：3号机组DEH柜电源分配模块故障，导致输出电压由24VDC大幅降低至7.16VDC，主辅DPU及卡件不能正常工作。该DPU控制下汽轮机调门控制卡输出失去，汽机调门关闭，汽包水位高三值MFT动作，因DEH系统参数及设备失去监控，汽机打闸停机。

2）间接原因：追溯DEH柜电源模块使用情况，该模块于2005年9月25日生产，2007年随机组同步投产，长周期连续运行14年，控制主板电子元件老化导致模块故障，输出电压大幅降低。

1.2.4 暴露问题

1）电子元器件的寿命，一般为8年～10年。而该电源模件，随着DCS长周期连续运行了14年，电子元件老化，设备应修未修，欠修严重。

2）设备维护管理不够深入，对设备非停事件影响的严重性认识不足，停机检修仅做冗余切换试验及输出电压测量，未能检测电源模件性能变化，及时发现电源下降的安全隐患。

1.2.5 事件处理与防范

1）积极推动设备技术改造和设备升级工作，对4号机组DCS系统进行全面检查，解决因投运时间早、运行时间长导致电子设备老化，DPU负荷率高，工控机及I/O卡件故障频发，备件不足及网络安全等问题。

2）停机期间对DCS进行全面检查测试，针对DCS系统电源及重要卡件制定更换计划，联系厂家落实备件供应，在进行升级改造前进行更换，保证系统安全运行。

3）检修时应加强对电源模块等重要回路电压测量，如DCS电源、TSI等电源模块，排除设备亚健康状态，防止设备事故发生。

4）吸取本次事故经验教训，举一反三，进一步梳理公司在运机组DCS系统DPU、热控卡件缺陷故障情况，全面梳理存在问题，对影响保护、控制调整监视的热控、电气设备的缺陷制定整改措施，及时处理。

2、电源可靠性预控

电源系统好比人体中的血液，为控制系统日夜不停地连续运行提供源泉，同时要经受环境条件变化，供电和负载冲击等考验[1]。运行中往往不能检修，或只能从事简单的维护，这一切都使电源系统的可靠性十分重要。

影响电源系统可靠性的因素来自多方面，如电源系统供电配置及切换装置性能、电源系统设计、电源装置硬件质量、电源系统连接和检修维护等，都可能引起电源系统工作异常而导致控制系统运行故障。

2.1 电源配置需合理

电源配置的可靠性需要人员持续关注，双路电源设计，经常为一路保安和一路UPS，但均来自同一段保安段电源。当该段保安电源故障时就会直接导致DCS、DEH、ETS、TSI等系统失电，因此要保证二路电源来自非同一段电源，防止因共用的保安段电源故障，UPS装置切换故障或二路电源间的切换开关故障时，导致控制系统两路电源失去。

对于保护联锁回路失电控制的设备，如AST电磁阀、磨煤机出口闸阀、抽气逆止门、循泵出口蝶阀等，若采用交流电磁阀控制，应保证电源的切换时间满足快速电磁阀的切换要求。

此外，应在运行操作员站设置重要电源的监视画面和报警信息，主要和重要设备的电源报警应设置为一级报警，以便问题能及时发现和处理[2]。

2.2 UPS应确保可靠

UPS供电主要技术指标应满足厂家和DL/T 774-2015《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》要求，并具有防雷击、过电流、过电压、输入浪涌保护功能和故障切换报警显示，且各电源电压宜进入故障录波装置和相邻机组的DCS系统以供监视。UPS的二次侧不经批准不得随意接入新的负载[3]。

自备UPS的蓄电池应定期进行充放电试验，自备UPS试验应满足DL/T 774要求。

2.3 关注UPS切换试验

目前UPS装置回路切换试验，通过断电切换的方法进行，但在运行中出现电源切换很可能发生在低电压时，正常电压下的断电切换成功，不等于电压低发生切换时控制系统能正常工作。因此，检修期间需做好冗余电源的切换试验工作，规范电源切换试验方法，明确质量验收标准。

2.4 加强电源装置硬件管理

UPS装置、双路电源切换装置和各控制系统电源模块均为电子硬件设备，这些部件可称之为发热部件，发热部件中的某些元器件的工作动态电流和工作温度要高于其它电子硬件设备，发热部件的寿命通常要短于其它电子硬件设备。控制系统硬件劣化情况检验，目前没有具体的方法和标准，都是通过硬件故障后更换，这给机组的安全稳定运行带来了不确定性，在此建议：

1）应建立电源部件定期电压测试制度，确保热控控制系统电源满足硬件设备厂家的技术指标要求。

2）建立电源记录台账，通过台账溯源比较数据的变化，提前发现电源设备的性能变化。

3）建立电源故障统计台账，通过故障率逐年增加情况分析判断，同时结合电源记录台账溯源比较数据的变化，实施电源模件在故障发生前定期更换[5]。

4）涉及到机组主保护控制系统的电源模块应记录电源的使用年限，建议在5年～8年内定期更换[6]。

2.5 落实巡检、维护责任制

应建立电源测试数据台帐，将电源系统巡检列入日常维护内容，巡检时关注电源的变化，可利用红外测温方法加强电源卡件、接线端子等的巡检，机组停机时测试电源数据进行溯源比较，发现数据有劣化趋势，及时更换模块。

3、总结与建议

随着自动化程度的日益提高，大型火力发电机组对控制系统的依赖性也越来越高。电源可靠性是DEH及热控系统可靠性的基础。为提高电源可靠性，建议做好以下防范措施：

1）审查回路电源设计合理性。重要的测量回路的电源应独立布置。

2）记录电源模件的使用年限，进行电源模件劣化统计与分析工作，做好及时更换。

3）检修时应进行回路电源测量并记录，及时发现隐患，举一反三，检修时对回路继电器性能进行测试，防止继电器性能下降，导致保护回路拒动或误动。

4）优化电源报警和电源的日常巡检，冗余电源的任一单个电源故障应及时报警，提醒运行人员及时发现设备缺陷。

5）搜集同类型机组故障信息多与同行交流，多搜集同类型机组出现的故障案例，应举一反三，及时吸取教训。

参考文献:

[1]苏烨.发电厂热工故障分析处理与预控措施[M].北京:中国电力出版社,2021.

[2]刘友亮,杨晓东,刁怀礼.DEH系统电源模块故障导致机组跳闸事件分析[J].电力安全技术,2015,17(07):22-23.

[3]国家能源局.火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程:DLT774-2015[S].北京:中国电力出版社,2015.

[4]祁鹤飞.谈冗余电源在发电厂DEH控制系统中的应用[C].第八届(2011)中国钢铁年会论文集,2011.

[5]李爱红,朱建峰.DEH系统常见故障分析及处理[J].中国电力教育,2006(S3):200-203.

[6]孙长生,尹峰主编.发电厂热工自动化技术丛书电厂热控系统故障分析与可靠性控制[M].北京:中国电力出版社,2016.

文章来源:王世云,包伟飞.DEH系统电源故障分析处理与预控[J].仪器仪表用户,2023,30(12):100-103+73.

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