引言

在福島核電泄漏導(dǎo)致核電緩批的大環(huán)境下,為彌補(bǔ)用電缺口,浙江省燃機(jī)發(fā)電搶建工程計(jì)劃上馬,為響應(yīng)該計(jì)劃,杭州華電半山發(fā)電有限公司3×415MW燃?xì)廨啓C(jī)二期工程三臺(tái)9FA級(jí)單軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組于2012一2013年陸續(xù)投產(chǎn),配套以GE針對(duì)9F機(jī)組更新的MARKVle控制系統(tǒng),統(tǒng)一控制燃機(jī)、汽機(jī)以及余熱鍋爐輔機(jī)側(cè)三大部分。

控制系統(tǒng)的重要性在電廠(chǎng)生產(chǎn)流程中位居首位,與啟機(jī)、停機(jī)、運(yùn)行相關(guān)的重要設(shè)備均受系統(tǒng)控制,其中如泵與閥門(mén)的限位以及差壓開(kāi)關(guān)等兩位式開(kāi)關(guān)量信號(hào)較容易影響直流供電系統(tǒng),設(shè)備在檢查或檢修期間的不當(dāng)工作或環(huán)境影響都會(huì)造成接地報(bào)警,接地情況嚴(yán)重會(huì)間接影響控制系統(tǒng)正常工作。因此,以本廠(chǎng)#9機(jī)組出現(xiàn)的110V直流饋電柜接地報(bào)警故障為典型故障案例,本文分析了燃機(jī)110V直流系統(tǒng)的構(gòu)成、接地故障排查的方法和思路、問(wèn)題的預(yù)防,對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行和相似問(wèn)題的解決具有一定的指導(dǎo)作用。

1110V直流系統(tǒng)介紹

MARKVle控制系統(tǒng)的電源系統(tǒng)由GE公司設(shè)計(jì)提供,采用了冗余配置,系統(tǒng)主電源為125V直流,正常情況下由全廠(chǎng)110V直流系統(tǒng)供給。事故工況下由兩組獨(dú)立的220V(50Hz)交流電源提供,由JPDB模塊接收,經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓至125V直流后提供。DC125V經(jīng)過(guò)JPDF板卡傳遞給JPDM板卡對(duì)電源進(jìn)行管理,對(duì)所有母線(xiàn)電壓、支路狀態(tài)、電源模塊故障及接地故障等進(jìn)行監(jiān)視和分配。

1.1廠(chǎng)用110V直流系統(tǒng)

半山電廠(chǎng)二期每臺(tái)機(jī)組廠(chǎng)用直流110V系統(tǒng)由兩組母線(xiàn)構(gòu)成,分別為110V直流9A段和110V直流9B段,兩段之間以聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)10F4和20F4聯(lián)系(以#9機(jī)為例)。

DC110V系統(tǒng)每臺(tái)機(jī)組的兩段母線(xiàn)分別設(shè)有整流器和蓄電池組。110V直流9A段對(duì)應(yīng)的是#9A整流器和#9A蓄電池組:110V直流9B段對(duì)應(yīng)的是#9B整流器和#9B蓄電池組,其中交流電源來(lái)自于380V保安段。所有直流母線(xiàn)上都裝設(shè)集中監(jiān)控器、副監(jiān)控器、蓄電池管理單元、饋線(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)模塊、直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)裝置。運(yùn)行時(shí)投入,檢查直流系統(tǒng)運(yùn)行情況是否正常。

110V直流9A段、直流9B段母線(xiàn)上各有一套CL6884型絕緣檢測(cè)裝置、CL6881V2型開(kāi)關(guān)量監(jiān)測(cè)裝置、CL6882V2-2型蓄電池巡檢裝置,兩套CL6880V2型微機(jī)監(jiān)控裝置。

CL6884型絕緣檢測(cè)裝置可在線(xiàn)檢測(cè)直流系統(tǒng)的對(duì)地絕緣狀況(包括直流母線(xiàn)、蓄電池回路、每個(gè)電源模塊各個(gè)饋線(xiàn)回路絕緣狀況等),并自動(dòng)檢出故障回路。當(dāng)發(fā)生接地現(xiàn)象時(shí),裝置向主微機(jī)監(jiān)控裝置發(fā)某母線(xiàn)電壓、絕緣異常的同時(shí)自身也發(fā)告警信號(hào),顯示故障母線(xiàn)電壓、絕緣異常,可精確到某一支路[1]。

1.2MARK Vle110V直流電源接地檢查原理

二期燃機(jī)運(yùn)行頁(yè)面中設(shè)置了光字牌報(bào)警,信號(hào)來(lái)源于控制系統(tǒng)電源檢測(cè)卡件PPDA,運(yùn)行可根據(jù)光字牌是否閃爍提前察覺(jué)故障,并前往就地電子室進(jìn)行直流段檢查,判斷故障是否可以復(fù)歸或者聯(lián)系檢修人員。

控制系統(tǒng)中110V直流供電至JPDF板卡,該卡通過(guò)PPDA模塊提供相對(duì)于地的正/負(fù)直流電壓的幅值反饋,兩個(gè)信號(hào)之間的差異等于總線(xiàn)電壓。正常運(yùn)行中正/負(fù)對(duì)地電壓反饋均在絕對(duì)值55V左右,而兩個(gè)總線(xiàn)電壓幅值之間的差異是檢測(cè)系統(tǒng)接地故障的依據(jù),正常時(shí)差值極小。當(dāng)JPDF板卡在直流總線(xiàn)上顯示對(duì)地電壓偏差超過(guò)30V時(shí),PPDA模塊會(huì)發(fā)出警報(bào),并在診斷頁(yè)面顯示翻紅,提醒熱工人員進(jìn)行檢查。

1.3MARKVle110V直流電源分配系統(tǒng)構(gòu)成

通過(guò)將DACA整流模塊送至JPDF板卡的110V直流,一路分配到JPDM控制電源板,分成三路R、S、T分別連接至IS200JPDP一本地控制器配電模塊(JPDP)變壓成28V直流,控制電源板(JPDM)再次接收R、S、T三路控制電源,并將其分配到本地電源配電板(JPDH)與三臺(tái)控制器和總I/0交換機(jī),配電板連接分配到各PAIC卡:另一路則直接從JPDF板卡上以DC110V供電給JPDD直流電源分配板,二次分配給對(duì)應(yīng)的數(shù)字量I0卡如PDIO、PDIA,用于接收信號(hào)和驅(qū)動(dòng)就地控制設(shè)備[3]。電源板接線(xiàn)圖如圖1所示。

2事故處理流程及排查分析

2.1事故描述

某日熱工人員值班時(shí)接到運(yùn)行報(bào)修電話(huà),趕至現(xiàn)場(chǎng)獲知#9機(jī)頁(yè)面光字牌報(bào)警:G9與S9都有直流DC125V接地報(bào)警?，F(xiàn)場(chǎng)6.3m層母線(xiàn)室內(nèi)直流饋電柜上絕緣檢測(cè)儀同樣有如下現(xiàn)象:主監(jiān)控器上發(fā)出"直流接地"信號(hào):NCS上發(fā)出網(wǎng)控110V直流接地信號(hào),且一段時(shí)間后還無(wú)法復(fù)歸,證明故障實(shí)際存在,并非誤報(bào)。

2.2故障部位判斷方法

2.2.1專(zhuān)業(yè)區(qū)分

首先要判斷故障發(fā)生的源頭是電氣部分的直流母線(xiàn)中有接地部位引起報(bào)警,還是熱工專(zhuān)業(yè)的控制柜內(nèi)有接地,進(jìn)而導(dǎo)致同一110V直流母線(xiàn)上的接地電壓異常。

第一步判斷的關(guān)鍵在于直流饋線(xiàn)屏上有兩路空開(kāi),MK-VI控制電源#1與MK-VI控制電源(燃機(jī)#3控制柜)分別將110V母線(xiàn)上的電壓送至控制系統(tǒng)的S9汽機(jī)柜與G9燃機(jī)柜。兩路均有報(bào)警,首先要一路路來(lái)拉掉開(kāi)關(guān),復(fù)位檢查接地信號(hào)是否存在。如果拉掉該路開(kāi)關(guān)后接地報(bào)警消失,可證明接地部位基本位于母線(xiàn)上其他分支,如果接地報(bào)警未消失,則說(shuō)明故障存在于控制柜內(nèi)的可能性極大。

空開(kāi)是連接一條母線(xiàn)兩個(gè)部分的中間節(jié)點(diǎn),報(bào)警檢測(cè)信號(hào)在母線(xiàn)絕緣儀和PPDA電源診斷卡件上是針對(duì)整段線(xiàn)路的對(duì)地電壓,所以必須先將母線(xiàn)分割成兩部分,查看各自的信號(hào)是否復(fù)歸,以初步找出故障區(qū)域。

步驟一:熱工檢修人員首先在空開(kāi)連接情況下測(cè)量控制柜內(nèi)直流進(jìn)線(xiàn)端正/負(fù)對(duì)地電壓為8.45V和-108V,饋電柜空開(kāi)出線(xiàn)側(cè)正/負(fù)電壓為8.55V、-108.4V,說(shuō)明空開(kāi)至控制柜接線(xiàn)完好,下一步通過(guò)空開(kāi)來(lái)判斷故障部位。

步驟二:拉掉送至S9機(jī)柜的MK-VI控制電源#1和送至G9機(jī)柜的MK-VI控制電源(燃機(jī)#3控制柜),復(fù)歸信號(hào)后可看到光字牌頁(yè)面G9報(bào)警消失,S9報(bào)警仍在,此時(shí)絕緣檢測(cè)儀顯示正常。

先恢復(fù)MK-VI控制電源#1空開(kāi)后,對(duì)應(yīng)S9直流接地報(bào)警未消失,檢測(cè)儀顯示電壓偏差出現(xiàn)。

至此,基本可以判斷接地故障在熱工專(zhuān)業(yè)汽機(jī)柜內(nèi)相關(guān)直流系統(tǒng)所帶板卡、PAIC卡上接線(xiàn)端子等處。

2.2.2故障位置查找

汽機(jī)柜內(nèi)直流系統(tǒng)是通過(guò)本地電源分配板將直流110V送至各塊PDIO板卡上供正常工作,所以下一步需要判斷的是故障部位在哪一塊板卡上。排查手段與母線(xiàn)檢測(cè)相同,按照接線(xiàn)順序依次拔掉每一列PDIO板卡在電源分配板上的電源插線(xiàn),檢查接地報(bào)警是否消失。此時(shí)大致有兩種情況:

(1)如果消失,那么鎖定接地故障在已拔掉的板卡中,跳過(guò)最后一塊拔掉的板卡,依次插回前面每塊PDIO板卡的電源,報(bào)警出現(xiàn),則當(dāng)前板卡有接地。

(2)如果沒(méi)有消失,證明接地位置在于電源分配板至直流電源來(lái)源,此時(shí)需要按照電源的走向,從最底層分配板開(kāi)始斷電,判斷是否是分配板接地,若故障位置還在電源源頭處,則同理繼續(xù)由下向上排查。

經(jīng)檢查,本次事故故障位于汽機(jī)柜內(nèi)其中一塊PDIA板卡。單獨(dú)將接地的板卡接在直流系統(tǒng)中,在板卡上則需要先檢查該卡攜帶了哪些設(shè)備信號(hào),如氣動(dòng)閥門(mén)反饋、電機(jī)狀態(tài)反饋、各種壓力液位開(kāi)關(guān)以及硬接線(xiàn)等,依次脫開(kāi)設(shè)備信號(hào),檢查接地是否消失并記錄,最終排查到一副就地棄用的壓力開(kāi)關(guān)線(xiàn)纜受潮接地,導(dǎo)致最終影響到全部直流系統(tǒng)接地報(bào)警。

2.2.3常見(jiàn)故障規(guī)律總結(jié)

對(duì)于板卡上的接地問(wèn)題,首先判斷該卡攜帶了哪些設(shè)備信號(hào),是否會(huì)影響到公共設(shè)備或引發(fā)重大事故,對(duì)此類(lèi)問(wèn)題采取對(duì)應(yīng)的安措并交待工作注意事項(xiàng)、開(kāi)票:然后考慮哪些設(shè)備有檢修、斷電、拆裝過(guò)線(xiàn)的工作,先檢查這部分設(shè)備,很可能接線(xiàn)端子處有搭牢設(shè)備殼體、裸露接地處等:再?gòu)氖Ｏ碌脑O(shè)備中找出就地位置不佳,易受潮進(jìn)水等位置,進(jìn)一步排查。

基本上機(jī)組沒(méi)有檢修、位置通風(fēng)較干燥的設(shè)備,出現(xiàn)接地的概率極小,所以以上檢查流程是多年來(lái)各電廠(chǎng)總結(jié)出的通用經(jīng)驗(yàn),可供參考。

2.2.4優(yōu)化改進(jìn)建議

當(dāng)前,110V直流電源系統(tǒng)JPDF上分別連接了不同的JPDD電源分配板,當(dāng)其中一塊板上所帶卡件出現(xiàn)接地時(shí),需對(duì)該JPDD板卡上的全部負(fù)載進(jìn)行掉電檢查,工程量較大且費(fèi)時(shí),不易查詢(xún)。故經(jīng)熱工專(zhuān)業(yè)分析電源系統(tǒng)硬件配置,在廠(chǎng)區(qū)三號(hào)機(jī)大修期間進(jìn)行了直流110V電源的布線(xiàn)改造,所有110V直流驅(qū)動(dòng)的卡件全部單獨(dú)接在JPDF上進(jìn)行供電和檢測(cè),這樣每塊板卡可以單個(gè)進(jìn)行電壓檢測(cè),當(dāng)有接地報(bào)警時(shí),可以精準(zhǔn)判斷是哪一塊板卡有故障報(bào)警,直接進(jìn)行排查,無(wú)須再像原本布線(xiàn)那樣從JPDD電源分配板處順序檢查,極大地減少了工作量,提高了排查效率,且降低了事故的嚴(yán)重程度。

3結(jié)語(yǔ)

雖然燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為當(dāng)外圍設(shè)備接地時(shí),控制系統(tǒng)仍能正確采集到開(kāi)關(guān)信號(hào)的動(dòng)作情況,能夠確保機(jī)組安全運(yùn)行,且當(dāng)就地設(shè)備接地時(shí)由于電源對(duì)地不構(gòu)成回路,也不會(huì)造成燒卡件或影響電源供電的情況,具有很高的可靠性。但隨著機(jī)組多次檢修、設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間投入運(yùn)行,設(shè)備老化和人為工作失誤等其他因素總會(huì)造成隱患的累積,進(jìn)而降低MARK Vle系統(tǒng)的穩(wěn)定性,一旦板卡燒穿,帶來(lái)的后果小到全卡設(shè)備跳閘停用,大到機(jī)組跳機(jī),就地設(shè)備突變?cè)斐扇松韨Φ取Ｒ虼?燃?xì)廨啓C(jī)的125V直流接地系統(tǒng)故障率實(shí)際上一直居高不下,雖然未引起重大后果,但依舊要從根源上及時(shí)解決,保證安全。