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对干扰电磁流量计装置的抽水蓄能机组进行优化

来源:    发布日期:2020-01-06 15:41:38    作者:

    摘 要:某电站抽水蓄能机组在抽水工况带 -90 MW 负荷稳态运行中,由于机组油罐油位低导致机械事故停机。通过检查发现因 PLC 程序设计存在缺陷,造成在主泵 701 故障后无法正常启动备用泵 702,引起油位持续降低。对存在缺陷程序段进行了修改,完成后再次进行模拟试验正常,对同类抽水蓄能机组由于偶发干扰导致机组油压装置控制系统故障处理具有借鉴意义。

    1 电厂概况
    某电站下库正常蓄水位 502 m,总库容 168 万 m3;上库为一小型集水盆地,正常蓄水位 899 m,库容18 万 m3。电站为地下厂房,安装 2 台 60 MW 可逆式混流水轮机组,年均发电量 20 032 万 kW·h,年抽水耗电量 27 120 万 kW·h,电站综合效率 73.9%。2004 年建成,2005 年 12 月投产发电。

    某电站抽水蓄能机组启动灵活、迅速、从停机状态启动到满负荷仅需 3~4 min,由抽水工况转换到发电工况也仅需 8~10 min,在电网中具有紧急事故备用作用。该电站作为电力系统的功率调整手段,减少了系统中火电机组强迫停运的次数和时间,提高了供电可靠性,减少电力系统的停电损失。

    2 事件经过
    2018 年 01 月 03 日 03:37 时,调令某电站 4 号机组启机抽水。

    (1)故障前运行方式
    电气主接线系统:潘遵 I 回线、潘遵 II 回线经母联开关联络运行;四母线带 4 号主变运行,五母线带3 号主变运行,2 号主变检修状态。

    厂用电系统:3 号主变带厂用电 II 段,厂用分段运行。

    机组:2 号机组检修态、3 号机组带 -90 MW 负荷抽水运行、4 号机组带 -90 MW 负荷抽水运行;上库水位 223.1 m。

    (2)故障发生经过
    2018 年 01 月 03 日 02:50:28 时,监控系统显示“4 号机组 701 泵电源报警动作”;
    2018 年 01 月 03 日 03:17:12 时,监控系统显示“4 号机组油罐 320 油位低报警动作”;
    2018 年 01 月 03 日 03:37:25 时,监控系统显示“4 号机组油罐 320 油位低跳闸动作”,机组转机械事故停机。

    监控系统记录信号动作时间如下:
    2018-01-03 02:50:28.000 4 号机组 701 泵电源报警动作;
    2018-01-03 03:17:12.000 4 号机组油罐 320油位低报警动作;
    2018-01-03 03:37:25.000 4 号机组油罐 320油位低跳闸动作。

    3 处理过程
    故障发生后,值守人员立即通知 ONCALL 人员及华北调度,检查监控系统 4 号机组停机正常。操作 /ON-CALL 人员现地检查 电磁流量计油压装置盘 4 OSP 监视画面,报警显示“701 泵软启动器故障”、“701 泵电源报警”,检查 701 泵电源开关 F106 处于脱扣状态。

    现地检查 电磁流量计压油装置油位,油位低于跳闸油位 400 mm,将电磁流量计压油装置 1 号控制盘 4 OSP1 控制方式把手切至“手动”位置,手动启动 702 泵,将 4 号机电磁流量计压油装置油位打至1800 mm。

    拉开 电磁流量计油压装置盘内 1 号压油泵701 电源开关 F106,对 701 泵进行全面检查。电磁流量计油压装置系统相关定值单如表 1 所示。
 
                                                                                                                                   
    4 原因分析
    4.1 情况梳理
    4 号机组带 -90 MW 负荷抽水正常运行,当油罐 320 油 位 下 降 至 低 于 1 500 mm 时,4 号 机 调 速器油压装置主用油泵(故障时 701 泵为主用,702泵为备用)会自动启动,将油罐油位打至停泵油位1 800 mm。故障时刻,由于 701 泵电源开关 F106 脱扣失电,导致 701 泵未启动。当主用泵 701 不能启动的情况下,油位下降至 855 mm,即低油位报警时,作为备用泵的 702 应自动启动,而故障发生时,702泵也没有启动,从而造成了油罐 320 油位低跳闸动作。

    4.2 问题排查
    (1)4 号机组事故停机流程执行完毕后,对 4 号机 调 速 器 油 压 装 置 油 泵 701 进 行 全 面 检 查。 用500 VMΩ 表分别测量 701 泵电机三相对地绝缘,测量结果为每相对地绝缘均大于 550 MΩ;绝缘测试正常。

    (2)合上 701 泵电源开关 F106 后,手动启动 701泵,油泵运行正常,无堵转及异音。软启动器启动过程中最大电流为 250 A,正常运行电流 80 A,核算油泵电机额定电流应为 83.6 A,试验启动 6 次,油泵及软启动器均工作正常(701 泵电机功率为 55 kW,额定电压 380 V)。

    (3)对 电磁流量计油压装置油泵 702 进行全面检查。500 V 兆欧表测量 702 泵三相电机对地绝缘各相对地绝缘均大于 550 MΩ。试验 702 泵启动 6 次,油泵及软启动器运行正常,正常运行电流78 A。

   (4)对电磁流量计油压装置控制系统 PLC 控制程序流程进行分析:当压力油罐油位低于启泵油位1 500 mm,主油泵启动运行,但如果主用油泵此时补油未到额定油位即出现电源故障,此时因主用泵控制流程已执行结束,且油泵运行中主油泵电源开关因故跳闸,备用泵在压力油罐油位下降至备用泵启动油位 855 mm 前不会启动。

    (5)针对上述流程在现场进行了实际模拟测试,测试结果如下:

    1)将 702 泵置为主用泵,701 泵作为备用泵,模拟 702 泵故障后,油位下降至备用泵启动油位855 mm 时,701 泵自动启动。说明控制程序正常。

    2)将 701 泵作置主用泵,702 泵作为备用泵,模拟 701 泵故障后,操作油位下降至备用泵启动油位855 mm 时,发现备用 702 泵不能自动启动,进而油位继续下降导致压力油罐油位低信号动作,引起机械事故停机。

    上述测试说明机组电磁流量计油压装置 PLC 程序存在设计缺陷,需要对程序进行全面分析并进行完善。

    由备用泵启动程序 709 程序段可以看出:①当 701 泵未运行时,程序再次启动 701 泵一次,之后进入 713 程序段,如果 701 泵开关合位,则进入 715 程序段,信号保持 2 s 后启动 701 泵;如果主机再次检测到 701 泵开关未合信号时,则流程至947 报警退出。

    ②当 701 泵已运行时,程序进入 725 程序段判断 702 泵运行情况,如果 702 泵也运行,则流程退出;如果 702 泵未运行,则启动 702 泵。

    4.3 确定故障点
    (1)初步分析认为 701 泵在运行过程中因故障电磁流量计油压装置油泵 701 电源开关 F106 在油泵运行过程中失压脱扣,导致 701 泵故障;且该装置PLC 程序设计存在缺陷,造成在该条件下主泵 701故障后无法正常启动备用泵 702,引起压力油管油位持续降低。

    (2)PLC 程序设计存在缺陷,造成备用泵无法正常启动。

   4.4 处理步骤
   (1)对相关辅助设备的 PLC 程序进行全面梳理分析,制定完善方案,经讨论审批后,履行设备异动手续进行程序完善。对“701 泵作为主用泵,702 泵作为备用泵时,701 泵故障后,702 泵无法正常启动”的程序段进行修改。

   (2)进一步跟踪分析 701 泵运行中造成电源开关 F106 失压脱扣动作的具体原因,跟踪记录相关运行中的电流变化情况。

    4.5 原因分析
    (1) 电磁流量计 1 号压油泵 701 在运行中因不明原因造成电源开关 F106 失压脱扣,是造成故障发生的直接原因,但需要持续跟踪分析电源开关失压脱扣的具体原因,加强监控系统报警信号的监视,增加机组抽水运行中对电磁流量计油压装置的运行参数记录,开展持续分析。

    (2)由于 PLC 程序设计不完善,“主用泵 701 故障后,启动备用泵 702”程序段存在设计缺陷,是造成油位继续下降并最终导致低油位事故停机的内在原因。

    (3) 4 号机组水泵工况运行期间,320 油罐油位低于 1 500 mm 时主用泵 701 启动,启动完成后流程结束,此时油泵电源开关 F106 跳开,因 PLC 程序设计存在缺陷,造成油位继续下降至启备用泵油位855 mm,备用泵 702 无法正常启动,进而导致油位持续下降至事故停机位置,造成机械事故停机。

    5 暴露的问题
    (1)值守人员监盘不到位未及时发现报警信息,暴露出责任心不强,未严格执行值守管理制度。
    (2)电磁流量计油压装置控制程序存在设计缺陷,维护人员未对流程认真梳理,暴露出改造后验收不严格。

    (3)设备维护不到位:
    1)监控系统简报信息刷新太快造成值守人员未及时发现报警信息(华北调度自动化系统相关信息约 2~5 s 推送一次,影响值守人员对故障及报警信息的监视);

    2)监控系统语音出现故障未及时处理,导致值守人员无法通过语音报警信息获取故障信息。

    6 防止对策
    (1)加强运维人员的管理制度培训,严格落实生产考核。
    (2)对全厂机组辅机控制系统 PLC 控制流程进行对照梳理。
    (3)合理设置监控系统简报信息,减少不必要的信息推送;联系监控厂家,对语音处理机偶发故障进行分析处理。

    7 结束语
    某电站抽水蓄能机组在抽水启动过程中,由于励机组油罐油位低导致机械事故停机。原因是 PLC程序设计不完善,“主用泵 701 故障后,启动备用泵702”程序段存在设计缺陷,造成 701 泵故障后油位下降至备用泵 702 启动油位而未启动,最终导致低油位事故停机。在对 1 号压油泵 701 在运行中电源开关脱扣原因进行跟踪观察 6 个月后,未发现任何异常情况,跳闸原因为偶发干扰导致电源开关脱扣。针对此问题该电站立即组织相关生产人员研究、分析,采取相应对策,对存在缺陷程序段进行了修改。同时,制定三项应对措施,加强运维人员管理制度的培训,合理设置监控系统简报信息,对语音处理机偶发故障进行分析处理。对全厂机组辅机控制系统PLC 控制流程严格排查、梳理,及时排除隐患,确保机组的可靠运行。

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