断水保护差压开关取样管改造

石兰+++吕吉明

摘 要：华能瑞金电厂断水保护差压开关取样管存在设计问题，三个相互冗余的差压开关取样管布置冗余不彻底，不符合保护的独立性原则，不利于机组安全、稳定运行，故对其进行了分析、完善、改造。通过解决了问题，提高了保护回路的可靠性。

关键词：断水保护；保护的独立性；改造

1 华能瑞金电厂冷却水系统简介

华能瑞金电厂两台350MW火力发电机组，均采用的是水——氢——氢冷却系统，即发电机的转子、定子铁芯均为氢气冷却，发电机的定子线圈和引出线采用水冷却。定子冷却水必须具有很高的工作可靠性，能确保长期稳定运行。我厂的定子冷却水系统中配有2台定冷水泵，正常运行时一运一备。为防止发生定子冷却水断水而损伤发电机，设置了断水保护系统。水冷式发电机的断水保护系统是发电机安全、经济运行的重要保护之一。我厂发电机在断水情况下的保护设置方式是：考虑让发电机在定子线圈冷却水突然中断后暂时继续运行一个较短的时间（28秒），以便通过启动备用泵等措施来恢复供水，如在设定的时间内发电机的水系统不能恢复供水，发电机将立即解列跳闸停机。

2 问题的提出

2013年6月28日珞璜电厂#5机组发生了定子冷却水流量极低信号误发导致机组跳闸的非停事故。事故发生的主要原因就是该机组断水保护的3个差压开关及1个流量低报警的差压开关取样管设置不当，四个差压开关共用一组取样母管。由于停机检修后未进行取样管的冲洗检查，导致定子冷却水取样管路正压侧堵塞，同时流量低开关正压侧接头存在渗漏，造成四个差压开关测得差压值达到保护动作值，而发生断水保护机组误停机事故的发生。我厂的断水保护系统是否存在同样的问题呢？珞璜电厂的非停事故引起了对我厂断水保护系统的检查。

3 存在的问题

我厂断水保护设置的是就地取样装置处设置三个差压开关。三个差压开关的保护定值都设置为22T/H，对应的压力值为18kpa。三个差压开关均采用的是常开接点，当流过差压开关的流量低于动作值时闭合动作，发出保护信号，进行跳闸保护。我厂断水保护逻辑组态设置的是三个断水保护压控开关互为冗余，三个信号进行三取二后延时28S发信号至电气进行断水保护跳闸。问题的关键在于，我厂断水保护就地压控开关的取样问题，如图1所示。三个差压开关高低压侧取样均由一组取样管分别从定子线圈进水信号管和定子线圈出水信号管引出，先送至差压开关1，然后通过一组三通阀送至差压开关2，再由差压开关2通过一组三通阀送至差压开关3。这相当于三个压控开关并联于一组取样管上。系统装设三个保护定值相同的压控开关的目的有二：一是为了防止单个压控开关由于测量故障、设备故障、采样异常等原因造成的保护误动；二是为了防止单个压控开关由于测量故障、设备故障、采样异常等原因造成的单个压控开关拒动。冗余设计的目的显而易见，而实际取样管的布置能否达到设计的要求，起到保护的作用呢？根据当前的压控开关取样管的布置情况来看，这种取样方式存在严重的安全隐患，无法达到冗余保护的目的。

下面我从两种可能发生的异常情况进行安全隐患阐述。

3.1 堵塞问题

由于现场定子线圈进水、出水信号管是采用Φ20的管子，而差压开关取样管采用的是Φ10的管子，管径由粗变细，如果冷却水内含有杂质，就很容易发生取样管阻塞的问题。经分析，取样管堵塞将发生如下几种设备拒动的情况：

（1）三压控开关拒动。如果一组三通阀前发生阻塞，这样三个差压开关均不能正确测量实际流量信号，如果实际流量低于动作值，三个差压开关此时由于堵塞均无法正常动作，引起三个压控开关拒动，断水保护不能正常动作。

（2）两压控开关拒动。如果两组三通阀之间发生阻塞，这样差压开关1可以正常动作，另外两个差压开关无法正常动作，这时如果实际流量低于差压开关动作值，只有差压开关1会发生动作。结合逻辑组态可知，只有一个差压开关动作的话，实际是不会发出发电机断水保护信号的，这样就会发生两个压控开关拒动的情况。

3.2 渗漏问题

由于取样管连接直接采用普通的不锈钢接头进行紧固，现场环境存在很大的振动，时间长了可能使紧固的接头发生松动，就会发生接头渗漏的问题。容易引起差压开关的误动作，导致机组跳机，经分析主要存在以下几种情况：实际取样管从定子冷却线圈至第一组三通阀间还有一组接头相连，如果这组接头正压侧接头存在渗漏甚至损坏现象，渗漏严重将会使差压降低而使差压开关发流量低误报信号，造成误停机。若负压侧接头渗漏则，如果实际差压降低，差压开关无法实际检测而拒动，从而损坏发电机。如果第一组三通阀正压侧接头发生渗漏甚至损坏情况，也将使三个差压开关一同发误报警信号，使机组误停机。若负压侧接头渗漏，则发生设备拒动，损坏发电机。如果第二组三通阀正压侧接头发生渗漏甚至损坏情况，则可能出现差压开关1正常，差压开关2、3发误报警信号，同样使机组发生发电机断水保护而停机。若负压侧接头渗漏，结果类同。

4 改造策略

根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义》中提到的关于防止热工保护失灵的相关规定：所有重要的主、辅机保护都应采用“三取二”的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则[1]。我厂根据热工保护独立性的原则对断水保护的取样部分进行了改造。改造后的取样装置部分如图2所示：三个差压开关均直接从定子线圈进水信号管和定子线圈出水信号管取信号出来，开关间相互并联，彼此独立大大减小了故障率。

5 改造前后对比

改造后的方案相比原设计存在如下优点：三个差压开关相互独立取样，发生取样管因为阻塞而使差压开关拒动的几率降低为原来的三分之一。三个差压开关相互独立取样，虽然从定子线圈进水、出水信号管至差压开关处的接头依然存在，但是只有2组接头同时发生渗漏甚至损坏才能发生机组误跳的情况出现，因此由于接头故障而导致误跳机的几率大大降低。

6 结束语

本此改造，严格按照热工保护的独立性原则进行，有利于整个保护系统的正常工作，提高了保护的可靠性，保证机组安全、稳定运行。此类问题曾在其他电厂出现过，同时造成了机组的非正常停运。我们针对我厂的情况对断水保护回路进行改造，消除了安全隐患。对于重要保护回路，为了保证保护动作的可靠性，常常设计重要保护信号的冗余三取二，应当注意防止有同类问题的存在。不同电厂在一些重要保护信号的取样问题上可以举一反三，自查自己厂的设备，排除问题，提高可靠性，同时，该取样问题不能仅仅局限在开关量的取样上，一些重要模拟量信号比如参与调节的温度、流量信号的取樣也应当引起重视。

参考文献

[1]国家安全【2014】161号.防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义[M].中国电力出版社，105.