S109FA燃气-蒸汽联合循环机组高压给水泵联锁逻辑优化

S109FA 燃气- 蒸汽联合循环机组高压给水泵联锁逻辑优化
摘要：针对当前高压给水泵因变频器控制故障频发而引起给泵出力下降异常
情况时有发生，本文针对备用泵原联锁启动逻辑设计中的缺陷进行分析和相关优
化完善，从而达到快速有效的自启动备用泵、维持锅炉给水量，保证机组稳定运
行的目的。

关键词：高压给水泵变频器逻辑故障
1 前言
高压给水泵作为电厂的重要辅机设备，其作用主要向锅炉连续提供足够压力、流量和相当温度的给水，同时向锅炉过热器提供减温水，当运行中给水泵发生故
障不但会造成汽包水位的剧烈波动，同时还会造成主蒸汽温度超温，降低了设备
的可用率，影响电厂的经济效益，严重时甚至威胁机组设备的安全稳定运行，所
以当运行泵发生故障时，备用泵的联锁启动时间及可靠性直接关系到运行机组的
安全稳定。

2 现状调查
2.1 高压给水系统流程
某电厂F级一期是两台容量390MW燃气-蒸汽联合循环机组，每台机组配备
两台高压给水泵，正常运行中给水泵采用一运一备单元母管制运行方式，A、B两
台给水泵分别运行在电气设计6kV电源的A、B两段，其中A泵采用变频方式调
速作为主用，具有高效节能等优点，B泵采用液力耦合器调速的给泵作为备用，
在机组启动和运行过程中，备用给水泵勺管开度跟踪A泵变频器实际输出情况来
进行勺管开度的调整，一般机组在正常运行中勺管约有30％的开度，当运行泵发
生故障跳闸时，备用泵联启能快速的将给水流量补上，减小扰动，给水系统简图如图：
图1 给水系统简图
2.2 高压给水变频器工作原理
我厂高压给水泵变频器型号是空冷型NBH-260A完美无谐波变频器，其主要工作方式是通过三相交流电经桥式整流变为直流电，通过限流电阻R给电容C充电75％时，接触器M吸合，电阻R被短接，然后直接充电到变频器的额定电压，变频器的CPU当接到启动信号时，发出触发信号，使驱动电路工作触发LGBT，将直流电压变成频率可调的三相交流电驱动电机，在机组正常运行中由于负荷变化频繁，因此一般采取变频器跟踪给水调门差压信号以保证汽包水位和主蒸汽温度在规定范围之内，以免触发机组跳闸或runback信号。

变频器故障类型一般分为轻故障和重故障，常见轻故障有：直流电源至UPS 输入掉电、功率单元旁路、模拟给定掉线、UPS控制回路故障等，常见的重故障有：隔离变压器严重过热、变频器过流、功率单元重故障、单元欠电压、过电压等。

本文针对当变频器UPS控制回路发生故障时的现象进行分析讨论研究，以提高备用设备的可靠性。

3 异常事件经过及处理
图2 优化前变频器跳闸后参数波动
2021年05月09日20时12分10秒，机组负荷在315MW时，运行中A高压给水变频泵发生故障导致其输出至零，B泵未有联锁启动信号。

运行人员发现报警后，于20时12分41秒立刻抢合备用泵，事后调出历史曲线，观察汽包水位和给泵出口压力等重要参数变化曲线，可以看出汽包水位由-186mm逐渐降至-575mm，主蒸汽温度由565.3℃升高至567.7℃，高压给水泵出口压力由11.5MPa 降至8.53MPa，机组重要运行参数波动显著。

在上述异常事件中，运行人员从做出判断到调出相应的操作画面，再到启动备用泵整个过程共计用时31秒，在此过程中锅炉补水量不能及时的得到补充，汽包水位、主蒸汽温度波动剧烈，威胁到机组的安全稳定运行。

针对这一现状，热工人员对原备用泵联启逻辑回路进行了分析和完善。

4 原逻辑设计中存在的问题
经对机组DCS原设计逻辑检查发现，当运行泵变频器发生控制回路故障导致其转速、电流输出至零时，此时变频器电气保护未触发，高压侧断路器未跳闸，没有运行泵跳闸信号，备用泵无法通过“电气联锁”立刻启动，此时需运行人员及时做出正确的判断并手动抢合备用泵，如果运行人员没有及时的抢合，备用泵只能通过“热联锁”（给水母管压力低于8.45MPa）启动，这将延长事故处理时间，一旦锅炉补水量不能及时的得到补充，不但会引起汽包水位的剧烈波动，同时会造成主蒸汽温度超温，易使事故扩大化，甚至有造成主机跳闸的可能。

5 逻辑优化过程
为了保证变频器轻故障状态下备用泵能可靠联锁启动，在备用泵联锁启动条
件加入了变频器输出电流＜100A、变频器输出转速＜2000rpm，2个条件同时满足，备用泵自动启动。

在第一次逻辑优化后，变频器运行中遇到了变频器CPU故障死机、UPS输出
电压不稳定，导致变频器输出电流、输出转速信号故障，造成变频器轻故障联锁
条件未满足，但给泵实际出力下降，备用泵仍通过低水压联启，第一次逻辑优化
失败。

通过对上述异常情况进行事故追忆分析，发现变频器输出故障导致给水泵出
力下降时，高压给水调门前后差压最先反应，首先下降，因此将此热工信号也加
入变频器故障联锁启动条件中，同时考虑变频器输出电流信号故障的因素，将条
件中的变频器输出电流信号改为变频器高压侧电流信号，并进行质量判断。

在对备用泵联启逻辑进行了第二次优化完善后，如图3所示：备用泵联锁启
动条件加入了“当满足A变频泵在正常运行和备用泵的电联锁、热联锁均投入状
态下，当①A高压给泵6KV侧断路器输入电流＜50A、②变频器输出转速＜
2000rpm、③高压给水调门压差均值＜0.5Mpa，”三取二条件满足时即联启备用泵，同时原高压给水母管低水压联锁仍然保留，此方法能让备用泵联锁启动更加
及时准确，在加入此逻辑后，优化了高压给水泵的联启条件，减小了水位的扰动，保障了锅炉上水流量的稳定，避免了主蒸汽温度、汽包水位等主要参数的大幅波动，在各种工况下保证了给水系统的安全可靠运行。

图3 逻辑优化改造方案
6 效果检查
图4 优化后变频器跳闸参数波动
2021年06月17日15时49分48秒，机组负荷在315MW时，运行中高压给水变频器再次输出至零触发备用泵优化后的联锁启动逻辑，于15时49分53秒备用泵自启成功,由曲线可以看出，汽包水位此次维持在-200mm左右，主汽温度基本维持在0.8℃以内，给泵出口压力最低降至8.87Mpa，整个事故过程仅持续5秒，备用泵联启属于无扰切换，并未对给水流量和主蒸汽温度造成明显的扰动。

表1逻辑优化前后相关重要参数统计表
汽包水位波动
主蒸汽温
度波动
出口压
力波动
整个过程处
理时间
优
化前
389mm 2.4℃ 2.97Mpa31s
优
化后
40mm0.8℃ 2.63Mpa5s 通过对逻辑优化前后相关重要参数做出对比统计，可以看出通过对相关逻辑
回路进行优化，使备用泵的启动逻辑更加完善，避免了运行人员发现不及时和操
作不当的现象，减小了机组正常运行中重要参数的扰动，为机组的安全稳定运行创造了条件。

7 结束语
通过对高压给水泵备用泵联锁启动逻辑进行2次优化改进，有效的避免备用泵的非必要启动，同时也能保证在运行泵事故状态下能正常联锁启动，增加了备用泵的可靠性和启动的合理性，确保机组安全稳定运行。

8 参考文献
1.
丁轲轲.热工过程自动调节[M].北京：中国电力出版社，2011.2
2.
叶江明.电厂锅炉原理及设备[M].北京：中国电力出版社，2010.1。