某电厂2号机组OPC动作原因分析.pdf

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1、 某电厂2号机组OPC动作原因分析 某电厂2号机组自投产以来， 曾发生过3起不明原因的OPC动作， 对机组造成冲击。 通过对OPC动作的原因分析，认为OPC动作的根本原因是DEH中汽机保护模件(TPS02) 触发所至，即OPC保护回路中的硬件回路动作。 1. 事情经过事情经过 （1）2007年年10月月18日日2号机组号机组OPC动作动作 2007年10月18日11:36:23，2号机组在CCS方式运行下运行，机组负荷475MW，转 速2998r/min。11:36:23，OPC保护动作，所有调门立即关闭，机组负荷骤降甩负荷， OPC动作不到1s的时间后恢复，调门重新开启，机组负荷恢复。 OP

2、C动作时，机组转速同时骤降到2989r/min，然后立即回升到3006r/min，接着 又下降到2997r/min，最后稳定到3000r/min；EH油压由10.92MPa下降到9.61MPa；机 组负荷下降到143MW（由于DCS的记录太慢，实际负荷可能瞬间跌到0MW）；DEH目标 值和设定值没有变化。 当时对OPC动作的原因分析，认为是DEH的加速度保护动作所致。经过对历史记 录数据的检查分析， 发现当时DEH的加速度保护并没有投入， 因此不可能是加速度保 护动作。 （2）2007年年11月月17日日2号机组号机组OPC动作动作 2007年11月17日19:18:47，2号机组在CCS方式

3、运行下运行，机组负荷348MW，转 速3001r/min。19:18:47，OPC保护动作，所有调门立即关闭，机组负荷骤降甩负荷， OPC动作后不到1s的时间内恢复，调门重新开启，机组负荷恢复。 此次OPC动作情况与2007年10月18日11:36:23的相似。OPC动作时，机组转速同 时骤降到2990r/min，然后立即回升到3006r/min，接着又下降到2998r/min，最后稳 定到3000r/min； EH油压由11.35MPa下降到10.11MPa； 机组负荷下降到33MW （由于DCS 的记录太慢，实际负荷可能瞬间跌到0MW）；DEH目标值和设定值没有变化。 此次OPC动作，DE

4、H的加速度保护同样没有投入。 （3）2008年年10月月13日日2号机组号机组OPC动作动作 2008年10月13日0:13:13，2号机组在CCS方式运行下运行，机组负荷343MW，转 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 速2999r/min。0:13:13，OPC保护动作，所有调门立即关闭，机组负荷骤降甩负荷， OPC动作不到1s的时间后恢复，调门重新开启，机组负荷恢复。 此次的OPC动作与2007年两次的OPC动作相似，但由于此次OPC动作时，DEH的加 速度保护在投入状态，所以记录多了一个OPC保护动作的记录2DOSPACTIVE（OSP SOLENOI

5、DS）。OPC动作时，机组转速同时骤降到2989r/min，然后立即回升到 3006r/min，接着又下降到2997r/min，最后稳定到3000r/min；EH油压由11.07MPa 下降到9.77MPa；机组负荷下降到21MW（由于DCS的记录太慢，实际负荷可能瞬间跌 到0MW）；DEH目标值和设定值下降了约100MW（从逻辑上看来，2DOSPACTIVE（OSP SOLENOIDS）动作时，DEH目标值和设定值均下降到0，但由于OPC动作时间非常短， 而且当时还在CCS方式，OPC动作结束后，DEH目标值和设定值又恢复回到CCS的指令 值上来）。 此次OPC动作，DEH的加速度保护是在投

6、入状态的。据了解，DEH的加速度保护是 在2008年10月2日通过试验后才投入的。从这次OPC的动作记录来看，加速度保护的 确是动作了。综合这3次OPC动作的情况，加速度保护动作不是最根本的原因。DEH 的汽机保护模件TPS02的异常或电网的故障是造成OPC保护动作的最可能原因。 2. 原因分析原因分析 DEH的OPC保护设计有软件回路和硬件回路，软件回路即通过DEH的逻辑来实现 OPC的保护，硬件回路则通过汽机保护模件TPS02来实现OPC的保护，由于TPS02硬件 保护回路动作速度较DEH逻辑回路快，而且不受DEH控制器的限制，是独立的硬件保 护回路。 综合3次OPC的动作情况，认为DEH

7、的汽机保护模件TPS02异常或电网故障是造成 OPC保护动作的最可能原因。下面对DEH的软/硬件OPC保护回路进行详细的分析和排 查。 3. OPC保护回路分析保护回路分析 （1） DEH软件软件OPC保护回路保护回路 DHE控制逻辑中OPC保护动作条件有3个， 当以下3种条件任一满足时OPC动作：（1） 汽机转速大于3090r/min； （2） 汽机转速大于2000r/min时， 汽机加速度大于4r/min/ 扫描周期； （3）汽机已挂闸，中排压力大于额定压力的15时，油开关由闭合变为 断开（2S脉冲）。 当软件OPC动作时，同时产生例外报告：2DOSPACTIVE（OSP SOLENOID

8、S），通过 查看此信号可以判断软件OPC是否动作，同时还会送出信号到SOE记录。从这3次OPC PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 动作的历史记录来看， 只有2008年10月13日0:13:13那次的OPC动作才有2DOSPACTIVE （OSP SOLENOIDS）记录，而且记录的动作时间只有0.3s。之所以2008年10月13日 0:13:13那次的OPC动作有2DOSPACTIVE（OSP SOLENOIDS）记录，我们认为是由于投 入了加速度保护，是加速度保护动作的结果。 （2）汽机转速大于）汽机转速大于3090r/min 在不在进行超速试验且转速信号没

9、有故障时，若转速值高于3090r/min则OPC动 作，直到转速低于3090r/min时才恢复。 转速值高于3090r/min时， 会产生例外报告： 2DOVERSPEED103 （103% OVERSPEED） 信号，通过查看此信号的记录情况可以判断转速大于3090r/min是否动作。 经检查历史记录，3次OPC动作过程中，2DOVERSPEED103（103% OVERSPEED）信 号一直为逻辑“0”，没有变位，从而判断转速大于3090r/min没有动作。当然，也 不能完全否定3090r/min动作的可能，例如转速测量信号受到干扰，在DEH第一个扫 描周期转速高于3090r/min， 而

10、第二个扫描周期转速又恢复了正常， 这样由于例外报 告产生的时间太短，信号无法通信号到环路上，从而造成记录缺失。为些，建议对 2DOVERSPEED103（103% OVERSPEED）信号作一个1s“延时OFF”的处理，这样即使信 号只有一个逻辑周期，由于延时OFF的作用，至少要保持1s，就能够保证信号上环路 时被记录下来。同时，利用停机时对开关量信号的例外报告进行测试，利用逻辑搭 建产生一个逻辑周期的脉冲（如0秒的脉冲就能产生一个周期的脉冲信号），看看历 史记录是否每次都能记录下来。 综合分析，转速高于3090r/min造成OPC动作的可能性不大。 （3）加速度保护）加速度保护 在两个逻辑扫

11、描周期内，若当前转速比上一周期的转速值大于4r/min，则加速 保护动作， 直到加速度不大于0r/min/扫描周期时才恢复。 加速度动作还设计了一个 限制条件，只有在转速高于2000r/min时保护才会起作用。 为了方便加速度保护的投/退， 还设计了一个ON/OFF块， 可以在工程师站上对加 速度保护进行投/退的操作。由于ON/OFF块接到了R-S块的R端，所以ON/OFF为“1” 时加速度保护是退出的； ON/OFF为“0”时加速度保护才是投入的。 通过查看编译好 的历史文件，发现2008年10月2日之前的逻辑中，ON/OFF块一直都是“1”，即加速 度没有投入。 加速度保护动作后，没有设计

12、例外报告，因此，当OPC保护动作后，只能通过排 查的方法来确定是否有加速度动作。为了方便记录，建议增加加速度保护的例外报 告记录，同时也要作“延时OFF”的处理，确保能够记录下来。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 从3次OPC动作记录的情况来分析，去年2次都没有OPC动作记录(即2DOSPACTIVE （OSP SOLENOIDS）信号)，而今年10月份的那次则有OPC动作的记录，联系到今年10 月份加速度保护已经投入，同时没有转速高于3090r/min的信号2DOVERSPEED103 （103% OVERSPEED）和并网开关断开的记录。因此，综合判断今

13、年10月份的那次有 OPC动作是加速度动作引起的。但从转速信号的记录来看，转速在OPC动作的同时是 降低了10/min，没有记录到转速上升的过程，经过再次对加速度保护逻辑进行仔细 检查，逻辑设计完全正确，不会出现转速降低引起加速度保护动作的情况（在加速 度保护投入前也进行了模拟试验，确保逻辑正确后才投入该项保护的）。由于ABB 的这种型号DCS的模拟记录实时性太差 （其记录的数据在精度上和时间上与实际相差 太远），因此，若转速信号在一个周期内上升了4r/min，而在第二个周期又恢复了 正常， 短短只有0.15s的时间， 则转速信号很有可能没法记录下来。 根据以往的经验， 这种DCS中的模拟量记

14、录实时太差， 其历史记录对于事故分析没有多大意义， 其记录 精度不够，时间偏差有时甚至超过10多秒，若以模拟量记录来分析事故，则有时会 得出完全错误的结论。 对比3次OPC动作的过程，发现3次OPC动作过程中转速信号的记录完全相似，动 作过程也相似， 但去年的2次OPC动作逻辑上没有任何的记录。 综合分析， 认为3次OPC 动作很有可能是同一原因造成的， 很有可能是TPS02卡异常或电网真的发生了故障所 致。 （4）机组脱网甩负荷）机组脱网甩负荷 负荷下跌预测功能是在机组甩掉全负荷时预防汽轮发电机超速的电超速保护功 能。 当机组原来稳定运行时中压缸排汽压力高于额定值的15%， 或中压缸排汽压力

15、出 现故障，若发电机主断路器一旦断开，即说明发电机甩全负荷，请求OPC动作(发出 一个2s的脉冲信号)，快速关闭高中压调节阀，在实际转速尚未升高的情况下，提早 采取预防措施，避免超速行为发生。此时DEH控制器由负荷控制转为速度控制，转速 设定值自动设定为3000r/min额定转速。 脱网甩负荷OPC动作后，没有设计有例外报告，因此，当OPC保护动作后，只能 通过排查的方法来确定。 为了方便记录， 建议增加脱网甩负荷OPC动作的例外报告的 记录，同时也要作“延时OFF”的处理，确保能够记录下来。 虽然脱网甩负荷OPC动作没有例外报告， 但并网信号是有例外报告的， 从3次OPC 动作的记录来看，均

16、没有记录到并网信号有变化，这点一定程度上可以排除并网信 号变化的可能；另外，并网信号是DEH相当重要的状态信号，DEH各项功能均需要引 用并网信号，当并网信号发生变化时，DEH的控制方式和状态均会发生较大的变化， PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 在脱网的瞬间，DEH的CCS会立即退出，但从3次OPC动作的记录来看，CCS均在OPC动 作约6s后才退出，因此完全可以排除并网信号发生变化的可能；由脱网甩负荷OPC 动作是一个2s的脉冲信号， 但去年2次OPC动作时均没有OPC动作即2DOSPACTIVE （OSP SOLENOIDS）信号的记录，今年10月份OP

17、C动作的记录只有0.3s，这点也可以排除并 网信号发生变化的可能。 （5）转速信号测试系统受到干扰）转速信号测试系统受到干扰 当转速信号受到干扰、或测速通道不稳时，可能会造成转速信号瞬间波动。当 转速信号波动瞬间超过3090r/min、或瞬间波动使加速度超过4r/min/周期时，也会 引起OPC的动作。3次OPC动作记录，转速超过3090r/min造成OPC动作没有记录，但今 年10月份的那次OPC动作显示加速度保护动作了0.3s。 可见， 转速信号的确有了较大 的波动，可能的原因是真的转速信号有波动（电网发生故障的情况下），也可能是 转速信号受到干扰所致。建议利用日后的停机机会，对转速通道进

18、行性能测试。 （6）DEH硬件硬件OPC保护回路保护回路 硬件OPC保护由三块TPS02卡完成，保护系统采用三冗余输入、三取二的保护逻 辑，具有较高的可靠性。从3次OPC动作的情况来来，若不是电网的故障引起，很有 可能是TPS02卡异常引起。 TPS02卡在使用时需要对各项参数进行设置， 2号机组三块 TPS02卡在机组调试期间曾经更换过，参数的设置由东汽厂家设置。TPS02卡的输入 信号有：转速、功率、中排压力、并网、汽机挂闸等。TPS02卡的输出有：OSP、EHC、 TRIP、PLI、转速、负荷不平衡量等。 为了排除TPS02卡引发OPC的可能， 建议对TPS02卡的参数设置进行确认； 同

19、时利 用停机时的检修机会，对TPS02卡进行性能测试，包括线路检查、抗干扰、电源波动 及OPC动作的模拟再现等； 增加TPS02各类输出继电器动作进DCS的SOE记录， 由于DEH 的OPC具有软/硬件两个并列的回路，而硬件回路目前没有任何记录，不利于事故的 分析查找和排查。 （7）汽机转速大于）汽机转速大于3090r/min TPS02卡的测速原理是，在4ms的周期内，寻找零线跨越(从负值跨越至正值)的 次数来计算汽机转速。当转速高于3090r/min时，则输出OSP信号让超速保护电磁阀 带电动作（继电器回路对三块TSP02卡的输出作了三取二的逻辑处理）。由TSP02卡 的测速原理可知，在D

20、EH的一个逻辑扫描周期内（150ms），TPS02卡内部已经计算处 理了将近37次转速信号，在这37次转速信号中，若转速信号受到干扰出现过转速信 号超过3090r/min时，则OPC电磁阀OSP会动作，但DEH逻辑并不会记录到转速 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 3090r/min的出现。 当转速信号受到干扰时，出现TPS02卡的超速保护动作而DEH逻辑没有动作是有 可能发生的， 由于设计的记录信号不全， 我们无法完全排除这种情况发生的可能性。 建议利用停机检修机会，对TPS的测速通道进行性能测试，并模拟发生在150ms 内发生超速的情况，以检验TPS02卡

21、的动作情况。同时，检查2号机组的测速回路， 如测速探头、接线回路是否紧固牢靠、抗干扰情况等（三路转速信号是否采用三条 独立的电缆、是否远离强电等干扰源等）。 （8）机组脱网甩负荷）机组脱网甩负荷 TPS02卡也具有负荷下跌预测功能，当并网开关由ON变为OFF时，若中排压力高 于22%,则OSP输出，OPC电磁阀动作。由于是硬件直接的动作，其动作速度比 DEH的软件回路快得多。 若并网开关信号受到干扰，在150ms内干扰信号消失，则有可能TPS02卡发生了 脱网甩负荷OPC动作，而DEH逻辑则没有发生的情况（因为DEH的软件采样周期为 150ms）。这可以利用停机检修机会通过试验来验证。 建议检

22、查并网信号的接线回路，是否存在接线松动、接触不良、DI通道的扰干 能力等。 （9）负荷不平衡）负荷不平衡 3次OPC动作时，DEH均有负荷不平衡动作的记录，而且动作的持续时间均为1s。 经检查DEH逻辑， 发现记录的负荷不平衡动作信号2DLOADIMBALANC （LOAD IMBALANCE） 并不是真正的负荷不平衡动作信号，而是DEH逻辑对TPL02卡输出的模拟量信号LODA IMBALANCE进行高限报警， 当LODA IMBALANCE高于30%时， 产生2DLOADIMBALANC （LOAD IMBALANCE）报警信号和例外报告。因此，还不能肯定3次OPC动作是否真的完全是负 荷

23、不平衡动作所致。在调门突然关闭时，发电机功率会立即减小，但在排压力若变 送器设置了滤波， 则压力信号减小速度会慢些， 同样会产生负荷不平衡动作的信号。 引起功率负荷不平衡保护动作的原因由于记录的数据欠缺，且无法查询到当时 电网情况而无法判断，有待增加完善记录监控手段后进一步分析判断，但可能原因 基本是以下两方面的原因：（1）TPS02卡本身异常引起；（2）由电网波动或故障等 原因引起。 4. 措施及建议措施及建议 根据3次OPC动作的情况，DEH的汽机保护模件TPS02的异常或电网的故障是造成 OPC保护动作的最可能原因。但到目前为止，还未找出具体的导致OPC动作的原因， PDF 文件使用 “

24、pdfFactory Pro“ 试用版本创建 很有可能OPC还会动作，因此运行加强监视，尽可能保持机组在CCS方式下运行。 （1）现电厂加速度保护保护定值是4r/扫描周期，鉴于该厂处于电网末端，周 波变化频繁，根据DEH运算周期（150ms）及加速度设计原理，拟提高加速度保护定 值。根据东方电气自动控制工程有限公司的分析及建议（传真），加速度保护定值 改为40r/周期，以防止加速度保护误动。 （2）在1号机组大修及2号机组检修机会，对TPS02进行试验，确认当功率负荷 不平衡逻辑投切按钮不投入情形下，TPS02硬件上能否完成负荷不平衡OPC保护动作 的功能。 （3）由于TPS02板说明书有关

25、TPS02板正常模式及快速模式设置相关内容的叙 述，而快速模式是指电路没有滤波作用，一旦有干扰现象就容易发生误动现象，因 此在2机组检修机会， 对TPS02板进行设置的检查， 确认TPS02板工作模式的设置是 否正确。 （4） 为加强机组故障时数据信息的有效收集， 利用1号机组大修及2号机组检修 机会，在1、2号机组DHE控制逻辑中OPC保护动作3个条件出口分别增加上网点，电气 的发电机油开关信号也增加上网点；把TPS02板输出OPC动作及功率负荷不平衡保护 继电器动作信号引入DCS进行记录（DI）。 （5）对2号机组TPS02卡的参数设置进行全面的检查测试，并对TPS02卡进行全 面的性能测试，对相关输入信号的接线及干扰进行检查测试。 （6） 今后在发生类似有关电网周波变化或汽机转速大幅变化等事件时， 应第一 时间了解电网的运行情况，查询是否发生电网故障等情况，掌握分析第一手资料。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建