彭 军，祁富志，李富荣

(1.青海电研科技有限责任公司，青海 西宁 810008；2.国网青海省电力公司电力科学研究院，青海 西宁 810008)

0 前言

新型调相机的安全稳定运行能有效提高特高压直流输电系统的无功补偿能力，其辅机热控联锁保护系统的可靠性又影响着调相机的安全稳定运行。目前，新型调相机辅机热控联锁保护系统提出了“双冗余”的控制概念，并进行推广应用。这种新技术在设计与实际应用中存在一些问题，文章结合实际调试案例分析总结了热控系统中的典型问题，并提出了相应解决方案，具有一定的借鉴价值。

1 调相机热控系统简介

新型调相机主要由本体和辅机(包括润滑油、顶轴油及外冷系统等)构成，热控联锁保护系统作为新型调相机的控制核心，主要用于调相机联锁、保护及程控操作，实现调相机各设备自动根据工艺流程顺序启(停)控制，以及自动实现联锁、保护功能。热控联锁保护系统包括了分散控制系统(以下简称“DCS”)和辅机电气控制系统的联锁保护控制，新型调相机辅机电气控制系统与DCS系统中的故障联锁逻辑，共同形成了“双冗余”控制系统，保证其中某一个系统异常时，热控联锁保护系统能够正常运行。

新型调相机在国内属于起步发展阶段，辅机“双冗余”控制理念提出后，往往忽略了其电气控制系统与DCS之间的逻辑匹配问题，出厂时也没条件进行相关联调试验，使得部分设备可能在出厂时已经存在上述问题〔2〕，本文结合某新型调相机工程的实际调试案例，分析并总结了相关典型问题及解决措施。

2 典型问题分析及解决方案

2.1 润滑油热控系统问题

润滑油系统是新型调相机最重要的辅助系统，如果润滑油系统工作异常，会导致调相机烧瓦、大轴弯曲、转子动静摩擦等恶性事故。润滑油系统辅机联锁保护系统配置为“双冗余”控制回路，DCS作为常规程序控制系统载体，已经设计了一套联锁保护逻辑，下面重点介绍电气控制系统中增设的联锁保护逻辑〔1〕。

1)交流润滑油泵典型备用联锁逻辑包含但不限于以下条件，其电气控制原理见图1。

(a)运行泵故障跳闸。

(b)周期性切换备用泵。

2)直流润滑油泵典型事故联锁逻辑包含但不限于以下条件，其电气控制原理见图2。

图2 调相机直流润滑油泵电气控制系统原理图

(a)交流润滑油泵两段主交流电源失电。

(b)两台交流润滑油泵均跳闸。

(c)系统润滑油油压低于跳机值。

2.1.1DCS与电气控制回路联锁投、退逻辑混用问题

1)问题描述：应用于辅机上的故障联锁“双冗余”控制技术属于新概念，设计之初未完全考虑DCS与电气控制系统相互配合的问题，误将电气控制系统的“联锁投入信号”作为两套系统共用的反馈信号，且两套系统中“联锁投、退”控制逻辑也处于混用状态，最终导致两套联锁控制逻辑相互冲突，原设计原理见图3。

图3 调相机润滑油泵DCS与电气回路联锁投(退)原设计原理图

2)原因分析：由于设计院引入“双冗余”控制概念后，未对两套系统控制逻辑进行解耦处理，且DCS厂家未理解电气控制回路联锁控制原理，在组态过程中误将电气控制回路返回的“就地电气控制联锁已投入”信号作为两方共用的信号，调试过程中曾出现此信号异常，联锁逻辑无法正常投入，最终导致“双冗余”控制回路功能均夫效；其次，两套控制系统共用一套投(退)逻辑，若其中一套控制系统需要检修时，只能同时退出联锁控制，不满足“双冗余”控制功能的要求。

3)解决方案：为满足辅机故障联锁“双冗余”控制功能的要求，两套控制系统故障联锁逻辑应进行独立设计，包括上述问题中的投(退)指令功能、投入(退出)反馈及两套系统中联锁条件的时间配合等功能，均应做到相互独立，才能满足当一套控制系统异常时，另一套控制系统还能正常工作的“双冗余”功能要求，改造后的控制原理见图4。通过对改造后的两套控制系统分别进行联锁试验，试验结果符合“双冗余”功能设计要求。

图4 调相机润滑油泵DCS与电气控制回路优化后原理图

2.1.2 运行交流泵故障联锁启动备用泵同时启动事故直流泵的问题

1)问题描述：新型调相机润滑油系统备用逻辑设计为：2台交流泵1运1备，当运行泵跳闸后，联锁启动备用泵；若两台交流泵全停，则联锁启动事故直流泵，并保护跳机。在进行模拟交流泵故障联锁试验过程中，运行泵跳闸后联锁启动备用泵成功，且系统母管油压建立正常，但同时会启动事故直流泵。

2)原因分析：检查DCS事件历史数据，DCS未发出启动直流泵的指令。分析直流泵就地电气控制原理图(见图2)后发现，直流泵是通过电气控制系统联锁启动的。

直流泵电气控制回路中设计了以下功能：在联锁投入情况下，故障切泵过程中，若两交流泵均停止0.5 s后(通过延时继电器KT4实现)，判定为备用泵联锁启动失败，此时需联锁启动直流事故泵。延时继电器KT4的作用是避开双泵切换的时间〔3〕，经试验发现KT4在运行泵跳闸瞬间，未延时就已经动作，从而导致直流泵在每次故障联锁时均会同时启动，不符合保护逻辑。

3)解决方案：对延时继电器KT4进行校验后，发现继电器不合格，导致电气联锁回路未能躲避切泵时间，误判为“故障切泵失败”而联锁启动直流泵。现场更换延时继电器并设定延时定值后，问题得到了解决。

2.1.3 400V系统“备自投”动作时直流泵联锁启动问题

1)问题描述：为防止400 V厂用电某一段母线失电而导致两台交流泵全停，新型调相机两台交流泵设计为由两段母线分别供电。调试期间进行400 V系统备自投试验过程中，运行泵因所在母线失电而跳闸，联锁启动备用泵(备用泵所在母线带电)，备用泵工作正常，事故直流泵仍伴随启动的问题。经检查分析，发现直流泵是通过电气控制回路联锁启动的。

2)原因分析：两台交流泵供电来自不同段母线，但各自的“电源监视信号”取自每段母线进线处，若其中一段母线失电切换至另一段母线供电时，由于备自投装置有动作时间，会出现瞬时“电源监视信号”消失，直流泵因“电源监视信号”瞬间消失而误启动。

3)解决方案：结合现场实际，考虑到改造“电源监视信号”二次接线回路工作量较大，在直流泵电气控制回路中对“电源监视信号”增加延时继电器，以躲避母线备自投切换时间。经现场试验验证备自投切换时间均在0.3 s左右，延时继电器定值整定为0.4 s，以躲避备自投切换。经过此方案改造后，问题得到解决。

2.1.4 电气回路延时继电器设置不合理导致辅机不能远方停止问题

1)问题描述：调试过程中，交流泵启动后，泵切换至“远方位”时，DCS无法停泵。经检查发现DCS系统所有二次接线均正确，远方指令也能正常发出，无逻辑闭锁；当泵切换至“就地位”时，可以正常启、停泵。通过对就地电气控制原理图(见图1)分析，发现出现上述问题是由于电气控制回路闭锁了远方停止指令。

2)原因分析：交流泵电气控制联锁回路中设计了“就地联锁投入情况下，若运行泵跳闸联锁启动备用泵”功能，与DCS系统联锁保持一致，原理见图1。

经检查分析，此条件需将运行泵跳闸条件延时(见图1中KT6时间继电器)以躲避切泵时间，但检查发现延时继电器未设定延时时间，导致电气控制系统中的“启动回路”保持“常闭合”状态，远方停止指令被电气控制系统闭锁。

3)解决方案：根据联锁投备的原理可知，联锁启备用泵应考虑切泵成功后建立正常油压过程时间〔3〕，但现场实际此延时继电器时间为0 s，泵远方启动运行后，由于备用泵跳闸延时为0 s，电气控制系统“启动回路”保持常闭合状态，导致停止回路被反向闭锁。结合现场实际，在电气控制系统中将延时继电器KT6设定为0.5 s(泵切换时间定值)，并保持与DCS联锁逻辑延时一致，此问题得到解决。

2.1.5 运行泵失电瞬间恢复供电时，引发上级断路器跳闸的题。

1)问题描述：当运行交流泵供电段失电瞬间又恢复供电时，两台交流泵瞬间同时启动导致冲击电流过大，触发上级断路器“过电流保护”跳闸，最终保护跳机，原理见图5。

图5 调相机润滑油泵就地电气回路中晃电保护原理图

2)原因分析：交流油泵电气控制系统联锁回路设计了一套“晃电保护”功能：即交流油泵运行过程中，若泵电源发生瞬间失电后又立即恢复时，原运行泵通过电气控制回路中“晃电保护”功能自动启动恢复运行。

运行泵失电跳闸瞬间，首先触发故障联锁启动备用泵，同时原运行泵在瞬时恢复供电时，通过电气控制回路中“晃电保护”功能自启动(功能原理见图5)，此时原运行泵“晃电保护”与故障联锁启动备用泵几乎同时动作，原运行泵瞬停后瞬启，同时联锁启动备用泵，冲击电流达到额定电流的20倍以上，导致上级断路器保护跳闸。

3)解决方案：经分析，交流润滑油泵电气控制系统中“晃电保护”回路设计不符合实际工况要求，“晃电保护”逻辑未考虑备用泵联启成功的工况，若备用泵联启成功后，无需自启原运行泵。

在“晃电保护”回路中增加延时继电器，增加“备用泵停止0.5 s逻辑”,若“备用泵未联锁启动或联锁启动失败”，此时才通过“晃电保护”功能启动原运行泵，与DCS故障联锁条件中的“备用泵联锁启动失败后，又回启原运行泵”的逻辑保护一致，符合现场实际工况。

2.2 顶轴油热控系统问题

2.2.1 顶轴交流泵、直流泵“双冗余”控制系统问题

新型调相机顶轴油系统配置与润滑油系统相同，“双冗余”控制回路设计存在的问题及处理情况与2.1款一样，这儿不再赘述。

2.2.2 机组在启动过程中DCS与电气控制回路联锁逻辑冲突问题

1)问题描述：调相机顶轴油系统在机组启(停)机过程的联锁逻辑设计是，机组启动过程中转速高于600 r/min时，由于已建立油膜，需自动退出顶轴油系统；机组停机惰走过程中转速低于580 r/min时，需启动一台交流顶轴油泵，避免调相机油膜破膜而造成严重事故。

在调试过程中发现，当机组启动过程中转速达到600 r/min时，两台交流顶轴泵瞬间频繁交替瞬停、瞬启，最后导致上级断路器过流烧损，当转速近630 r/min时，顶轴油系统全部停止。

2)原因分析：交流顶轴油泵电气控制系统“联锁状态”若需退出，需通过DCS发出退出指令后，才能退出联锁状态，原理见图4。

通过对DCS事件历史数据分析，泵的停止指令是通过DCS系统出口的，而泵的启动指令是由电气控制回路发出的。当机组启动转速达600 r/min时，DCS联锁逻辑同时发出“远方停止运行交流顶轴油泵”和“远方退出电气控制回路联锁”指令，调相机在低转速升速过程中，由于升速较快，电气控制系统接收到“联锁退出”指令前，DCS联锁停泵指令先到达电气控制系统“停泵回路”而停泵，此时电气控制系统由“故障联锁功能”启动备用泵。在这过程中两套系统瞬间动作过程为，DCS循环发出停运行泵指令，就地电气回路联锁启动备用泵，形成死循环，导致两台交流顶轴泵频繁交替瞬停、瞬启，甚至造成一次顶轴泵上级断路器过流烧损，直接原因是DCS系统与电气控制系统联锁逻辑不匹配造成。

3)解决方案：结合调相机启机过程在低转速段上升速率较快的实际情况，为解决这种“双冗余”控制系统的不匹配问题，需电气控制系统联锁早于DCS退出，以避免两套系统冲突的问题，经试验验证电气控制系统联锁退出定值为550 r/min较为合适。经过定值整定后，再未发生类似事故。

3 结束语

新型调相机辅机热控系统创新性地采用“双冗余”故障联锁控制技术，但其在设计之初，未考虑相互匹配问题，严重影响调相机的安全运行。随着这种热控技术逐渐成为新型调相机辅机控制的发展趋势，需要及时分析总结新技术出现的典型问题，提出解决方案，提高新型调相机的热控联锁保护水平，为目前新型调相机热控调试、检修及运维提供借鉴经验。