汽輪機側單點保護技術改造分析

韓國強

（華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

為了確保大容量火電機組的安全運行，對機組保護控制系統的要求越來越高，故障保護動作正確性與機組設備的安全緊密相關，保護動作不正確，輕者會對機組運行造成影響，使機組負荷受阻或停運，重者則會造成運行設備的嚴重損壞。所謂單點保護，是指在機組重要設備保護回路中，直接導致保護回路動作的唯一硬件測量信號或軟件控制回路。目前，由于設計等方面原因，溫度、壓力、流量測點安裝存在單一性，元件易出現接觸不良或短線、斷線故障，從而使保護系統發生誤動，嚴重威脅機組安全運行。為了提高保護動作可靠性，通過增加就地設備數量，并完善、優化單點保護邏輯，盡可能消除機組運行中就地設備、線路故障引起隱患發生，并通過三取二邏輯判斷后輸出繼電器動作，來消除保護誤動的發生。

1 單點保護存在的問題

華能國際電力股份有限公司上安電廠6臺機組存在不同程度的單點保護情況（保護動作通過單個測量設備判斷后實現），如果測量設備出現問題，則正常運行設備會失去最后一道保護屏障，保護誤動可能造成機組主、輔機跳閘停運，保護拒動則會對就地設備造成不同程度的損壞。

a.溫度測量保護由單支溫度元件實現。該火電廠一單元1A汽泵推力瓦溫度測量為單點測量，機組正常運行時，曾經出現過由于測量回路故障，溫度顯示到達保護動作值，造成汽泵跳閘的問題。三單元排汽裝置溫度保護、二單元凝泵推力瓦溫度保護、三單元電泵推力瓦溫度保護存在著相同的隱患。

b.壓力、流量等測量保護由單個開關或變送器實現。該火電廠三單元定子冷卻水保護原設計為流量開關動作與單臺流量變送器測量流量低同時出現后，汽輪機跳閘，由于單點流量測量故障率高，因此主機保護存在著重要設備隱患。二單元小汽輪機潤滑油壓力、排汽壓力保護存在著相同的隱患。

c.機柜盤連信號（如從TSI柜至DCS機柜的信號）采用一路進行判斷。該火電廠抗燃油壓低至小機保護信號為一路單點保護信號，如果通道故障或電纜出現問題極易發生保護誤動和拒動的情況。

d.電氣設備運行信號（如前置泵運行信號消失聯跳小汽輪機）由單個節點進行判斷。2012年5B汽泵跳閘，原因為前置泵運行信號消失，運行信號從6kV抽屜斷路器閉合信號取出，原設計為單點，直接導致該故障的發生。

e.DEH、ETS跳閘節點使用單個繼電器輸出進行判斷，若繼電器繞組出現故障，跳閘指令無法輸出，導致保護拒動。該火電廠三單元抗燃油壓低至小汽輪機保護、DEH和ETS跳閘節點的輸出均為單點保護信號，也存在同樣隱患。

2 單點保護的技術改造方案

為了提高保護系統的可靠性，針對以上提出的單點保護情況進行梳理，利用機組檢修的機會，對現場設備和控制組態進行改造，提高了保護動作的可靠性和準確性。

2.1 單點溫度保護的改造

現場設備增加溫度測量元件，所有的單點溫度測量改為雙點測量方式。通過鋪設控制電纜，將新增溫度測量信號引至DCS，并修改組態。改造后一單元汽泵推力瓦溫度保護邏輯，見圖1。

圖1 改造后一單元汽泵推力瓦溫度保護邏輯

汽泵推力瓦溫度測點064A，原保護組態為溫度85℃報警，達到90℃延時6s汽泵跳閘。由圖1可見，增加064A－2溫度測點后，相應保護邏輯完善為：當雙側點都沒有壞質量時，一支元件達到跳閘值延時6s，并且另外一支元件達到報警值時設備保護動作，當一支測點壞質量時，另外一支測點達到跳閘值延時6s設備保護動作。當雙測點測量偏差過大時，大屏幕發光字報警信號。將該測點由單支改為雙測點溫度元件，使保護互相冗余，在畫面進行顯示，完善相應保護邏輯，并傳動試驗成功，確保了回路動作的可靠性和準確性，為汽泵正常運轉提供了有利保障。進行上述改造的還有三單元排汽裝置溫度保護邏輯。

原保護組態為排汽裝置溫度單點達到100℃時快速關閉低壓旁路系統，將其更換為雙支熱電阻元件后，相應組態修改為當雙測點都沒有壞質量時，一支元件達到跳閘值100℃，并且另外一支元件達到報警值90℃時快速關閉低壓旁路系統；當一支測點壞質量時，另外一支測點達到跳閘值100℃時快速關閉低壓旁路系統，確保低壓旁路系統各閥門動作準確、可靠。進行上述改造的還有一單元電泵、汽泵機械密封水溫度保護，二單元凝泵推力瓦溫度保護，三單元電泵推力瓦溫度保護等。

2.2 單點壓力和流量保護的改造

現場設備增加壓力、流量開關或變送器，每一單點保護新增2臺測量裝置，將所有的單點測量改為三測量方式。通過鋪設控制電纜，將新增測量信號引至DCS，修改組態為三取二表決判斷方式。進行上述改造的還有三單元定子冷卻水保護邏輯。

原發電機定子冷卻水流量低保護為3個流量低開關三取二保護動作和單臺流量變送器定子冷卻水流量低于63t/h相與，延時60s保護動作。由于定子冷卻水管路流量波動經常引起開關動作，造成定子冷卻水流量低假象。此次檢修將其改造為3個流量變送器流量低于63t/h三取二，延時60s保護動作，通過變送器的阻尼可以很好濾去系統波動造成的定子冷卻水流量低假象，并且能夠時時準確監視定子冷卻水流量。

只有當3個測量信號中2個及以上達到保護定值時，斷水保護才會動作，并設計了3測量信號異或報警，當3個測量信號狀態不一致時發出大屏幕光子牌報警信號，該項設備改造，提高了發電機斷水保護投入的可靠性。進行上述改造的還有二單元小汽輪機潤滑油壓力、排汽壓力保護等。

2.3 單點盤連保護的改造

鋪設盤連電纜，將機柜間的單個盤連信號增加為3組，修改組態為三取二表決判斷方式。改造后三單元抗燃油壓低至小汽輪機保護邏輯，見圖2。

圖2 改造后三單元抗燃油壓低至小汽輪機保護邏輯

抗燃油壓低至小汽輪機保護信號，原為一路單點保護信號，為此特增加電纜和繼電器通道，并設計DCS邏輯，改為三取二判斷。

由圖2可見，只有當3個測量信號中2個及以上達到保護定值時，保護才會動作，并設計了3測量信號異或報警，當3個測量信號狀態不一致時發出大屏幕光子牌報警信號，該項設備改造，提高了保護動作的可靠性和準確性。進行上述改造的還有二、三單元TSI保護，小汽輪機DCS、MEH盤連保護；三單元MFT跳小汽輪機等。

2.4 單點電氣運行信號的改造

通過與電氣專業協商，由電氣專業在原一路運行信號的基礎上再提供兩路節點，熱工專業鋪設電纜，將DCS的單個運行信號增加為三組，修改組態為三取二表決判斷方式。改造后三單元前置泵運行信號消失跳小汽輪機保護邏輯，見圖3。

圖3 改造后二單元前置泵運行信號消失跳小機保護邏輯

由圖3可見，只有當3個測量信號中2個及以上動作時，才認為設備正在運行，并設計了三測量信號異或報警，當3個運行信號狀態不一致時發出大屏幕光子牌報警信號，該項設備改造，提高了保護動作的可靠性和準確性。進行上述改造的還有三單元小汽輪機前置泵運行信號等。

2.5 單個DEH和ETS跳閘節點輸出的改造

通過研究DEH、ETS跳閘回路，增加了跳閘繼電器，并修改ETS回路配線和DCS組態。改造后三單元、ETS至DEH跳閘保護邏輯，見圖4，進行上述改造還有三單元DEH至ETS跳閘保護邏輯。

DEH至ETS跳閘、ETS至DEH跳閘，以上為一路單點保護信號，如果通道故障或電纜出現問題極易發生保護誤動和拒動的情況，由圖4可見，增加電纜和繼電器通道，并設計DCS邏輯，將單個跳閘節點改造為三取二判斷后輸出動作，有效提高了ETS回路動作的可靠性和準確性。進行上述改造的還有二單元DEH、ETS跳閘回路，三單元汽機跳閘快切廠用電回路等。

圖4 改造后三單元ETS至DEH跳閘保護邏輯

3 改造效果

a.通過對該火電廠單點保護回路的改造，從根本上消除了溫度、壓力、流量等測量保護由單支溫度元件實現，機柜盤連信號、電氣設備運行信號采用一路進行判斷，跳閘節點使用單個繼電器輸出進行判斷等問題。

b.在確保重要保護不發生拒動的前提下，對單點保護進行優化，通過合理采用閉鎖條件，使信號檢測回路具有邏輯判斷能力。

c.采用多重化的熱工信號攝取方法，減少檢測回路自身的誤動作率，優化邏輯組態，有效降低了熱工信號系統和熱工保護系統的誤動作率，減少了火電廠主、輔機各類不安全事件特別是機組非計劃停運次數，提高機組運行效率，避免了不必要的資源浪費。

4 結束語

無論保護回路是軟件還是硬件，凡是局部單一設備可能造成整個機組保護誤動或拒動的，都可視作單點保護，都應在保護系統設計時盡可能避免。目前，該火電廠通過實施單點保護改造，提高了保護動作的可靠性，機組運行效果良好，既保證了保護不發生拒動，又極大減少了保護誤動的次數。