汽輪機跳閘保護系統(tǒng)在熱電站工程中的應用

韓廣東

摘 要：介紹了汽輪機跳閘保護系統(tǒng)ETS在河南晉煤天慶18305項目熱電站工程中的實際應用，對ETS的系統(tǒng)構(gòu)成、設計要點、聯(lián)鎖控制的實現(xiàn)等做了簡要陳述。該系統(tǒng)是DCS和PLC成功的組合運用，取得了很好的效果。

關鍵詞：ETS；聯(lián)鎖控制；PLC

引言

汽輪機是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械，又稱蒸汽透平。主要作為發(fā)電用的原動機，也可驅(qū)動各種泵、風機、壓縮機和船舶螺旋槳等。還可以利用汽輪機的排汽或中間抽汽提供生產(chǎn)和生活上的供熱需求[1]。河南晉煤天慶18305項目熱電站工程新上1臺18 MW抽汽背壓式汽輪發(fā)電機組，作為熱電聯(lián)產(chǎn)的主要設備，在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。

由于汽輪機的轉(zhuǎn)速很高，在機組啟動、運行或停機過程中，因操作不當或某些相關設備故障，容易使汽輪機的轉(zhuǎn)動部件和靜止部件發(fā)生摩擦，引起葉片損壞、大軸彎曲、推力瓦燒毀等惡性事故[2]。為確保機組安全起停和正常運行，需對汽輪機的軸向位移、轉(zhuǎn)速、振動等機械參數(shù)進行監(jiān)控，并對軸承溫度、油壓、主汽溫等熱工參數(shù)進行監(jiān)視和異常保護。在出現(xiàn)危急狀況時，聯(lián)鎖保護系統(tǒng)能及時動作，迅速停機，對防止事故擴大，具有十分重要的意義。

因此，汽輪機除了設有手動的停機功能之外，還需設置具有自動停機功能的汽輪機跳閘保護系統(tǒng)（ETS）。ETS系統(tǒng)是用PLC代替繼電器、由程序處理控制代替硬接線、I/O電平可與外部裝置相連接以及結(jié)構(gòu)易于擴展的工業(yè)檢測、保護、控制設備[3]。汽輪機危急跳閘系統(tǒng)用以監(jiān)視汽輪機的某些重要參數(shù)，當這些參數(shù)超過其運行限制值時，該系統(tǒng)就關閉全部汽輪機蒸汽進汽閥門，緊急停機。

1.ETS系統(tǒng)的構(gòu)成

ETS系統(tǒng)由邏輯控制柜與手動操作盤構(gòu)成。

1.1操作盤

操作盤面板上設有電源狀態(tài)指示、停機首出原因指示、保護信號指示、各保護投切開關及手動停機、復位等操作按鈕。操作盤安裝在控制室的操作臺上。

1.2邏輯控制柜

邏輯控制柜由電源、信號轉(zhuǎn)換模塊、PLC組件、中間（輸出）繼電器，空氣開關、交流接觸器、檢修插座和照明等組成。

2.ETS設計要點

2.1獨立、冗余的電源系統(tǒng)

電源是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的動力保障，電源的設計尤為重要。我們采用冗余的電源系統(tǒng)，引入兩路220VAC電源至控制柜，其中一路來自UPS，一路來自廠用電。兩路電源接入控制柜內(nèi)24VDC電源轉(zhuǎn)換模塊，如果任何一路電源出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍可正常工作。

2.2冗余的硬件配置

我們采用冗余的PLC配置，兩套系統(tǒng)完全獨立，同時工作，當任何一套PLC發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍可完成緊急停機任務。

2.3接入信號

所需的現(xiàn)場監(jiān)測信號由硬接線方式接入控制柜，以減少干擾和延遲。系統(tǒng)設置有備用通道，當用戶需要增加輸入時，可以方便接入。

2.4手動停機信號

設計一路手動停機信號進入ETS系統(tǒng)，設在汽輪機的操作盤上。該信號進入ETS控制柜后，其中一副觸點不通過PLC而直接接入輸出回路，以減少中間環(huán)節(jié)，實現(xiàn)快速停機。為實現(xiàn)監(jiān)視及首出記錄，另外接兩副觸點分別進PLC系統(tǒng)。

2.首出回路

當ETS系統(tǒng)動作后，為盡快排除故障，要求迅速、準確地掌握機組跳閘的原因，ETS邏輯上設計有首出回路，用以記錄跳閘回路中首先出現(xiàn)的動作條件。

2.6ETS動作輸出

如果輸出給停機電磁閥的信號為脈寬型，可以根據(jù)需要設置脈寬長度。

2.7投切開關

系統(tǒng)設計有ETS總投切開關及各動作條件的分項投切開關。只有總投切開關投入時，系統(tǒng)才會動作輸出。各個分項開關可以選擇性投入，當暫時不需要某個信號參與保護時，可以將其切除。投切開關設置在操作盤上。

2.8電源監(jiān)視

對引入控制柜的兩路系統(tǒng)電源設有電源監(jiān)視，當兩路電源均消失時，會提醒操作人員采取必要措施。在機柜內(nèi)部設計有電源指示燈。

2.9SOE信號輸出端口預留

一些現(xiàn)場信號通常只有一副觸點，為保證安全，這些信號接入ETS控制柜時，在ETS控制柜里擴展預留了SOE信號端口，以便送給SOE裝置使用。

3.ETS系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制

ETS系統(tǒng)是一套獨立于DCS的安全保護系統(tǒng)，參與聯(lián)鎖的控制信號分別送至DCS和ETS中。在正常情況下，DCS動態(tài)地監(jiān)控生產(chǎn)過程的連續(xù)運行，而ETS處于相對靜止的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)危急情況，ETS便直接報警并立即停機，以避免危險擴散造成巨大損失[4]。

ETS的安全級別要高于DCS，這樣保證了事故狀態(tài)下的及時動作，降低了控制功能和安全功能同時失效的概率。

ETS控制系統(tǒng)具有下列停機功能（在保護投切開關投入后生效）：

汽輪機超速保護：當汽輪機轉(zhuǎn)速超過停機值時（約3350～3 450 r/min）停機（三取二）。

軸向位移大保護：當軸向位移超過停機值時（+1.2～+1.4 mm）停機。

潤滑油油壓低保護：當潤滑油油壓低時（O.O2 MPa）停機（三取二）。

凝汽器真空低保護：當凝汽器真空低時（-0.06 MPa）停機（三取二）。

軸承回油溫度保護：當汽輪發(fā)電機組支持軸承溫度或推力軸承溫度高時（75℃）停機。

脹差大保護：當轉(zhuǎn)子與汽缸的脹差過大時（小于-1mm或大于+3mm）停機。

發(fā)電機主保護和MFT（鍋爐保護信號）。

手動停機：當出現(xiàn)緊急情況時，可手動停機，保護機組安全（操作盤按鈕）。

各保護投切開關設置在操作盤面板上，易于操作人員操作。同時設有“復位”按鈕。

4.結(jié)束語

汽輪機跳閘保護系統(tǒng)ETS作為一套安全保護系統(tǒng)，其責任和重要性不言而喻。優(yōu)良的安全保護系統(tǒng)必須具有高度的可靠性、安全性和實用性。該裝置ETS自13年投運以來系統(tǒng)運行良好，不僅操作簡單、組態(tài)方便、且維護量小、故障率低，提高了裝置的生產(chǎn)操作控制和管理水平，優(yōu)化了裝置的運行，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]趙燕平.熱工聯(lián)鎖保護系統(tǒng)配置優(yōu)化技術.中國電力出版社，2006.12～18

[2]朱錦智.TS3000在催化裂化壓縮機聯(lián)鎖系統(tǒng)上的應用.石油化工自動化，2005，（6）：62～64

[3]譚進，肖忠良.壓縮機安全保護系統(tǒng)的改造.石油化工自動化，2003，（5）：95～97

[4]盛塞斌.600mw亞臨界火力發(fā)電機組技術叢書.中國電力出版社，2007. 20～25