汽輪機(jī)ETS保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析及改進(jìn)

周則星

摘 要：ETS指的是汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)，汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)其重要參數(shù)超出限定數(shù)值時(shí)，ETS系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出遮斷指令，進(jìn)而使所有蒸汽進(jìn)汽閥門得以關(guān)閉，使機(jī)器得到保護(hù)。由此可見，該系統(tǒng)對汽輪機(jī)發(fā)電組安全運(yùn)行，有著十分重要的作用。若是該系統(tǒng)得不到有效運(yùn)行，便可能造成誤動(dòng)或者是拒動(dòng)，進(jìn)而可能造成汽輪機(jī)部件損壞。本文以某火電廠為例，在對ETS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及可靠性做出分析的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)方法與措施。

關(guān)鍵詞：ETS系統(tǒng)；汽輪機(jī)；可靠性；改進(jìn)措施

中圖分類號： TK269 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）20-167-2

1 項(xiàng)目簡介與EST系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 項(xiàng)目簡介

該火電廠有兩臺(tái)310MW機(jī)組均在2015年10月投產(chǎn)，汽輪機(jī)型號為NC310-17.75/540/540，該機(jī)組ETS系統(tǒng)為廠家提供， PLC控制系統(tǒng)為Controllogix系統(tǒng)控制系統(tǒng)。在對該機(jī)組ETS保護(hù)原理及可靠性做出分析發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)I/O點(diǎn)分配、控制系統(tǒng)電源回路等方面，仍有一些問題存在，這些問題可能會(huì)造成汽輪機(jī)出現(xiàn)拒動(dòng)或者是誤動(dòng)，因此，對這些問題，需對ETS系統(tǒng)做出進(jìn)一步改進(jìn)及完善。

1.2 EST系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ETS系統(tǒng)包含ETS控制柜、危急遮斷液壓組快、現(xiàn)場檢測元件等部分，從而實(shí)現(xiàn)冷凝器真空低保戶、AST超速保護(hù)、EH油壓低保護(hù)、潤滑油壓低保護(hù)等汽輪機(jī)主要元件的保護(hù)功能。其中，ETS控制柜又包含電源組件、可編程控制器、繼電器組件與端子排等結(jié)構(gòu)。其中電源組件接受兩路220V的AC冗余輸入電源，在實(shí)施切換之后，能夠?qū)⑵渥鳛锳ST的電磁閥與可編程控制器電源。

2 ETS系統(tǒng)可靠性分析

2.1 I/O點(diǎn)分配

冷凝器真空低保護(hù)與潤滑油壓低保護(hù)作為汽輪機(jī)重要保護(hù)措施，在ETS系統(tǒng)中，運(yùn)用的是三重冗余設(shè)計(jì)，三取二的動(dòng)作于跳閘，在就地冷凝器與潤滑油母管上，均安裝了三個(gè)取樣管路互相獨(dú)立的壓力開關(guān)，來完成對冷凝器真空與潤滑油壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測。如圖1所示，在真空低與潤滑油壓低保護(hù)信號接線圖當(dāng)中，2DIA、2DIB為PLC組件的第2塊DI輸入卡件，由圖可見，PLCI/O點(diǎn)分配上，由就地壓力開關(guān)引出的冗余跳機(jī)信號設(shè)計(jì)，全部是接在并列運(yùn)行的PLC組件相同的DI輸入卡件上，所以不滿足重要保護(hù)信號在設(shè)計(jì)上的獨(dú)立性要求，并違背了《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》等相關(guān)規(guī)定。若是對于該系統(tǒng)中，DI卡件一旦出現(xiàn)問題，便會(huì)造成輸入信號全部出現(xiàn)異常，進(jìn)而造成拒動(dòng)或者誤動(dòng)問題產(chǎn)生。

2.2 ETS控制系統(tǒng)電源回路

ETS在設(shè)計(jì)時(shí)，PLC與AST電源均是運(yùn)用220VAC電源。當(dāng)ETS控制柜，接受到UPS與保安段冗余電源后，通過電源切換裝置完成切換之后，便能夠?qū)ST電磁閥與PLC組件供電，并同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對1PS與2PS電源轉(zhuǎn)換模塊供電，在轉(zhuǎn)換模塊得到轉(zhuǎn)換過后，便得到PLC冗余I/O電源。

如電源回路圖所示，UPS與保安段兩路電源都處于正常狀態(tài)時(shí)，切換之后的電源，變?yōu)閁PS電源。汽輪機(jī)機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，若是UPS電源出現(xiàn)斷電或者故障，則系統(tǒng)便能夠自動(dòng)通過OJ切換，來為保安段電源供電。雖然接觸器的工作效率較為快速，對PLC組件運(yùn)行不構(gòu)成影響，然而，因?yàn)樵谇袚Q之后，220VAC對AST電磁閥直接供電，從而使接觸器動(dòng)作電源在切換的一瞬間，便會(huì)使得AST電磁閥出現(xiàn)暫時(shí)性斷電，從而使AST油管失壓，使得汽輪機(jī)進(jìn)汽閥出現(xiàn)關(guān)閉，保護(hù)動(dòng)作及發(fā)生跳閘。根據(jù)《火力發(fā)電廠汽輪機(jī)監(jiān)視與保護(hù)系統(tǒng)驗(yàn)收測試規(guī)程》來進(jìn)行試驗(yàn)，可以得出，UPS電源在斷開之后，安全油壓便會(huì)出現(xiàn)大幅度下降，DEH閥門出現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉，并且在安全油母管上的三個(gè)判斷油壓狀態(tài)的開關(guān)，也會(huì)達(dá)到動(dòng)作值，DEH系統(tǒng)會(huì)檢測到三個(gè)掛閘信號出現(xiàn)消失，并自動(dòng)產(chǎn)生DEH故障信號，使得ETS系統(tǒng)跳閘，由此可見，ETS電源難以達(dá)到冗余備用要求。

3 ETS系統(tǒng)不完善部位的改進(jìn)措施

3.1 I/O點(diǎn)分配問題改進(jìn)措施

在《火力發(fā)電廠熱工保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定》與《國家電網(wǎng)公司發(fā)電廠重大反事故措施》等相關(guān)規(guī)定的要求，筆者對ETS系統(tǒng)中的I/O點(diǎn)實(shí)施重新分配。把三個(gè)冗余冷凝器真空低與三個(gè)冗余潤滑油低壓輸入信號分散的接入到每列PLC組件對應(yīng)的三個(gè)不同DI卡件通道中，同時(shí)對PLC數(shù)據(jù)庫、對應(yīng)的三取二遮斷與報(bào)警擴(kuò)展輸出邏輯實(shí)施重新組態(tài)。進(jìn)而從根本上使得ETS保護(hù)信號能夠獨(dú)立實(shí)現(xiàn)三重冗余，使得風(fēng)險(xiǎn)得以分散處理，最終能夠避免由于單塊卡件故障而造成的保護(hù)誤動(dòng)與拒動(dòng)問題出現(xiàn)。

3.2 ETS控制系統(tǒng)電源回路問題改進(jìn)措施

ETS控制電源應(yīng)當(dāng)能夠達(dá)到冗余切換功能與消除保護(hù)誤動(dòng)的相關(guān)要求，針對上文提到的問題，筆者對ETS系統(tǒng)電源回路做出如下改進(jìn)：把AST1及ATS3電磁閥所供電的電源，改在電源切換之前，通過ETS控制柜中的UPS電源來實(shí)施供電，把ATS2與AST4電磁閥的供電電源改換在電源切換之前，并通過ETS控制柜中的保護(hù)電源來實(shí)施供電。與此同時(shí)，把操作臺(tái)上的汽機(jī)跳閘按鈕原設(shè)計(jì)的一副常閉接點(diǎn)串接到AST1與AST3電磁閥電源控制回路上，然后再利用一副并聯(lián)常閉接點(diǎn)串接到AST2與AST4電磁閥電源控制回路當(dāng)中。

在通過這種改進(jìn)之后，危急遮斷液壓組件兩個(gè)跳閘通道上的AST電磁閥會(huì)由UPS與保安段的兩路獨(dú)立電源實(shí)施供電。因?yàn)樗膫€(gè)電磁閥均是采用雙通道設(shè)計(jì)，因此，當(dāng)任何一個(gè)控制電源斷電或者因故障出現(xiàn)電源切換時(shí)，只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)AST跳閘通道動(dòng)作，另外一個(gè)AST跳閘通道內(nèi)的兩個(gè)AST電磁閥，依舊會(huì)維持安全油壓，并使得汽輪機(jī)機(jī)組不會(huì)有誤動(dòng)跳閘問題出現(xiàn)。當(dāng)ETS系統(tǒng)出現(xiàn)單路控制電源斷電之后，危急遮斷液壓組塊上的油壓狀態(tài)監(jiān)測開關(guān)對應(yīng)動(dòng)作便會(huì)在DEH操作員站發(fā)出報(bào)警信號，讓工作人員對其進(jìn)行及時(shí)的檢修與處理。在PLC系統(tǒng)因?yàn)楣收隙霈F(xiàn)失靈之后，操作臺(tái)上的汽機(jī)跳閘硬手操按鈕便能夠使AST電磁閥供電回路得以直接切斷，從而使得緊急打閘出現(xiàn)停機(jī)。通過這種改進(jìn)，能夠使ETS系統(tǒng)中的控制電源冗余互備功能得以真正實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而徹底消除由于單路控制電源失電或者因故障切換時(shí)，汽輪機(jī)保護(hù)誤動(dòng)跳閘的問題出現(xiàn)。

4 總結(jié)

作為汽輪機(jī)發(fā)電組重要保護(hù)措施，ETS系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)問題，進(jìn)而造成意想不到的問題發(fā)生。筆者根據(jù)ETS系統(tǒng)中可能會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)或誤動(dòng)問題做出改善之后，使ETS保護(hù)系統(tǒng)可靠性得到大大提升，從而有效防止汽輪機(jī)主保護(hù)拒動(dòng)與誤動(dòng)問題的出現(xiàn)，使汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)，安全隱患得以消除。ETS系統(tǒng)存在問題的改善，也對機(jī)組安全運(yùn)行、減少非計(jì)劃停運(yùn)與設(shè)備損壞率、提升經(jīng)濟(jì)效益，都具有十分重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王鵬鵬.310MW汽輪機(jī)ETS保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析及改進(jìn)[J].電力安全技術(shù)，2014（05）.

[2] 羅永霞，白云貴，喬小平.汽輪機(jī)ETS保護(hù)系統(tǒng)電源切換回路技術(shù)改進(jìn)[J].內(nèi)蒙古石油化工，2010（23）.