SPPA-T3000 DEH系統(tǒng)電超速保護裝置旁路改造與分析

陳輝，曾憲平，王勝虎

（1.神華國華九江發(fā)電有限責任公司，江西湖口332504；2.神華江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司，江蘇響水224631）

SPPA-T3000 DEH系統(tǒng)電超速保護裝置旁路改造與分析

陳輝1，曾憲平1，王勝虎2

（1.神華國華九江發(fā)電有限責任公司，江西湖口332504；2.神華江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司，江蘇響水224631）

介紹了某發(fā)電廠660 MW汽輪機組SPPA-T3000 DEH系統(tǒng)由于測速卡故障引發(fā)的超速保護動作，以及對電超速保護系統(tǒng)BRAUN卡自檢故障的處理。針對故障處理過程中電超速保護無法退出的情況，提出電超速保護系統(tǒng)旁路改造方案，確保機組運行中，當轉(zhuǎn)速探頭或BRAUN卡件故障時，能退出1套超速保護，進行故障處理。

汽輪機；SPPA-T3000系統(tǒng)；電超速保護裝置；旁路改造

0 引言

某發(fā)電廠660 MW超超臨界機組汽輪機采用上海汽輪機廠引進西門子技術(shù)，控制系統(tǒng)采用SPPA-T3000控制系統(tǒng)，為DEH（數(shù)字電液控制系統(tǒng)）與ETS（汽輪機危急遮斷系統(tǒng)）一體化設計，汽輪機調(diào)節(jié)與保護系統(tǒng)都在系統(tǒng)核心柜1號柜內(nèi)。該系統(tǒng)保護控制DI，DO卡件采用故障安全性卡件，邏輯不能進行強制，機組運行過程中，如有故障，超速保護無法退出[1-3]。

以下主要分析了機組運行中出現(xiàn)的電超速保護裝置誤動作，針對機組運行過程中轉(zhuǎn)速探頭、BRAUN卡件等發(fā)生故障時，因超速保護無法退出而使故障無法及時處理的情況，提出此超速保護旁路改造方案。

1 電超速保護系統(tǒng)

該類型汽輪機超速保護系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的機械危機遮斷器，由2套電子式的超速保護裝置構(gòu)成，采用德國BRAUN公司的E16三通道轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)，每套超速保護裝置包括3個轉(zhuǎn)速模塊和1個測試模塊，當其中任何一套裝置動作后使汽輪機跳閘，所有高、中壓主汽門和調(diào)門油動機的跳閘電磁閥將失電，閥門在關(guān)閉彈簧的作用下快速關(guān)閉，使汽輪機組停機。電超速設計為失電跳機，超速保護裝置的動作信號通過繼電器硬回路，進行三取二判斷后直接切斷電磁閥控制回路的電源，快速停機，超速保護裝置的動作信號還同時送到ETS保護系統(tǒng)的處理器，在軟件邏輯里再進行三取二的邏輯處理實現(xiàn)跳機。超速保護回路原理如圖1。

圖1 超速保護回路原理

E16型電子超速保護系統(tǒng)由3塊相互冗余而獨立的E1655測速模塊（負責監(jiān)測汽輪機轉(zhuǎn)速）、1塊E1696管理卡（負責監(jiān)控所有測速模塊E1655和本身工作狀態(tài)）以及3只非接觸式的A5S霍爾效應轉(zhuǎn)速傳感器（安裝在汽輪機大軸測速齒輪盤支架上）組成。

2套保護的電超速動作信號的硬回路繼電器三取二判斷的實現(xiàn)方法如圖2所示。2套電超速保護硬回路信號處理系統(tǒng)串聯(lián)進入跳閘電磁閥的F_DO卡（故障安全型卡件）的電源供給回路，跳閘電磁閥的電源直接由F_DO卡通道供給。當電超速保護動作后，硬回路繼電器觸點（第1套K07A，K08A，K09A；第2套K07B，K08B，K09B）三取二直接切斷跳閘電磁閥的F_DO卡電源（由X03∶13，X03∶14，X03∶15端子輸出），快速停機。

圖2 超速保護硬回路接線

2 電超速保護系統(tǒng)1誤動及原因

2.1 誤動過程

2015年1月某日1號機組汽輪機跳閘、鍋爐MFT（主燃料跳閘）、發(fā)電機解列、廠用電切換正常，鍋爐通風吹掃后停運送、引風機。DCS（分散控制系統(tǒng)）中FSSS（鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)）畫面MFT首出：汽輪機跳閘。DEH中報警：“O/S PROT CH2 SYS1”（電超速系統(tǒng)1通道2）故障報警，“O/S PROT SYS1（電超速保護系統(tǒng)1軟回路）動作；DEH發(fā)“HP/IP VLV PASSOUT TRIP”跳閘信號（電超速保護硬回路動作會觸發(fā)此信號）。發(fā)變組保護發(fā)：1號發(fā)電機程序跳閘逆功率保護動作。

2.2 事故原因

檢查電超速保護系統(tǒng)1發(fā)現(xiàn)，管理卡發(fā)“C1-E1”故障報警，“C1-E1”代碼意思是通道1在模擬測試轉(zhuǎn)速1反饋錯誤；測速卡1發(fā)“CE-1”故障報警，“CE-1”代碼意思是測速卡1被管理卡切換為強制跳閘；測速卡2、測速卡3無故障報警。電超速保護系統(tǒng)1發(fā)故障報警原因可能有以下3方面。

（1）電超速保護系統(tǒng)1自檢過程中因測速卡1故障造成繼電器動作之后未吸合。

（2）電超速保護系統(tǒng)1自檢過程中因超速保護硬接線回路繼電器故障造成繼電器動作之后未吸合。

（3）電超速保護系統(tǒng)1自檢過程中超速保護硬接線回路繼電器動作，恰好此時“O/S PROT CH2 SYS1”信號觸發(fā)導致機組跳閘，超速保護硬接線回路失電造成繼電器不能吸合。

上述3條原因均能造成電超速保護系統(tǒng)1自檢失敗，發(fā)“C1-E1”故障報警，但由于硬接線回路繼電器狀態(tài)未引至DEH/DCS，不能追憶繼電器動作發(fā)生時間，無法確定實際觸發(fā)自檢失敗的原因。

據(jù)上述分析，可判斷引起機組跳閘的主要原因是：電超速保護系統(tǒng)1在自檢過程中，因測速卡1導致自檢失敗（繼電器失電一直保持斷開），此時測速卡2發(fā)“O/S PROT CH2 SYS1（超速系統(tǒng)1通道2）”故障報警，電超速保護系統(tǒng)1動作（三取二條件成立），機組跳閘。

3 電超速保護系統(tǒng)2自檢故障及處理

3.1 事件經(jīng)過

2015年2月某日，熱控人員在工程師站巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)1號機組DEH系統(tǒng)ASD報警畫面發(fā)“O/S SYS2 WATCHDOG（10MYA01EZ021/XT22）”報警。在電子間檢查DEH系統(tǒng)控制柜超速保護裝置電超速保護系統(tǒng)2，發(fā)現(xiàn)管理卡顯示“C1-E1”報警，測速卡1顯示“CE-1”報警，電超速保護系統(tǒng)2測速卡1輸出超速信號所對應的硬回路繼電器處于斷開狀態(tài)，其接點電壓為23.5VDC（正常運行時接點閉合，超速動作時斷開），硬回路其它5個繼電器均處于閉合狀態(tài)。工程師站檢查保護系統(tǒng)邏輯，發(fā)現(xiàn)電超速保護系統(tǒng)1中3個超速保護輸入DI信號都為1（正常運行時信號為1），電超速保護系統(tǒng)2中3個超速保護輸入DI信號XK61為0，XK62為1，XK63為1，說明電超速保護系統(tǒng)2測速卡1（A通道）保護動作信號已輸出。

3.2 處理情況

對電超速保護系統(tǒng)2 BRAUN卡復位后，管理卡、測速卡1和1號機組DEH系統(tǒng)ASD報警畫面“O/S SYS2 WATCHDOG（10MYA01EZ021/XT22）”報警消失，電超速保護系統(tǒng)2測速卡1輸出超速信號所對應的硬回路繼電器恢復至閉合狀態(tài)，保護系統(tǒng)邏輯中電超速保護系統(tǒng)2中超速保護輸入信號XK61變?yōu)?。

同時，取消電超速保護系統(tǒng)BRAUN卡自檢功能，改為手動自檢，在機組每次啟、停機前手動進行BRAUN卡自檢功能測試，保證電超速保護系統(tǒng)動作正常。BRAUN卡自檢功能是轉(zhuǎn)速測量BRAUN卡每間隔一段時間（最大可設為9 999 min）對每套電超速保護系統(tǒng)3個轉(zhuǎn)速測速卡依次進行自動跳閘測試。如果某套電超速保護系統(tǒng)BRAUN卡正好在進行自檢時，此時該套電超速保護系統(tǒng)其它未進行自檢的2個轉(zhuǎn)速通道中任意一個轉(zhuǎn)速故障導致發(fā)出超速保護動作信號，將會使該套電超速保護系統(tǒng)三取二保護動作，汽輪機跳閘，因此取消BRAUN卡自檢功能改為手動自檢。

4 電超速保護旁路改造

通過對本次電超速保護系統(tǒng)1超速保護動作事故原因分析，為防止機組在運行過程中轉(zhuǎn)速探頭、BRAUN卡件等發(fā)生故障時由于超速保護無法退出，而導致故障無法及時處理，影響機組的安全穩(wěn)定運行，特提出此超速保護旁路改造措施。

4.1 電超速軟回路保護旁路改造

至軟回路電超速保護信號改造后如圖3所示。其中為了防止短接松動、接觸不良引起的異常，將S11，S12上短接和S11，S12下短接，其余2路S21，S22，S23（中間）和S31，S32，S33（右側(cè)）短接情況同S11，S12，S13（左側(cè)）。

正常運行時通過短接片將S11，S12接通，S13不接通，另外2組端子也按上述方式連接。

當機組在運行過程中轉(zhuǎn)速探頭、BRAUN卡件等發(fā)生故障需將超速保護退出時，先將S13接通，然后將S11，S12解除不通。投保護時，通過短接片將S11，S12接通，S13解除不通。S21，S22，S23和S31，S32，S33投退方式同S11，S12，S13。

4.2 電超速硬回路保護旁路改造

電超速保護硬回路旁路改造如圖4。正常運行時，所有接線端子排處于斷開狀態(tài)；第1套保護退出時，S11—S14，S21—S24，S31—S34端子接通，其他端子斷開；第2套保護退出時，除S14，S24，S34端子處于斷開狀態(tài)，其它端子處于接通狀態(tài)。

圖4中，F(xiàn)51，F(xiàn)54，F(xiàn)57電源分別取自24V DC電源，與電超速保護硬回路動作繼電器觸點串接，3路電源并聯(lián)，給超速硬回路供電和F_DO卡件供電（L+A∶CA009，DA009故障安全型F_DO卡及停機按鈕回路）。F52，F(xiàn)55，F(xiàn)58和F53，F(xiàn)56，F(xiàn)59以同樣的方式連接后給系統(tǒng)供電。

4.3 電超速保護旁路改造后試驗

改造完成后對電超速保護系統(tǒng)分別進行旁路投、切功能下2套電超速保護傳動試驗、BRAUN卡系統(tǒng)自檢功能試驗，記錄試驗動作情況。

保護投入狀態(tài)下保護傳動試驗。通過用信號發(fā)生器加轉(zhuǎn)速信號的方式對電超速保護系統(tǒng)進行保護傳動試驗，2套電超速保護繼電器動作正常，電超速保護F_DI邏輯動作正常，DEH畫面發(fā)“O/ S PROT SYS1電超速保護系統(tǒng)1”和“O/S PROT SYS2電超速保護系統(tǒng)2”（電超速保護軟回路）動作報警。

保護投入狀態(tài)下自檢功能試驗，經(jīng)試驗自檢功能正常。

1套保護退出時保護傳動試驗（以第1套保護退出為例）。通過用信號發(fā)生器加轉(zhuǎn)速信號的方式對電超速保護系統(tǒng)進行保護傳動試驗，第1套電超速保護硬回路繼電器不動作，第1套電超速保護F_DI邏輯3個超速保護輸入DI信號都為1未動作；第2套電超速保護硬回路繼電器以及F_DI邏輯動作正常，DEH畫面發(fā)“O/S PROT SYS2電超速保護系統(tǒng)2”（電超速保護軟回路）動作報警。

1套保護退出時自檢功能試驗（以第1套保護退出為例）。第1套電超速保護硬回路繼電器動作正常，第1套電超速保護F_DI邏輯3個超速保護輸入DI信號都為1未動作，第1套電超速保護系統(tǒng)BRAUN卡自檢正常；第2套電超速保護硬回路繼電器以及F_DI邏輯動作正常，BRAUN卡自檢正常。

2套保護全部退出時保護傳動試驗。通過用信號發(fā)生器加轉(zhuǎn)速信號的方式對電超速保護系統(tǒng)進行保護傳動試驗，2套電超速保護硬回路繼電器不動作，電超速保護F_DI邏輯3個超速保護輸入DI信號都為1，未動作。

試驗結(jié)果表明機組運行中如發(fā)生轉(zhuǎn)速信號故障、BRAUN卡件故障時，能夠?qū)碾姵俦Ｗo退出進行故障處理。

4.4 注意事項

電超速保護旁路改造完成后，DEH電超速保護如需退出時，嚴禁2套超速保護同時退出；定期對電超速保護系統(tǒng)進行巡檢，檢查BRAUN卡有無異常報警，新增接線端子排狀態(tài)是否符合正常運行狀態(tài)；機組檢修時應對電超速保護系統(tǒng)接線進行檢查、緊線，確保改造后新增接線端子排狀態(tài)正確、接線緊固；機組檢修結(jié)束啟機前，應采用信號發(fā)生器加轉(zhuǎn)速信號的方式對電超速保護系統(tǒng)進行保護傳動試驗，確保電超速保護系統(tǒng)動作正常；在機組每次啟、停機前進行BRAUN卡自檢功能測試，保證電超速保護系統(tǒng)動作正常。

5 結(jié)語

SPPA-T3000控制系統(tǒng)保護卡件采用故障安全性卡件，保護系統(tǒng)邏輯不能進行強制，機組運行過程中，電超速保護無法退出，針對這種情況進行了超速保護旁路改造，改造后系統(tǒng)的2套電超速保護可以分別單獨退出，確保機組運行中轉(zhuǎn)速探頭、BRAUN卡件故障時，能在單套保護退出的情況下，及時進行故障處理，防止電超速保護誤動，可供使用同類型機組系統(tǒng)的同行參考。

圖3 電超速軟回路信號保護旁路改造示意

圖4 電超速硬回路保護旁路改造接線示意

[1]包錦華，李剛.1 000 MW超超臨界機組保護系統(tǒng)簡介[J].熱力透平，2009，38（4）∶277-279．

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（本文編輯：張彩）

Bypass Reconstruction and Analysis on Electric Overspeed Tripping Device of SPPA-T3000 DEH System

CHEN Hui1，ZENG Xianping1，WANG Shenghu2
（1.Shenhua Guohua Jiujiang Power Generation Co.，Ltd.，Hukou Jiangxi 332504，China；2.Guohua Chenjiagang Power Generation Co.，Ltd.，Xiangshui Jiangsu 224631，China）

This paper introduces the overspeed protection action of SPPA-T3000 DEH system of 660 MW steam turbine units in a power plant due to speed measurement card and the self-test fault handling of BRAUN card of electric overspeed protection system.In order to solve the problem that the electric overspeed protection can not be withdrawn during the fault handling process，the paper proposes a bypass reconstruction scheme for electric overspeed tripping device to ensure that a set of overspeed protection can be withdrawn for fault handling when the speed probe or BRAUN card is faulty during unit operation.

steam turbine；SPPA-T3000 system；electric overspeed tripping device；bypass reconstruction

10.19585/j.zjdl.201705013

1007-1881（2017）05-0048-05

TK264.2+1

B

2016-11-19

陳輝（1982），男，工程師，從事火電廠熱控相關(guān)技術(shù)及管理工作。