汽輪機ETS裝置誤動原因分析及防范措施

饒文勇

(廣東省粵瀧發電有限責任公司，廣東 羅定 527200)

汽輪機ETS裝置誤動原因分析及防范措施

饒文勇

(廣東省粵瀧發電有限責任公司，廣東 羅定 527200)

針對一起由于雷擊導致汽輪機ETS電跳機信號回路受干擾，使機組誤跳閘的事故案例，從ETS跳閘原理、跳閘時的數據及事后的試驗數據等方面，分析汽輪機ETS電跳機回路設計存在的不足，并提出防范措施，以降低雷擊對ETS電跳機信號的干擾。

汽輪機；ETS裝置；雷擊；誤動

0 引言

某機組選用N125-135-535/535型超高壓、中間再熱、冷凝式汽輪機和QFS-125-2型雙水冷汽輪發電機。ETS(emergency?trip?system，汽輪機危急遮斷保護系統)采用由上海汽輪機廠配套的控制系統，該系統使用的是施耐德莫迪康可編程控制器PLC。

1 事件經過

2016年9月，機組正常運行，負荷120?MW。當時暴雨，并伴有雷電，因廠區附近遭受雷擊，導致機組跳閘，負荷降到0，汽機主汽門關閉，發變組開關分閘，鍋爐MFT(main?fuel?trip，主燃燒跳閘)滅火停爐，汽輪機未出現轉速飛升。檢查機組SOE(sequence?of?event，事件順序記錄系統)記錄，顯示汽機主汽門關閉，ETS跳閘首出邏輯顯示為發變組開關跳閘。

按照事件的推理，SOE記錄順序應該是：發變組開關跳閘；然后200?ms后，記錄汽輪機主汽門關閉。但根據當時的SOE記錄，無法判斷機組跳閘的真正原因。

2 ETS電跳機保護回路接線

ETS電跳機保護回路接線如圖1所示。ETS電跳機保護信號直接取自升壓站發變組開關輔助接點，通過控制信號電纜將開關接點信號接入ETS裝置;經過汽輪機ETS邏輯判斷后，觸發汽輪機跳閘，發出發變組開關跳閘至SOE記錄，同時ETS首出邏輯記錄：發變組開關跳閘。其中，控制信號電纜長度為260?m，ETS裝置DI通道的掃描電壓為24?V。

圖1 電跳機保護回路接線

3 ETS電跳機保護邏輯原理

ETS電跳機保護邏輯原理如圖2所示。根據圖2中邏輯分析可知，發變組開關接點信號進入ETS裝置后，不通過任何邏輯運算即直接輸入SOE進行記錄;ETS首出邏輯及AST跳閘邏輯均設計有自保持回路，邏輯一旦檢測到發變組開關分閘信號后，即進行信號自保持。

4 試驗分析

4.1 發變組開關分閘信號經ETS裝置執行時間測試

對發變組開關跳閘信號經ETS裝置至SOE記錄的時間進行試驗，試驗接線如圖3所示。

試驗情況：從ETS接收發變組開關跳閘信號到SOE記錄至少耗時9?ms。

圖2 ETS電跳機保護邏輯原理

圖3 執行時間測試接線

根據試驗可知，當干擾信號持續時間小于9?ms時，SOE不會記錄發變組開關跳閘；但持續時間小于9?ms的干擾信號，會因ETS邏輯設置了自保持回路而觸發汽輪機跳閘。所以，SOE應該先記錄汽輪機主汽門關閉，間隔30?ms后再記錄發變組開關跳閘(來至ETS)。

4.2 ETS電跳機保護信號電纜測試

發變組開關輔助接點至汽輪機ETS電跳機保護信號電纜使用的是ZR-KVV22P2鎧裝屏蔽控制電纜。測試屏蔽接地電阻為5?Ω，單端接地，其中一端在ETS裝置接地，一端在發變組開關端子箱懸空。但電纜單端接地只能防靜電感應，不能防磁場強度變化所感應的電壓，無法阻礙雷電波的侵入。

4.3 錄波分析

電氣錄波如圖4所示。可以看出，在機組跳閘前主變高壓側3U0電壓出現劇烈波動，但發電機機端電流Ia，Ib，Ic未出現異常。出現這種現象的原因可能有以下幾個：

(1)?電網系統故障；

(2)?開關分合閘操作導致過電壓；

(3)?天氣異常，受雷擊干擾。

由于當時電網未出現故障，運行人員也未進行發變組開關的操作；再根據當時的天氣情況，故分析認為是發變組開關受到雷擊的強烈干擾。

汽輪機轉速變化如圖5所示。由圖5可知，在機組跳閘后，汽輪機轉速逐漸下降，沒有上升。從圖4，5綜合分析可知，發變組開關受到雷擊的強烈干擾，干擾信號通過發變組開關傳至汽輪機ETS的信號電纜，再輸入到汽輪機ETS裝置；ETS裝置接受到干擾信號后，發出汽輪機跳閘指令，使汽輪機首先跳閘，主汽門關閉，再聯跳發變組開關。

圖4 電氣錄波

圖5 汽輪機轉速變化

5 跳閘原因分析

雷擊導致發變組開關輔助接點至ETS的信號電纜受到干擾，信號電纜提供了干擾信號的途徑并將此信號傳入ETS裝置。由于PLC的DI輸入通道采用光耦器件，在雷電流感應的作用下，產生感應電壓，此電壓與PLC的DI輸入通道的直流掃描電源電壓合成高于光耦觸發電壓，使光耦導通，從而導致ETS裝置誤發汽機跳閘信號。

ETS首出邏輯記錄的發變組開關跳閘信號導致汽輪機跳閘是正確、可靠的。而SOE記錄汽輪機主汽門先關閉、發變組開關后跳閘，原因是由于雷擊干擾信號持續時間很短(小于9?ms)，ETS尚未發出發變組開關跳閘至SOE記錄時，干擾信號已消失。

6 防范措施

(1)?更換信號電纜。將目前的單屏蔽電纜改為雙屏蔽電纜，并將外屏蔽進行兩端接地，做等電位聯接，內屏蔽進行一點接地。這樣外屏蔽層與其他同樣做了等電位聯接的導體構成了環路，產生了減低原磁場強度的磁通，從而基本上可抵消無外屏蔽層時所感應的電壓。

(2)?更換DI卡件及電源。ETS電跳機原使用的是140DDI35300型號的DI卡件，掃描電壓為直流24?V，接點通斷時間為1?ms。

由于直流24?V電壓易受干擾，信噪比低，根據現場情況更換為掃描電壓為直流125?V、型號為140DDI67300的卡件，以增大信噪比，提高ETS抗干擾能力。

(3)?優化ETS電跳機PLC邏輯。增加SOE自保持回路，以準確記錄小于9?ms的干擾信號，為日后的事故分析提供參考信息。

2017-03-18。

饒文勇(1978—)，男，工程師，主要從事熱控技術監督、重大事故或異常情況分析等工作，email：176803854@qq.com。