330MW汽輪機組ETS可靠性改造研究

孫亞偉 徐士喜

摘 要：汽輪機危急跳閘系統(tǒng)（ETS）是火力發(fā)電機組非常重要主機保護系統(tǒng)，其運行的可靠性直接影響到機組的安全穩(wěn)定運行。本文以國電蓬萊發(fā)電有限公司#2機組ETS系統(tǒng)技術(shù)改造為例，介紹以國電智深DCS控制系統(tǒng)為核心的汽輪機ETS系統(tǒng)的構(gòu)成和功能，研究了ETS系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：ETS DCS 保護投切

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0026-02

1 原ETS控制系統(tǒng)的概況

國電蓬萊發(fā)電有限公司#2機組是2006年投產(chǎn)的330MW的供熱機組，汽輪機型號為N330-16.7/538/538，其特點是亞臨界中間一次再熱凝汽式汽輪機、反動式、單軸、雙缸雙排汽，高中壓合缸、低壓缸分流。汽輪機原有的危急跳閘系統(tǒng)ETS采用的是莫迪康PLC控制系統(tǒng)。但該系統(tǒng)不具有“汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)跳機繼電器應(yīng)設(shè)計為失電動作，硬手操設(shè)備本身要有防止誤操作、動作不可靠的措施。手動停機保護應(yīng)具有獨立于分散控制系統(tǒng)（或可編程邏輯控制器PLC）裝置的硬跳閘控制回路”。原設(shè)計中也不帶投退保護功能，在投保護時，不能實際觀察實際信號的存在情況，容易造成誤操作，導(dǎo)致ETS動作發(fā)生汽輪機跳閘事故。而且在DCS上無法監(jiān)視ETS所有狀態(tài)，不利于汽輪機的參數(shù)監(jiān)視，影響汽輪機安全穩(wěn)定運行。因此，在2016年#2機組DCS系統(tǒng)改造的過程，該公司對汽輪機危急跳閘系統(tǒng)ETS也進行了改造，采用了國電智深以DCS為核心的ETS系統(tǒng)。

2 ETS系統(tǒng)的構(gòu)成

國電蓬萊發(fā)電有限公司#2機組ETS系統(tǒng)改造方案是將原有用PLC搭建的ETS系統(tǒng)改造為由國電智深提供的DCS系統(tǒng)搭建，采用最新研究的控制和邏輯算法，更為便捷、友好的組態(tài)方式，更易于熱控檢修人員的維護和操作，并能保證整個ETS控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。新ETS控制柜實時接受檢測元件、遙停信號、TSI系統(tǒng)信號和DEH系統(tǒng)信號，經(jīng)邏輯處理后驅(qū)動相對應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)、集控室光字牌系統(tǒng)，同時，部分輸出信號送到DEH系統(tǒng)，實現(xiàn)汽輪機組的危急跳閘、在線試驗、集中監(jiān)控以及工程師站與上位機進行保護投入/退出操作等功能。

3 ETS系統(tǒng)的功能設(shè)計

汽輪機危急跳閘系統(tǒng)ETS的主要任務(wù)如下：監(jiān)視對機組安全有重大影響的參數(shù)和狀態(tài)，當(dāng)參數(shù)超過安全限定值或狀態(tài)異常威脅機組安全時，通過讓AST電磁閥失電從而泄去汽輪機危急遮斷油，使汽輪機高壓主汽門、高壓調(diào)門、中壓主汽門、中壓調(diào)門和抽氣逆止門失壓關(guān)閉，實現(xiàn)緊急停機；同時，還具備在線試驗和集中監(jiān)控功能，增加ETS保護投退按鈕，以便在線監(jiān)視ETS保護投入/切除情況。

3.1 ETS基本功能

ETS的基本功能有軸向位移大、振動大、脹差大、發(fā)電機主保護連鎖、軸承溫度高跳閘，手動MFT，DEH失電，DEH跳機，手動停機，電氣油開關(guān)動作；實現(xiàn)下述邏輯停機：低EH油壓跳閘（四取二的并串聯(lián)）、低真空跳閘（四取二的并串聯(lián)）、低潤滑油壓跳閘（四取二的并串聯(lián)）、DEH超速（三取二）、TSI超速跳閘（三取二）、中壓缸排氣壓力大（三取中）。在保護正常投運的前提下，當(dāng)上述的任一條件滿足，ETS輸出通過跳閘回路使得AST電磁閥失電實現(xiàn)緊急停機，保護汽輪機的安全。保護投入/切除運行及操作界面可以對每一個停機條件進行在線監(jiān)視，投入/退出保護的選擇也可在圖上進行，停機跳閘的首出原因也會在圖上顯示。

3.2 監(jiān)控功能

為了體現(xiàn)集散控制理念，全新的ETS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)完全兼容。集控運行人員可以通過DCS系統(tǒng)的操作員站監(jiān)視ETS保護在線投入情況，對ETS進行復(fù)位，實現(xiàn)AST電磁閥跳機試驗塊、潤滑油和EH油以及凝汽器真空試驗塊的在線試驗，熱控人員可以通過工程師站和上位機進行ETS組態(tài)和保護的投入、退出操作。

4 ETS系統(tǒng)可靠性

因為ETS系統(tǒng)在汽輪機保護中處于至關(guān)重要的地位，所以必須充分保證ETS系統(tǒng)的可靠性，可有效地防止“拒動”和“誤動”現(xiàn)象出現(xiàn)。本次改造就是對提高可靠性而進行的改造。

4.1 ETS系統(tǒng)采用雙路直流電源

為ETS系統(tǒng)設(shè)置兩路獨立的互為備用的直流電源，分別在直流IA段和直流IB段一路。當(dāng)任意一路電源喪失，ETS均可繼續(xù)正常工作。此外，還設(shè)置有兩路交流220V電源監(jiān)視，當(dāng)任意一路直流電源故障或喪失，監(jiān)控系統(tǒng)將在集控室報警，提醒運行和熱控人員進行檢查和處理。

4.2 ETS控制柜采用雙DPU控制

采用雙DPU一主一備，當(dāng)主DPU故障時自動切至副DPU工作，所有DPU、輸出模件DO、輸如模件DI由兩塊電源模塊供電，其中一塊電源模塊由保安段供電，另一塊由UPS供電，保證了有備無患。

4.3 保護輸入信號采用多重配置

ETS系統(tǒng)對保護輸入信號采用了多重安全配置，主要是對超速和潤滑的邏輯判斷。對汽輪機TSI超速停機等信號采用三取二邏輯處理。也就是說，汽輪機運行時，由于信號檢測原因，導(dǎo)致一個信號動作時不會造成保護“誤動”；導(dǎo)致一個信號未動，也不會造成保護“拒動”。只有在3個停機信號當(dāng)中，且僅當(dāng)兩個停機信號動作時，停機條件成立，則保護動作，提高了可靠性。為了避免卡件故障造成輸入信號失效，將汽輪機TSI超速停機3個信號分散布置在不同的三塊輸入卡件中。對潤滑油壓力低停機等信號采用雙通道四取二的并串聯(lián)邏輯處理。當(dāng)汽輪機運行時，若由于信號檢測原因，導(dǎo)致只有一個通道動作時不會造成保護“誤動”；或者導(dǎo)致一個通道中有一個信號未動，則不會造成保護“拒動”。當(dāng)條件通道1（信號1或信號3）與通道2（信號2或信號4）動作時，停機條件成立保護才動作。同樣，為了避免卡件故障，也將汽輪機4個潤滑油壓力低信號分散布置在不同的四塊輸入卡件中。

4.4 跳閘AST電磁閥采用并串聯(lián)設(shè)置

AST跳閘回路采用兩路獨立的直流220V電源供電，一路分配給AST1、AST3，另一路分配給AST2、AST4，當(dāng)前的AST跳閘電磁閥采用并串聯(lián)設(shè)置。當(dāng)運行中由于某種原因?qū)е率ヒ宦冯娫磿r不會造成保護“誤動”，并且兩個回路都有各自的電源監(jiān)視繼電器響應(yīng)各自的動作。所有AST跳閘電磁閥均采用失電跳閘失壓的保護方式，可以保證在兩路直流220V電源喪失時，汽輪機立即跳閘。四組跳閘指令E01、E02、E03、E04繼電器常開點分別串入AST1、AST2、AST3、AST4跳閘閥線圈，機組正常運行時E01、E02、E03、E04繼電器線圈帶電，使4個跳閘閥線圈帶電。當(dāng)汽輪機ETS保護信號觸發(fā)時E01、E02、E03、E04繼電器同時動作，使AST1、AST2、AST3、AST4跳閘電磁閥失電，使汽輪機跳閘動作。通過命令E01、E02、E03、E04繼電器可以在線進行AST電磁閥跳機試驗塊和潤滑油、EH油和凝汽器真空試驗塊的在線試驗。

4.5 操作臺設(shè)置手動跳閘按鈕

為了避免“誤動”，在操作臺上設(shè)置兩個（SB1和SB2）汽輪機手動跳閘按鈕，只有兩個按鈕同時按下才會觸發(fā)手動跳閘動作使汽輪機跳閘。每一個按鈕有4組常開節(jié)點和兩組常閉節(jié)點，具有如下功能：第一路：兩個跳閘按鈕的兩組常開節(jié)點并串聯(lián)后進入DI卡件后，通過邏輯判斷為驅(qū)動4個指令繼電器E11、E13、E12、E14同時動作。第二路：兩個跳閘按鈕的一組常開接點串聯(lián)后接入跳閘繼電器回路，以保證在ETS控制柜DO、DI卡件故障時AST跳閘電磁閥失電使汽輪機跳閘。第三路：兩個跳閘按鈕兩組常閉節(jié)點并聯(lián)后分別串進AST1、AST3跳閘電磁閥和AST2、AST4跳閘電磁閥帶電回路中，以保證在跳閘繼電器全部故障時也可以使AST跳閘電磁閥失電使汽輪機跳閘。第四路：兩個跳閘按鈕一組常開節(jié)點串聯(lián)后接入事件記錄儀SOE，用作事故追憶。

5 結(jié)語

經(jīng)過成功改造的ETS系統(tǒng)，保護功能設(shè)計更加完善，可以通過多種方法在線試驗現(xiàn)場壓力開關(guān)和跳閘電磁閥，通過半年多的運行實踐，未出現(xiàn)過“拒動”和“誤動”等不安全的情況，汽輪機保護功能的可靠性大大提高。

參考文獻(xiàn)

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