燃煤發電機組“機爐電大聯鎖保護”的分析與改進

劉國華，揭其良，王 禮

(華電電力科學研究院有限公司東北分公司，遼寧 沈陽 110180)

機爐電大聯鎖保護是汽輪機、鍋爐或發電機主設備跳閘后互相聯鎖跳閘的機組級的保護動作，是發電機組最重要的保護功能，對發電機組的安全穩定運行至關重要。隨著DCS系統可靠性和運算速度的提高，大聯鎖保護由過去的硬接線繼電器實現，也已改為通過DCS系統來實現，機、爐、電之間的跳閘聯鎖關系見圖1。

圖1 機爐電大聯鎖跳閘示意圖

2017年某公司對其所屬6家電廠20余臺大型火電機組開展熱工可靠性檢查，重點對熱工保護的邏輯、硬件配置、就地保護設備等開展普查，在檢查中發現,各家電廠的機爐電大聯鎖的邏輯設計、信號選擇都不盡相同，與目前相關設計規程的具體規定存在很多差異，本文基于本次檢查情況，分析了各廠“大聯鎖”保護的現狀，提出改進措施。

1 汽輪機跳閘信號的分析與改進

汽輪機作為火力發電機組的樞紐，汽輪機、鍋爐和發電機的跳閘互聯都是通過汽輪機跳閘來實現的。在表征汽輪機已跳閘的信號選擇上，各廠的選擇大相徑庭。有的電廠選擇汽輪機緊急跳閘系統(ETS)發出的“汽輪機跳閘指令”代表汽輪機已跳閘，有的電廠選擇就地設備發出的“主汽門關閉”信號，而“主汽門關閉”信號的判據為“2個高壓主汽門均關閉”，或“1個高壓1個中壓主汽門均關閉”等。

在絕大多數工況下， ETS發出的“汽輪機跳閘指令”和就地行程開關發出“主汽門關閉”都能準確地代表汽輪機已跳閘的狀態，具有不同的優點，但也都存在一定的局限性。

用ETS發出的“汽輪機跳閘指令”代表汽輪機已跳閘，最大的優點就是ETS保護系統輸出的接點數量不受限制，可以在FSSS或其他保護系統中很方便地實現三取二冗余判斷，滿足相關規程的要求[1]，提高保護的可靠性。但如果在ETS中沒有“掛閘油壓低，汽輪機跳閘”的保護控制功能時，汽輪機的主汽門如果由于掛閘油壓喪失而自行關閉時，此時盡管汽輪機已經跳閘， ETS也無法發出“汽輪機跳閘”信號，將導致大聯鎖保護拒動。對于ETS系統中無“掛閘油壓低”低保護條件的，建議增加“掛閘油壓低，汽輪機跳閘”的保護跳閘條件。如果掛閘油壓測量困難，可在FSSS或發電機保護系統采用“主汽門關閉”信號作為“汽輪機跳閘”的補充，在FSSS系統和發電機保護系統中2個條件“或”在一起，聯鎖鍋爐和發電機跳閘。

采用就地行程開關 “主汽門關閉”代表汽輪機已跳閘，最大的優點就是可以真實反映汽輪機的狀態。但就地行程開關通常可靠性不佳，且受制于行程開關數量的限制在其他保護系統中很難實現三取二的邏輯判斷。為解決這個問題，建議“汽輪機主汽門已關閉”綜合判據的狀態信號取自DEH或DCS，在DEH或DCS中，對于不允許單側進汽的機組，可采用“2個高壓主汽門任1個關閉或者2個中壓主汽門任1個關閉”作為“主汽門已關閉”的綜合判據；對于允許單側進汽的機組，可采用“2個高壓主汽門全部關閉”作為“主汽門已關閉”的綜合判據。

2 鍋爐跳閘信號的研究與改進

對于單元機組鍋爐跳閘后需要聯跳汽輪機，作為汽輪機主保護的條件之一[2]。ETS系統中主保護跳閘信號應該采用三取二的邏輯判斷，該公司所屬各家電廠在MFT跳閘信號的選擇也都不盡相同，且存在很多不合理之處。多數電廠ETS中的鍋爐跳閘信號取自爐膛安全監控系統中“MFT跳閘繼電器柜”的跳閘繼電器輸出接點，個別電廠聯鎖跳閘信號取自爐膛安全監控系統中的FSSS動作命令。所有電廠ETS系統中鍋爐聯鎖跳閘信號均為“2個信號或運算”方式，即在MFT跳閘繼電器柜中輸出2個開關量信號(或FSSS中輸出2個DO點)，在ETS中通過2個DI模件接入，在ETS保護控制邏輯中采用“或”運算方式，形成ETS中“MFT已動作”信號，驅動汽輪機跳閘。

在爐膛安全監控系統中，MFT跳閘繼電器柜硬跳閘控制裝置的主要作用是防止DCS軟邏輯系統故障時，仍可保證可靠的緊急停爐，而在正常工況下，即使MFT跳閘繼電器柜不動作，通過FSSS動作命令及磨煤機給煤機控制邏輯仍可實現MFT保護跳閘控制功能，因此，用于爐跳機的聯鎖信號，不應只取自MFT跳閘繼電器接點或只取自FSSS跳閘動作命令，而應將二者均取。根據以上分析，建議按照圖2的方法修改ETS中的鍋爐跳閘信號。即在MFT跳閘繼電器柜中，應取3個“MFT動作”的開關量信號，送至ETS中3個DI模件，在ETS邏輯中通過三取二冗余方式，形成“MFT動作”的狀態信號；在FSSS控制邏輯中，將FSSS動作命令(正邏輯輸出)通過3個DO模件輸出，送至ETS中3個DI模件，在ETS邏輯中通過三取二冗余方式，形成“FSSS動作”的狀態信號；在ETS邏輯中，將“MFT動作”的狀態信號和“FSSS動作”的狀態信號進行“或”運算，形成最終的爐跳機控制命令，驅動汽輪機跳閘見圖2。

圖2 鍋爐跳閘信號示意圖

3 發電機聯跳汽輪機保護信號的研究與改進

發電機聯鎖跳閘汽輪機的保護中，所有電廠聯鎖跳閘用信號均取自“發變組保護動作(有的電廠稱之為發電機故障)”，該信號的形成方式各電廠不一，有的電廠將發變組保護中A、B、C三屏的“關主汽門”信號并接后，送至ETS中，在ETS中僅采用1個DI通道接入，形成ETS中的“發電機故障”跳閘條件；有的電廠將發變組保護中A、B、C三屏的“關主汽門”信號分別送至ETS中，在ETS中采用3個DI模件接入，采用三取一的冗余方式(即或邏輯)，形成ETS中的“發變組保護動作”跳閘條件。無論哪種方式，在汽輪機緊急跳閘系統中，均不能滿足信號傳輸通道的三取二冗余要求。

為實現保護跳閘用信號的傳輸通道三取二冗余要求，在發變組保護屏側，應將來自A、B、C三屏中的“關主汽門”開關量信號采用“環并”的方式連接，并將A、B、C三屏中的“關主汽門”

開關量信號分別送至ETS中，在ETS中通過3個DI模件接入，在ETS邏輯中采用三取二冗余方式，形成ETS中的“發電機主保護動作”狀態信號，驅動汽輪機跳閘。若將來自A、B、C三屏中的“關主汽門”開關量信號在ETS側并接，則不能防止電纜斷線的問題，因此應在發變組保護屏側并接。

4 結束語

目前，各發電集團對發電機機組的“非停”管理愈加嚴格，電網和機組的安全要求各廠必須“降非停”。本文通過對“機爐電”大聯鎖信號現狀的分析，提出改進措施，提高了大聯鎖保護功能的可靠性，滿足《二十五項反措》等規程的要求。本文提出的改進措施已在部分電廠得到應用，對機組安全穩定運行效果改善明顯，具有良好的推廣價值。