1000MW超超臨界機組汽動給水泵單點保護項目分析與優化

方鋒 程濤

摘 要：介紹某電廠2×1000MW 超超臨界機組汽動給水泵的保護系統控制方案及功能，通過對汽動給水泵保護系統的分析，依據國家標準和行業規范提出保護系統單點保護項目的邏輯優化方案，提高了穩態運行中汽動給水泵的安全可靠性。

關鍵詞：汽動給水泵；保護優化

引言

陜西榆能集團橫山煤電有限公司（榆能高興莊電廠）為2×1000MW 超超臨界機組，#2機組于2018年12月13日通過168h試運行進入商業運行，#1機組目前處于基建期，計劃于2019 年6月份投入商業運行。電廠的鍋爐、汽輪機、發電機均采用東方電氣股份有限公司的設備。汽輪機為高效超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、雙背壓、間冷凝汽式N1000-28/600/620（D1000Q）汽輪機。每臺機組配1×100%BMCR容量的汽動給水泵，兩臺機組共用一臺啟動電動給水泵，給水泵汽輪機為東方汽輪機股份有限公司生產的G40-1.0-3型汽輪機。本文主要從汽動給水泵的保護角度出發，介紹控制及保護系統的組成，提出單點保護項目的優化方案，提高運行中給水泵汽輪機的安全可靠性。

1汽動給水泵保護系統的組成

榆能橫山煤電有限公司2×1000MW超超臨界機組控制系統由DCS和DEH組成，分別采用和利時控制有限公司的HOLLiAS-MACS 6.5.3分散控制系統和ABB控制公司的Symphony Plus系統。給水泵電液調節系統（MEH）是 DEH控制系統的一部分，能夠控制機組完成從啟動、升速到并網帶負荷及停機的全過程。

橫山煤電有限公司單元機組設計為一臺100%BMCR容量汽動給水泵，所以汽動給水泵保護動作會導致鍋爐MFT主保護動作，相當于汽動給水泵保護間接的成了機組主保護。表1給出了汽動給水泵單點保護的12個項目，可以看出主要涉及：j推力瓦或軸承金屬溫度，k汽動給水泵前置泵和汽機的軸承振動，所以本文主要討論軸瓦溫度和軸承振動單點保護的優化方案。

表1 汽動給水泵單點保護條件

2推力瓦或軸承金屬溫度保護項目的優化

2.1推力瓦或軸承金屬溫度保護設置的現狀

汽動給水泵所有推力瓦金屬、軸承金屬溫度等單點保護的信號處理方式是，每個AI信號經過和利時的DQ功能塊判斷，每秒鐘升速超過5℃就輸出DQ壞質量信號，同時RLA引腳輸出超速率信號，經過RS觸發器后輸出過速率報警，該報警信號經過人工確認后才能復位，見圖1、見圖2（以部分溫度保護項目為例）。也就是說，保護信號只經過了超速率限制，如果溫度變化超過5℃/s，單點就能立即觸發汽動給水泵跳閘。

2.2標準或規范的要求

2.2.1中國電力企業聯合會主編的《電力熱控系統故障分析與可靠性控制》[1]中要求，為避免單個部件和設備故障造成機組跳閘，在新建機組邏輯設計或運行機組檢修時，應采用容錯邏輯設計方法，對運行中容易出現故障的設備、部件、元件，從控制邏輯上進行優化和完善，通過預先設置的邏輯措施來避免控制邏輯的失效：j通過增加測點的方法，將單點保護的邏輯改為信號三取二選擇邏輯；k無法實現j的，通過對單點信號間的因果關系研究，加入實證信號改為二選二邏輯；l無法實施j和k的但測點信號，通過專題討論，在信號報警后能夠通過運行人員操作、保證設備安全的前提下可改為報警；m實施上述措施的同時，對進入保護聯鎖系統的模擬量信號，合理設置變化速率保護、延時時間和縮小量程（提高壞值信號剔除作用靈敏性）等故障診斷功能，設置保護聯鎖壞值切除和報警邏輯，減少或消除因接線松動、干擾信號或設備故障引起的信號突變而導致控制對象異常動作。

2.2優化方案：熱電阻或熱電偶溫度測量元件易受到安裝環境的影響而發生斷線、短路、接線松動或接觸不良等故障，大多數DCS的測點質量判斷模塊能有效識別溫度快速變化故障，但對于接線松動和接觸不良或信號干擾等表現為溫度大幅變化的故障，不具有質量判斷和切除功能。為了提高壞值信號剔除作用的靈敏性有必要通過縮小量程的方法屏蔽保護信號的輸出。

具體做法是，在圖1的DQ功能塊內，定義限幅報警“OM”功能為：“TRUE”，并在設置量程上限“MU”和下限“MD”，上下限的設置一般為保護跳閘值的一倍和0℃[2]，當溫度超出OM設定范圍時，DQ引腳輸出“1”，模擬量輸出AV引腳輸出保持上周期的值，當溫度回到OM設定范圍內時，DQ引腳正常輸出。正常情況下，溫度的變化是一個緩慢的過程，為了防止保護誤動，同時考慮給每一路溫度保護輸出增加3s的時間延時增加信號的可靠性，之后再輸出，見圖3。

3振動大保護的優化

3.1振動大保護的現狀

汽泵前置泵的推力側軸承、齒輪箱側軸承以及汽動給水泵的四個軸承的16個振動測點均為出廠默認的 “單點保護”，即在軸瓦的X/Y方向（左右45°）各安裝一個電渦流傳感器，當X/Y方向任一探頭檢測到軸振動值達到跳機值而且DQ品質判斷正常后動作跳機見圖4，圖5（以部分振動項目為例）。品質判斷引腳內只有速率限制，未進行限幅“OM”設置。

3.2標準要求

3.2.1 《GBT 11348.2-2012旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評定》[3]要求，為了避免不必要的停機實際上通常采用多個傳感器控制邏輯，并在觸發機器自動停機的任何自控動作之前，規定一個時間延遲，因此，如果收到振動停機信號，而且至少被兩個獨立的傳感器確認超過了規定的有限的延遲時間才可以觸發停機。典型的延遲時間是1s-3s。為了慎重可以在報警值和停機值之間插入第二次報警，以警示操作人員正在接近停機值，他們可以采取任何校正措施，避免滿負荷停機。

3.2.2電力行業熱工自動化委員會組織編寫的《火電廠熱控系統可靠性配置與事故預控》[4]中推薦采用的方案是：設計振動保護邏輯時，相鄰任一軸承報警值和本軸承保護值進行“與”邏輯判斷或本軸承的X（Y）報警值與本軸承的Y（X）跳閘值進行“與”邏輯判斷。這個要求屬于當前電廠機組在硬件和軟件設計上均無法實現軸振動大通過兩個以上獨立回路判斷得到跳機指令情況下的折中方案。

3.3優化方案

本臺汽動給水泵軸承較短，考慮采用本軸承品質判斷內的速率“RL”、“RLT”和限幅“MU”、“MT”限制后的X（Y）報警值與本軸承品質判斷內的速率“RL”、“RLT”和限幅“MU”、“MT”限制后的Y（X）跳閘值進行“與”邏輯判斷輸出跳閘值，見圖6，優化后的軸承振動保護方案（以部分振動項目為例）。

限幅限制面板設置方法：若輸入當前值AV大于量程上限MU或輸入當前值AV小于量程下限MD，則超物理量程標志OM輸出1，DQ為TRUE，輸出為抑制，AV值回到物理量程范圍內時DQ自動失效。

速率限制面板設置方法：一般RL設置為5，RLT設為1，ACUT不用勾選，表示每秒鐘變化5時表示需要進行超速率判斷；若本周期采集值AV相比上周期的基準值變化大于速率報警限5，則產生速率報警：RLA=1、RPV為AV變化的差值。當有速率報警產生時，RLA=1，超速報警恢復有兩種方式：如果RLS=TRUE，超速報警RLA保持，需要檢修人員通過操作面板（RLR項）手動復位；如果RLS=FALSE，超速報警RLA自動恢復，接下來的每個周期，判斷是否產生了超速率報警，本方案RLS勾選為TRUE。只要超速報警產生（RLA=TRUE），輸出值保持超速前的最后一個好值，并且DQ置為TRUE。輸出品質判斷為抑制狀態。

考慮到實際運行中同一軸承X、Y向振動同時大的可能性較小，因此，和報警值相與的跳閘值應根據實際情況摸索一個較小的值，作為最終的保護動作值，以減少保護拒動的可能性。

4結束語

軸承或軸瓦金屬溫度目前只能在保護邏輯上做優化。建議電渦流傳感器的生產廠家積極開展新產品的研發工作，能夠根據新國標準生產出一種新傳感器，傳感器的體積可與原來的相同，在該傳感器上設置兩個電渦流傳感器或增加另外的非接觸式測量手段，實現在同一位置有兩種獨立的測量手段的目的，從根本上解決單點測量的問題。安全生產是電廠工作的重中之重，單臺汽動給水泵的保護系統也相當于主保護，對汽動給水泵的保護項目進行優化是生產中持續探索的工作。

參考文獻

[1] 尹峰.電力熱控系統故障分析與可靠性控制[M].北京：中國電力出版社，2019：372.

[2] 沈曉群，楊震力.單點溫度保護系統的容錯邏輯設計[J].熱力發電，2009，38（09）：83-85.

[3] 中國國家標準化管理委員會.GB/T 11348.2-2012 旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評定（第2部分）[S].北京：中國標準出版社，2012：11.

[4] 電力行業熱工自動化技術委員會.火電廠熱控系統可靠性配置與事故預控[M].北京：中國電力出版社，2010：42.

作者簡介：方鋒（1972-），男（漢族），陜西渭南市，陜西榆林能源集團橫山煤電有限公司，本科，工程師，主要從事安全管理和電廠自動化技術研究。

程濤（1983-），男（漢族），陜西商洛市，陜西榆林能源集團橫山煤電有限公司，本科，助理工程師，主要從事電廠自動化技術研究。