邯峰電廠ETS系統(tǒng)DCS一體化改造

孟慶鵬 劉永科 趙少龍

【摘 ?要】通過(guò)邯峰電廠2×660MW燃煤機(jī)組汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）的DCS一體化改造，介紹了西門(mén)子660MW汽輪機(jī)ETS系統(tǒng)由S5-95F可編程控制器改造為ETS與DCS一體化的方案與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)同類(lèi)型的ETS系統(tǒng)升級(jí)改造或新建機(jī)組ETS系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī);ETS;DCS一體化;ETS硬件;SPPA-T3000

0引言

汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）是大型單元機(jī)組在生產(chǎn)過(guò)程中最重要的一環(huán)，它既是汽輪機(jī)電氣跳閘的出口，也是機(jī)、爐、電大連鎖保護(hù)中的核心環(huán)節(jié)，其運(yùn)行安全與否直接影響到汽機(jī)的安全，因此汽輪機(jī)的ETS保護(hù)系統(tǒng)是發(fā)電廠對(duì)控制系統(tǒng)可靠性要求最高的一個(gè)子系統(tǒng)。

邯峰電廠的2×660MW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組由SIEMENS公司制造，汽輪機(jī)為HMN-系列，單軸四排汽純凝汽式反動(dòng)式汽輪機(jī)。原ETS采用了SIMATIC S5-95F安全型可編程控制器進(jìn)行控制，此種控制器在線查看邏輯十分困難，且無(wú)法查看邏輯中接點(diǎn)實(shí)時(shí)狀態(tài)及動(dòng)作記錄中接點(diǎn)的翻轉(zhuǎn)情況，因此當(dāng)出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)很難解決。S5-95F系統(tǒng)已連續(xù)運(yùn)行近二十年，模件老化嚴(yán)重，故障率逐年升高。自2017年至2019年，邯峰電廠相繼對(duì)兩臺(tái)機(jī)組DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，新DCS控制系統(tǒng)使用西門(mén)子SPPA-T3000控制系統(tǒng)，在DCS改造的同時(shí)完成了汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）納入DCS一體化的改造工作。

1改造方案

1.1 跳閘閥工作原理

汽輪機(jī)的每個(gè)截止閥、控制閥的油動(dòng)機(jī)有兩個(gè)專(zhuān)用的跳閘電磁閥（Rexroth）。跳閘閥按照斷電流工作原理和二選一邏輯來(lái)工作，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，電磁閥帶電，接通高壓供油，截?cái)嘈褂屯ǖ溃y門(mén)按照控制信號(hào)的大小開(kāi)啟或關(guān)閉。任一跳閘磁閥失電時(shí)，都將截?cái)喔邏汗┯停蜷_(kāi)泄油通道，泄掉油動(dòng)機(jī)里的壓力油，油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)閥門(mén)快速關(guān)閉，切斷汽源。每個(gè)專(zhuān)用跳閘電磁閥有兩個(gè)獨(dú)立的線圈，任一線圈通電都足以使跳閘電磁閥處于吸合狀態(tài)，兩線圈均失電后電磁閥跳閘。跳閘閥原理如圖1：

1.2 SIMATIC S5-95F跳閘系統(tǒng)跳閘原理簡(jiǎn)介

邯峰電廠T2000汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)可以看成由汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)EPS（Electronic Protection System）、汽機(jī)跳閘系統(tǒng)TTS（Turbine Trip System）、跳閘電磁閥EHA（Electrohydraulic Vakve Actuators）三部分組成，其中EPS系統(tǒng)在DCS控制器中，TTS系統(tǒng)由SIMATIC S5-95F實(shí)現(xiàn)，EHA由就地設(shè)備組成。其中TTS系統(tǒng)在CJJ41機(jī)柜，EPS系統(tǒng)在CJJ31機(jī)柜，OPS系統(tǒng)在CJJ52機(jī)柜。TTS系統(tǒng)對(duì)跳閘信號(hào)進(jìn)行選通、存儲(chǔ)，并最終傳遞給跳閘電磁閥，控制閥門(mén)的狀態(tài)。其原理圖如圖2：

在T2000 DCS控制系統(tǒng)中，S5-95F PLC控制系統(tǒng)通過(guò)專(zhuān)用的數(shù)據(jù)傳輸總線（L1總線）與DCS中一個(gè)控制器進(jìn)行通訊，然后再通過(guò)該控制器傳輸數(shù)據(jù)到DCS系統(tǒng)，TTS系統(tǒng)在T2000 DCS中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3：

1.3 SPPA-T3000 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

SPPA-T3000控制系統(tǒng)是一個(gè)全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面向整個(gè)電站生產(chǎn)過(guò)程的控制系統(tǒng)，同時(shí)也提供了汽輪發(fā)電機(jī)跳閘保護(hù)功能。其中ETS控制部分采用一對(duì)冗余的6ES7410-5HX08-0AB0控制器，輸出采用故障安全型輸出模件SM326。T3000 ETS控制器直接與DCS自動(dòng)生產(chǎn)網(wǎng)連接，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4，在機(jī)組運(yùn)行期間可以在工程師站查看邏輯狀態(tài)，具有良好的人機(jī)界面。

1.4 改造任務(wù)目標(biāo)

改造后將拆除SIMATIC S5-95F汽機(jī)跳閘系統(tǒng)，建立SPPA-T3000汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。將EPS、TTS、OPS三部分功能集中在一對(duì)控制器中實(shí)現(xiàn)，形成ETS系統(tǒng)。邯峰電廠曾出現(xiàn)過(guò)EPS和TTS通訊故障造成機(jī)組停機(jī)的事故，因此消除原三面機(jī)柜的通訊和硬接線部分，將有利于提高ETS系統(tǒng)穩(wěn)定性。改造后，ETS保護(hù)邏輯將可以在DCS系統(tǒng)上實(shí)時(shí)查看。

2 改造方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 測(cè)點(diǎn)清單統(tǒng)計(jì)

按新設(shè)計(jì)控制器分配方案，需統(tǒng)計(jì)以下IO清單：2個(gè)高壓主汽門(mén)、2個(gè)高壓調(diào)門(mén)、2個(gè)中壓主汽門(mén)、2個(gè)中壓調(diào)門(mén)、1個(gè)冷在逆止門(mén)、1個(gè)高排泄放門(mén)，鍋爐MFT、電氣保護(hù)、打閘按鈕的硬接線接口，OPS系統(tǒng)的6個(gè)轉(zhuǎn)速采集信號(hào)，以及汽輪機(jī)振動(dòng)、軸瓦溫度、凝汽器液位等共450個(gè)IO信號(hào)。

2.2 跳閘回路設(shè)計(jì)

邯峰電廠西門(mén)子T3000系統(tǒng)中ETS輸出采用故障安全型卡件SM326;DO 10×DC24V/2A。此類(lèi)型模件具有10個(gè)輸出，兩個(gè)電隔離組（5個(gè)一組），支持兩個(gè)不同的模塊對(duì)設(shè)備進(jìn)行冗余控制，無(wú)需外部電路，如圖5。邯峰電廠對(duì)跳閘閥線圈采用冗余控制，相互冗余的輸出卡件布置在不同控制層，共采用6塊FDO卡件。另外設(shè)計(jì)兩塊冗余FDO與三塊相互獨(dú)立的FDI完成與鍋爐、電氣側(cè)的跳閘信號(hào)傳輸。

驅(qū)動(dòng)跳閘電磁閥線圈的6塊FDO卡件分別布置在：AC006、AC007、AD006、AD007、AE006、AE007。其中AC006和AE007相互冗余，控制所有主汽門(mén)的013跳閘電磁閥和冷在逆止門(mén)跳閘電磁閥;AD006和AC007相互冗余，控制所有主汽門(mén)的014跳閘電磁閥和高排泄放門(mén)跳閘電磁閥;AE006和AD007相互冗余，控制所有調(diào)門(mén)的013跳閘電磁閥;所有調(diào)門(mén)的014跳閘閥控制在DEH中實(shí)現(xiàn)。每塊FDO中的兩個(gè)電隔離組分別控制電磁閥的兩個(gè)線圈，在卡件冗余的基礎(chǔ)上又實(shí)現(xiàn)了冗余線圈供電的再次冗余。6塊卡件的供電分別由6個(gè)安全性繼電器（3TK2830-2CB30）控制，安全性繼電器中每?jī)蓚€(gè)為一組，三組繼電器組成三取二通過(guò)切斷FDO卡件供電實(shí)現(xiàn)跳閘閥跳閘。跳閘回路設(shè)計(jì)圖如圖6：

邯峰電廠ETS跳閘回路分硬跳閘回路與軟跳閘回路，兩套跳閘回路相互獨(dú)立。

硬跳閘回路：通過(guò)對(duì)6個(gè)安全性繼電器的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，在每組安全型繼電器控制回路中分別接入超速系統(tǒng)一保護(hù)條件、超速系統(tǒng)二保護(hù)條件、打閘按鈕保護(hù)條件，三個(gè)保護(hù)條件是串聯(lián)關(guān)系，任何一個(gè)條件動(dòng)作都將觸發(fā)跳閘閥跳閘。共有三條回路控制6個(gè)安全性繼電器，此三條回路采用三取二的動(dòng)作方式，硬回路的跳閘不受軟件控制，是ETS系統(tǒng)中保障設(shè)備安全的重要后備手段。硬回路跳閘設(shè)計(jì)圖如圖7。

軟跳閘回路：主要包括汽輪機(jī)振動(dòng)大、軸瓦溫度高、凝汽器液位高等由DCS判斷出的跳閘條件。以上條件觸發(fā)后，都將通過(guò)邏輯判斷使FDO輸出置0，使跳閘閥失電動(dòng)作。三大主機(jī)之間的大連鎖跳閘也通過(guò)軟回路實(shí)現(xiàn)，汽輪機(jī)跳閘信號(hào)在邏輯中判斷后通過(guò)三路相互獨(dú)立的硬接線送鍋爐MFT控制柜，通過(guò)兩路相互獨(dú)立的硬接線分別送發(fā)變組保護(hù)A柜與發(fā)變組保護(hù)B柜。通過(guò)FDI卡件分別采集三路鍋爐MFT信號(hào)與兩路發(fā)電機(jī)保護(hù)信號(hào)，三路MFT信號(hào)在ETS控制器中進(jìn)行三取二判斷，兩路發(fā)電機(jī)保護(hù)信號(hào)進(jìn)行二取一判斷后觸發(fā)汽輪機(jī)軟回路跳閘。

2.3 改造后調(diào)試

在電纜施工與邏輯下裝完成后，依據(jù)信號(hào)IO清冊(cè)，對(duì)跳閘閥的每一個(gè)控制線圈均進(jìn)行了單獨(dú)傳動(dòng)，確保了信號(hào)的正確性;對(duì)冗余卡件進(jìn)行了單卡失電試驗(yàn)，失電后電磁閥未動(dòng)作，驗(yàn)證了卡件的冗余型;對(duì)三組安全型繼電器分進(jìn)行單組失電試驗(yàn)，單組失電后跳閘閥未動(dòng)作，兩組繼電器失電后跳閘閥動(dòng)作，驗(yàn)證了安全型繼電器組三取二的正確型;對(duì)汽輪機(jī)所有跳閘條件進(jìn)行逐條試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均正常。

3 改造后效果

ETS系統(tǒng)改造投運(yùn)后，新ETS保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)原S5-95F保護(hù)系統(tǒng)所有功能的同時(shí)，擺脫了在日常巡檢過(guò)程中S5-95F系統(tǒng)只能看卡件狀態(tài)的束縛，新ETS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制器與卡件狀態(tài)DCS可實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制邏輯可實(shí)時(shí)查看的功能，且DEH控制器可以直接對(duì)跳閘閥進(jìn)行控制，提高了汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的安全性。T3000 ETS系統(tǒng)控制器可以直接與DCS系統(tǒng)自動(dòng)生產(chǎn)網(wǎng)（下層網(wǎng)）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，且ETS系統(tǒng)控制器與普通AP控制器為同型號(hào)，減少了DCS備件種類(lèi)與數(shù)量。在機(jī)組改造后的ATT試驗(yàn)及停機(jī)過(guò)程中ETS系統(tǒng)均能正常動(dòng)作。截至目前，邯峰電廠#2機(jī)組ETS系統(tǒng)已連續(xù)安全運(yùn)行七百多天。

4 結(jié)束語(yǔ)

邯峰電廠完成兩臺(tái)機(jī)組ETS系統(tǒng)與DCS一體化改造后，投運(yùn)以來(lái)兩套ETS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，徹底解決了S5-95F保護(hù)系統(tǒng)備件停產(chǎn)、模件老化、故障難排除等問(wèn)題。新ETS系統(tǒng)完全納入DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)后，在實(shí)現(xiàn)原跳閘系統(tǒng)功能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了ETS邏輯中間點(diǎn)狀態(tài)和動(dòng)作記錄實(shí)時(shí)查看等便于維護(hù)的功能，提高了熱控保護(hù)系統(tǒng)的控制水平，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為同類(lèi)型機(jī)組ETS系統(tǒng)與DCS一體化改造提供了實(shí)例借鑒及參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL_T 5428-2009火力發(fā)電廠熱工保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定.

[2]危利鋒.汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）調(diào)試[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（15）：99.

（作者單位：華能邯峰電廠）