西門子SGT-4000F 型燃?xì)廨啓C保護控制系統(tǒng)研究

鄭彥豪

（國家電投鄭州燃?xì)獍l(fā)電有限公司，河南 鄭州 450000）

1 燃?xì)廨啓C保護系統(tǒng)的工作原理

西門子SGT-4000F 型燃?xì)廨啓C保護控制系統(tǒng)的燃機本體共配置有103 支熱工儀表，燃機在運行期間狀態(tài)是否安全，主要是由上述儀表檢測判斷得出的。通過保護系統(tǒng)動作使燃機天然氣進氣ESV閥、預(yù)混閥、值班閥等迅速關(guān)閉斷開，進而切斷燃機燃料使得燃機得以快速停機，避免事故進一步擴大。

燃?xì)廨啓C運行過程中，跳機電磁閥、主氣門ESV閥、預(yù)混閥、值班閥的跳機電磁閥24 V 主電源都是由SCHLOSSER 系統(tǒng)輸出提供的。在系統(tǒng)運行過程中，可以將SCHLOSSER 系統(tǒng)看作是一條保護鏈路，在這個鏈路中的每個常閉接點斷開時，都將會導(dǎo)致機電磁閥失電，燃料閥門將會迅速關(guān)閉。

設(shè)備運行期間，鍋爐保護、緊急停機按鈕、電氣保護、壓氣機入口門保護、天然氣泄漏保護、喘振保護、火檢保護、過燃料保護、超速保護作為燃機的重要保護都是以硬接線方式被直接接入保護鏈路的。而軸瓦振動、軸瓦溫度、排氣溫度等保護則是在T3000 控制系統(tǒng)內(nèi)組態(tài)計算后共同通過一條常閉接點輸出到保護鏈路之中的。這個鏈路的電源是由轉(zhuǎn)速超速系統(tǒng)給出的，也就是說在沒有超速發(fā)生的情況下，這個電源通過的一個個常閉接點作為SCHLOSSER 系統(tǒng)輸出給閥門跳機電磁閥供電。

SCHLOSSER 保護系統(tǒng)具有兩套獨立的輸出回路，只有兩條輸出都正常運行的情況下，跳機電磁閥才能得到電源，反之，如果以上任意一點保護動作發(fā)生時，常閉接點就將會斷開，掛閘電源會因此而失電，閥門執(zhí)行機構(gòu)將失去液壓油，閥門在彈簧作用力的影響下將會快速關(guān)閉，切斷燃料供應(yīng)，這樣就可以達到保護跳閘的目的。

2 燃?xì)廨啓C主要保護系統(tǒng)的功能

燃機保護系統(tǒng)的主要任務(wù)就是對機組的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，當(dāng)機組運行不暢、出現(xiàn)異常情況時，可以第一時間采取措施將主燃料閥門關(guān)閉，斷開跳機，保證機組的安全，其主要保護功能包含有以下方面的內(nèi)容。

2.1 超速保護

燃機配置有6 支A5S 霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器，安裝于壓氣機側(cè)轉(zhuǎn)速測量齒輪的兩側(cè)，通過鎧裝導(dǎo)線電纜計入測速模塊E1655 進行檢測，然后將檢測到的數(shù)據(jù)傳送到T3000 控制系統(tǒng)進行有效的調(diào)節(jié)和保護控制，其中為了保證系統(tǒng)運行的安全性與可靠性，所有中間接點都應(yīng)當(dāng)進行焊接。安裝的三塊E1655模塊內(nèi)都有兩只彼此獨立的超速保護跳閘繼電器，當(dāng)燃機實際轉(zhuǎn)速超過保護路閘值3 240 r/min 時，運算處理回路驅(qū)動超速保護跳閘繼電器Ⅰ和Ⅱ時，其各自輸出的三副失電跳機的接點，將會與其余兩塊E1655 內(nèi)的超速保護跳閘繼電器相同的三副接點以“先與后或”的邏輯關(guān)系共同構(gòu)成了兩條都以“三取二”邏輯方式工作的超速保護跳閘輸出通道。在設(shè)備具體運行過程中，超速保護系統(tǒng)擁有兩套獨立的系統(tǒng)[1]。

2.2 緊急停機按鈕保護

西門子SGT-4000F 型燃?xì)廨啓C設(shè)計了5 組急停按鈕，分別位于燃機罩殼一層?xùn)|北角、西北角。燃機罩殼二層?xùn)|南角、西南角以及集控室內(nèi)的急停按鈕盤。如果機組運行期間出現(xiàn)異常情況，負(fù)責(zé)機組運行的工作人員可以隨時手動觸發(fā)跳機，使得機器停止運轉(zhuǎn)，避免事故進一步擴大。

在燃?xì)廨啓C中，每支按鈕中有兩副常閉節(jié)點，五支按鈕的節(jié)點串聯(lián)在一起，分兩路分別接入硬回路保護卡的兩個通道中，機組運行期間，任何一個按鈕被按下，都將會導(dǎo)致觸發(fā)回路失電的情況出現(xiàn)，因此導(dǎo)致觸發(fā)急停保護動作跳機。

2.3 火檢保護

燃機設(shè)計有兩個火焰檢測器，用于監(jiān)視燃機燃燒狀態(tài)。火焰檢測器分別安裝于燃機燃燒室兩側(cè)，火焰檢測器通常是由一個光學(xué)傳感器裝置和一個光電轉(zhuǎn)換器組成的，傳感器裝置將火焰信號通過光纖電纜輸入光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器則會將光信號轉(zhuǎn)換成電子信號發(fā)送到TCS 電子保護柜內(nèi)的評估裝置上，評估裝置可以評估天然氣火焰的強度，判斷火焰是否處于正常的狀態(tài)。

火焰保護則主要由以下三條組成：一是發(fā)出ESV 閥打開指令后12 s 內(nèi)兩個火焰檢測器都沒有檢測到火焰信號，那么就表示點火失敗，需要迅速將燃機斷開。二是在燃機運行期間，如果兩個火焰檢測器檢測均為無火焰，那么也需要迅速將燃?xì)鈹嚅_。三是在燃機停止運行后，如果ESV 閥打開指令消失10 s后任意一個火焰檢測器檢測到有火，則說明反跳現(xiàn)象出現(xiàn)，需要迅速將燃機斷開。

此外，機組運行期間還可能會出現(xiàn)燃燒室燃燒不穩(wěn)定的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的外在表現(xiàn)為燃燒室內(nèi)壓力增加，頻率范圍內(nèi)的脈動幅值上升。針對這種情況必須要第一時間予以處理，以便更好地對燃?xì)廨啓C進行保護，可以通過檢查壓力脈動振幅評價燃燒室燃燒是否處于正常狀態(tài)。如果確實出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的情況，需要及時采取措施進行處理，如可以通過調(diào)整水閥改變注水量穩(wěn)定燃燒，或者是對燃料量進行調(diào)整保證燃燒的穩(wěn)定，以保證燃?xì)廨啓C有效運行。

2.4 喘振保護

燃機運行期間，喘振顯現(xiàn)對于系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運行也是一個極為致命的危害，喘振是一個持續(xù)時間非常短的事件，因此，變送器的響應(yīng)速度和保護邏輯必須設(shè)計成為快速反應(yīng)，這樣才能對喘振現(xiàn)象進行準(zhǔn)確的評估。西門子通過測量進氣管道和壓氣機入口之間的壓差，然后確定壓氣機氣流沖擊產(chǎn)生的喘振劇烈程度。在正常的運行期間，進氣管的壓力往往高于壓氣機進口壓力，而當(dāng)喘振發(fā)生之后，由于倒流現(xiàn)象出現(xiàn)，將會使得產(chǎn)生差壓出現(xiàn)逆向升高的趨勢。

西門子SGT-4000F 型燃?xì)廨啓C在壓氣機的五級設(shè)有2 個防喘氣閥，9 級設(shè)有1 個防喘放氣閥，防止壓氣機喘振現(xiàn)象的發(fā)生，并且在壓氣機入口處設(shè)置有3 個喘振保護差壓開關(guān)，用于檢測壓氣機的喘振情況。

在系統(tǒng)運行過程中，防喘振保護一共可以分為以下4 條：一是兩支5 級防喘閥在4 Hz 至39.8 Hz之間關(guān)閉時，需要中斷燃機。二是燃機沖車至47 Hz以上后3 個在防喘閥都沒有關(guān)閉延時100 s 后，要實施停機保護，避免設(shè)備出現(xiàn)故障?；蛘呤窃谠O(shè)備正常運行時，任意一臺防喘閥開啟都會導(dǎo)致保護停機現(xiàn)象出行。三是喘振保護差壓開關(guān)在轉(zhuǎn)速大于42 Hz時，如果大氣與壓氣機入口壓差地域3 kPa 則需要中斷燃機。四是當(dāng)燃機實際轉(zhuǎn)速高于42 Hz 時，TCS系統(tǒng)計算輸入至SCHLOSSR 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速高于42 Hz信號異常，需要中斷燃機。

2.5 燃機排氣溫度保護

燃機的溫度保護主要是通過對排氣溫度的監(jiān)視顯示出來的，由24 根K 分度三支熱電偶在及排氣擴散段沿著圓周分布測量，所有熱電偶的B、C 支用于排氣溫度計算，A 支備用。當(dāng)燃?xì)廨啓C處于正常運行的情況下時，燃燒室及透平的溫度必須要控制在合理的范圍內(nèi)，否則可能會對燃燒室各種部件的強度及使用壽命造成不良影響。排氣溫度保護送至T3000 軟回路保護，T3000 軟回路保護再通過硬接線送至SCH0SSER 系統(tǒng)，排氣溫度保護包含有以下方面的內(nèi)容：一是如果相鄰3 支熱電偶的B 支和C 支測量信號低于平均值50 ℃時，機組進入停機程序。二是如果相鄰4 支熱電偶的B 支和C 支測量信號低于平均值50 ℃時，或者是任意兩組連續(xù)3 個點溫度低于平均值50 ℃時，那么機組也將會進入跳閘程序。三是如果任意2～4 支熱電偶的B 支和C 支同時超過平均值50 ℃，那么也需要中斷機組的運行。四是如果任意一熱電偶中的B 支和C 支同時壞掉，也需要將燃?xì)廨啓C保護停機。

2.6 防喘放氣閥的控制與保護

針對防喘放氣閥的控制與保護，主要需要從兩個方面著手：一是要做好防喘閥的開環(huán)控制工作。機組啟動的初期，為了檢驗防喘閥是否能夠正常運轉(zhuǎn)，一般都會設(shè)置功能測試環(huán)節(jié)，工作人員在對防喘放氣閥進行控制和保護時，就可以先進行功能測試，測試不同轉(zhuǎn)速情況下，機組的運行狀態(tài)，防喘放氣閥是否能夠正常運行，以便更好地對防喘放氣閥進行有效保護。二是發(fā)揮好防喘放氣閥的保護功能作用。在對防喘閥進行控制和保護時，可以結(jié)合實際情況進行分析，在燃?xì)廨啓C負(fù)荷運行期間，如果有一個防喘放氣閥沒有關(guān)閉，機組的負(fù)荷因此自動下降，然后自動停機，則說明防喘放氣閥的保護功能作用正常發(fā)揮，反之則說明其保護功能失效。此外，燃?xì)廨啓C并網(wǎng)之后，當(dāng)電網(wǎng)頻率突然下降時，為了有效地對燃?xì)廨啓C進行保護，避免喘振現(xiàn)象出現(xiàn)，需要立即將所有的防喘放氣閥打開，防止燃?xì)廨啓C跳閘停機現(xiàn)象出現(xiàn)。

3 燃機跳閘分析判斷

燃機跳閘是其感受到危險之后的一種應(yīng)急措施。燃?xì)廨啓C緊急停機系統(tǒng)由2 個硬接線跳閘系統(tǒng)組成，每個硬接線跳閘系統(tǒng)分別監(jiān)控3 個轉(zhuǎn)速，使得燃機保護控制系統(tǒng)能夠安全可靠運行。緊急停機系統(tǒng)都是建立在3 取2 邏輯結(jié)構(gòu)之上的，3 個監(jiān)控模塊中的每個監(jiān)控模塊都會對轉(zhuǎn)速進行三通道監(jiān)測，并設(shè)計有硬接線保護電路，將所有的保護電路組合在每個監(jiān)控模塊中，經(jīng)過3 取2 判斷輸出3 個跳閘回路。跳閘回路包含有火線保護、FS-AP 跳閘回路、AP 跳閘回路、硬接線跳閘系統(tǒng)、天然氣泄漏檢測和喘振保護，每個跳閘回路都需要經(jīng)過3 取2 的邏輯判斷。整個監(jiān)控模塊通過測試模塊對保護回路進行循環(huán)測試，測試過程中發(fā)現(xiàn)回路故障時，就會將故障報警發(fā)送到T3000 報警系統(tǒng)中。硬接線跳閘系統(tǒng)中的3 個跳閘回路輸出到閥控回路中，關(guān)閉經(jīng)濟跳閘閥、預(yù)混閥和值班閥，對閥控回路中跳閘回路和打開指令進行了3 取2 判斷，帶電打開，則失電跳閘[2]。

針對燃機跳閘問題，西門子并沒有像常規(guī)的汽輪機那樣設(shè)計首出功能，而是采用獨立的ADDFFEM SOE 卡件，對相關(guān)問題進行分析，該卡件通過全廠主時鐘光纖單獨同步時間，其最快的采集周期只需要花費0.1 s 的時間。當(dāng)在運行中燃機因為某個原因遮斷時候，SOE 卡件就可以迅速對相關(guān)信息進行采集，兵器可以將所采集到的信息輸送至T3000的ASD 報警系統(tǒng)，提前給出預(yù)警提示，負(fù)責(zé)燃機機組運行的工作人員可以查閱該系統(tǒng)所提供的信息，就能夠快速找出跳機前的跳機原因，然后鎖定跳閘故障，并及時地采取有效措施予以維修。

但是，當(dāng)ADDFEMSOE 卡件出現(xiàn)故障的時候，需要運行或者是熱工人員在T3000 報表里面查詢跳閘時刻前后5 s 左右的事件率手段分析判斷，所以這就要求電廠人員對保護系統(tǒng)組成非常熟悉，這樣才能保證操作的正確性，在平時機組停機時，可以模擬出發(fā)保護跳閘，然后檢查并核對ASD 報警的跳閘原因，并快速有效地解決故障。

4 結(jié)語

要想切實發(fā)揮西門子SGT-4000F 型燃?xì)廨啓C保護控制系統(tǒng)的作用優(yōu)勢，就需要深入地對保護控制系統(tǒng)的工作原理、保護功能等進行分析，了解跳閘出現(xiàn)的原因，然后結(jié)合機組的實際運行情況，科學(xué)合理地應(yīng)用保護控制系統(tǒng)，發(fā)揮其作用價值。