防止汽輪機溫度損壞誤跳機的方法研究及應用

張中生

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東 湛江 524033）

余熱發電汽輪發電機組是利用煉焦過程中余熱輸送給鍋爐，產生溫度550℃、壓力10MPa 的高溫高壓蒸汽作為源動能。其既能降低鋼鐵生產的總成本費用，又能從紅焦中回收熱能產生蒸汽獲得直接經濟效益[1]。

自2015 年12 月2#汽輪機投運以來，間斷性發生過三次由于汽輪機本體溫度檢測值錯誤導致的聯鎖誤動作跳機事故，總共造成經濟損失多達25 萬元；同時，由于負荷高，逆功率保護多次動作，超速現象也伴隨出現，對汽輪機壽命及安全穩定運行帶來了極大影響。

經過現場環境分析、聯鎖邏輯梳理、以及檢測回路硬件檢查，總結出以下幾個原因：①由于此汽輪機為高溫高壓機組，工況復雜，現場環境溫度高、振動較大，接線端子箱接線分布較密，不易點檢，長時間運行易磨損損壞；②對邏輯聯鎖梳理后發現，此汽輪機溫度探頭多，且均為單點觸發聯鎖跳機，存在很大不合理；③對檢測回路檢查發現，溫度變送器硬件設置不全，對斷線、短路等故障輸出未進行設置。

1 汽輪機本體溫度探頭安裝分布及原始聯鎖邏輯簡介

此汽輪機本體聯鎖條件含：轉速、軸位移、振動、溫度、脹差五部分；其控制系統分散：溫度信號傳送至霍尼韋爾DCS 系統判斷聯鎖保護；振動、位移、脹差信號送至ETS（緊急遮斷系統）柜，經本特利3500 進行聯鎖保護；而轉速信號則主要送至電液調節系統(DEH)進行轉速控制及超速保護聯鎖。

汽輪機共有五個支撐軸瓦（含勵磁末端），均配置有瓦溫及油溫檢測，而且在一瓦前端有定位推理瓦及工作推力瓦，為檢測其瓦塊狀態，分別設置了12 個溫度探頭（定位推力瓦2 個，工作推力瓦10 個）。

原始軟件聯鎖邏輯中，瓦溫僅作為顯示，回油溫度采取了“或”的邏輯參與聯鎖，此邏輯造成因單傳感器損壞而“誤動作”的可能性極大。

2 汽輪機聯鎖誤動作跳機原因分析

在發生因溫度檢測探頭損壞導致汽輪機聯鎖誤動作跳機事件后，從汽輪機軟件聯鎖邏輯、硬件選型、溫度變送器設置多方面出發，對現場情況進行了綜合分析，分析原因如下：

（1）由于溫度探頭使用于汽輪機軸瓦中，設計溫度安裝孔本身較小，因此探頭及接線直徑較細，易損壞，同時，接線端子箱位于汽輪機本體上，由于機組為高溫高壓機組，接線箱較小，走線密集，現場振動大等原因，造成點檢不便，易發生端子松動及傳感器信號線斷裂。

（2）通過溫度檢測回路分析，熱電阻溫度電阻信號發送到控制室DCS 機柜，通過MINI

MCR-SL-PT100-UI-NC 型溫度變送器轉換后傳送到CPU 進行控制、檢測，此變送器是可通過撥碼開關進行設置異常情況（斷線、短路等）下輸出電流為最低，由于機組溫度高高時才跳機，因此，此設置可有效避免溫度探頭損壞而導致誤動作；由于設置不當，易造成機組聯鎖誤動作。

（3）軟件聯鎖考慮不全，對機組相關的聯鎖條件未根據工藝進行正確組態，單點跳機邏輯易造成因檢測探頭損壞而誤動作跳機，對機組完全運行存在極大隱患。

3 避免誤動作的方法研究及應用

經從現場硬件配置、軟件聯鎖條件進行原因分析后，為避免此類事件再次發生，針對分析出的原因探索出了以下方法并應用。

3.1 傳感器信號線細，易損壞；接線端子箱振動大，接線松動

針對此原因，采取將傳感器信號線盡量放大來解決，不僅需要耐磨，而且還需要能夠方便于端子接線，防松動，即信號線直徑應大一些；但又應考慮現場安裝，走線空間，最終通過選型，找到一種比此類傳感器信號線大出1mm 的設備，不僅能夠滿足現場應用條件，同時也能減小損壞概率。

另外，針對接線端子因振動大，松動問題也因接線直徑放大而得到緩解。

3.2 溫度變送器硬件設置

溫度檢測回路溫度變送器為MINIMCR-SL-PT100-UI-NC 型溫度變送器，經查詢資料，發現其可通過撥碼開關進行故障狀態檢測輸出值的設定，因此，我們通過對溫度變送器的組態，使溫度變送器在接收到短路、斷路、接地等熱電阻信號時溫度變送器輸出最低值，由于我們溫度聯鎖為高高聯鎖，所以在熱電阻故障時輸出最低值不會觸發聯鎖。

3.3 軟件聯鎖梳理及完善

通過梳理完成的原軟件聯鎖清單，可發現其多為單點聯鎖跳機，結合現場工況：高溫高壓，且振動大等情況，均增大了溫度傳感器損壞的概率，因此，為降低汽輪機誤動作的可能性，必須對軟件進行優化[2,3]。

經對汽輪機各瓦溫、油溫溫度探頭安裝位置分布，及原軟件邏輯條件梳理完成后，以汽輪機保護為首要目標，其次結合目前溫度安裝位置、降低誤動作概率，盡量采取冗余模式進行組態；具體如下：

3.3.1 工作推力瓦、定位推力瓦回油溫度軟件聯鎖邏輯優化

工作推力瓦、定位推力瓦已分別安裝兩個溫度探頭，且安裝位置相近，檢測目的一致，因此，其邏輯組態不應為“或”，應該為“與”；為強化避免傳感器由于干擾或者損壞造成誤動作，在邏輯中加入2s 延時；

3.3.2 各軸瓦回油溫度聯鎖

為防止由于潤滑油經油冷卻器冷卻后未達到機組運行需求，對軸瓦降溫、潤滑效果帶來影響，原軟件邏輯也采取了“或”邏輯，但通過現場查看，所有潤滑油均經過同一冷卻器冷卻后對各軸瓦進行油冷卻及潤滑，因此，若油冷卻器冷卻效果不佳，各軸回油溫度均會上升，為了更好保護機組運行，在優化時加入“5選3”邏輯，既可以保護汽輪機，也能很好降低由于溫度損壞造成誤動作的概率。

圖1 軸瓦回油溫度邏輯聯鎖

3.3.3 各瓦瓦溫充分利用

原軟件聯鎖未對各軸承瓦溫進行考慮，只將各瓦回油溫度進行邏輯“或”聯鎖，在3.3.2 中，考慮到油冷卻器冷卻效果不佳及溫度探頭損壞問題，但未考慮到各軸承單瓦實際溫度高保護問題，因此，對于各軸單瓦溫度高情況，經分析，可與各軸瓦溫進行聯鎖：當實際瓦溫高時，其油溫也必然會高，因此，做出以下優化邏輯：

圖2 各軸瓦溫、油溫邏輯聯鎖

3.3.4 定位推力瓦、工作推力瓦溫度聯鎖邏輯完善

從工藝及汽輪機運行工況可知，在正常運行時，汽輪機會被蒸汽推向發電機側，即推力盤死靠工作推力瓦面工作，但由于氣缸、轉子相互膨脹，也有可能轉子推力盤靠近定位推力瓦面工作，因此為了防止工作推力瓦、定位推力瓦巴氏合金被嚴重磨損，應對其進行保護；也是通過溫度檢測探頭進行觀察，而原程序未將其考慮聯鎖，僅作為顯示，這是不合理的，經充分考慮后，決定對其進行完善。

圖3 工作推力瓦、定位推力瓦軟件邏輯聯鎖

4 結語

針對汽輪機因溫度探頭損壞，時常發生軟件聯鎖誤動作情況，應從現場設備選型、安裝、硬件設置、軟件聯鎖等多方面考慮，綜合完善才能降低誤動作發生的概率，主要方法還是需要對關鍵聯鎖點進行冗余配置，這樣才能在軟件聯鎖中進行冗余組態，也可通過硬件組態降低誤動作概率，如：加裝可設置故障時信號固定輸出裝置等。上述完善工作已完成進半年，未因溫度損壞造成機組跳機事件發生。

但是，在對聯鎖邏輯進行改動時一定要慎重，最重要的原則，是要保證當意外發生時確保聯鎖能正確動作，保證裝置的安全停車，這樣才能最大限度地保證聯鎖邏輯有效。

通過溫度損壞誤動作處理，下一步將對重要聯鎖保護點進行梳理：脹差、軸位移、轉速、凝汽器液位計等，目前也完成脹差、凝汽器液位計冗余配置；有效防止了因儀表檢測探頭損壞造成誤動作的概率，保證了汽輪機安全、穩定運行。