一種非典型ETS在線試驗失敗原因分析及解決辦法

廣州珠江電力有限公司 阮 斌

隨著汽輪機組容量的不斷增大，蒸汽參數越來越高，熱力系統越來越復雜，在機組的啟動、運行或停機過程中如果沒有按規程的要求操作控制，或者機組運行中由于設備故障而導致控制油壓力或者潤滑油壓力過低、凝汽器真空過低等嚴重威脅汽輪機組安全的異常工況，如果汽輪機組的ETS系統不能正確保護動作，使汽輪機組及時安全的從異常工況中解列出來，則可能會造成汽輪機葉片損壞、大軸彎曲、推力瓦燒毀等嚴重事故。為了確保機組的安全啟停及穩定運行，必需保證汽輪機組的ETS系統在整個機組運行期間的可靠監視及有效實時保護，而ETS在線試驗正是保證ETS系統保護是否可靠的重要手段。此外，根據《防止電力生產事故二十五項重點要求》中防止熱工保護失靈的要求，應定期進行汽輪機緊急跳閘系統在線試驗。

1 某廠ETS在線試驗系統及異常過程

某廠320MW汽輪機組ETS系統及其在線試驗系統原設計安裝上海自動化研究所的盤裝系統，后經DCS一體化改造后ETS及其在線試驗系統采用上海新華控制技術集團科技有限公司的XDC800B系統的邏輯保護卡xLP模件組合的ETS系統。該模件是專為ETS系統設計，對機組振動、潤滑油壓力、EH油壓力、凝汽器真空、差脹、軸向位移、汽機超速、DEH失電、發電機故障、鍋爐燃料跳閘等保護的檢測，配合xLP端子板完成跳機保護輸出三選二功能，實現對汽輪發電機組在緊急情況下迅速關閉汽輪機進汽閥門，切斷汽輪機所有進汽的保安系統。其核心控制組件xLP是一種高性能的開關量輸入和開關量輸出模件，邏輯判斷直接通過CPLD完成，因此延時很短，且該模件具有SOE功能，能將所有輸入量和輸出量的具體動作時間以毫秒級記錄下來，適用于各種需要快速保護的場合。

該廠ETS系統設計有ETS在線試驗功能，可分別進行主機潤滑油、EH油及凝汽器真空的在線試驗，保護回路分別采用傳統的四個開關信號（串并聯結構），AST跳閘回路采用雙通道（四個AST電磁閥），正常情況下可在機組運行中分別進行潤滑油、EH油及凝汽器真空的各保護通道的在線試驗（圖1）。

某次在機組運行中做ETS在線試驗時出現異常：做EH油在線試驗時一通道試驗動作正常，恢復一通道后做二通道試驗時二通道動作、試驗復歸也正常，但二通道的EH油壓開關有一個油壓開關（63-2/LP）在EH油二通道試驗結束后動作沒有復歸（圖1，CRT畫面顯示為紅色），現場檢查通過現場壓力表確認試驗塊油壓已恢復正常，同樣是二通道的EH油壓另一個開關（63-4/LP）已正常復歸，檢查判斷為63-2/LP開關測量故障，交由檢修事后處理，繼續進行在線試驗，接著做潤滑油的在線試驗，結果在做一通道時出現了機組跳閘，在線試驗失敗。

現場檢查ETS系統及相關設備，除了63-2/LP開關由于觸點故障無法復歸外其余均未發現異常。檢修處理好63-2/LP開關問題后，機組啟動掛閘后再次重做在線試驗，無論是EH油還是潤滑油或者是凝汽器真空在線試驗均正常成功完成。

2 異常分析

2.1 ETS跳閘原理

該廠ETS跳閘模塊安裝在汽機前箱右側，塊上共有6個電磁閥，其中2個常閉電磁閥為OPC電磁閥，由DEH系統控制（因OPC電磁閥與本文關系不大，不作過多說明）；另外4個為AST電磁閥。為防止ETS保護拒動，ETS跳閘采用失電跳閘保護邏輯，即機組掛閘運行后AST電磁閥是常帶電結構，機組跳閘時AST電磁閥將失電動作（圖2）。圖1中左上部分所示為ETS跳閘系統CRT畫面顯示模擬圖。

圖2中P1點壓力為14MPa左右，通過節流孔J1、J2使P2點壓力約為7MPa左右。在進行一通道試驗時，AST1和AST3電磁閥動作，使得P2點壓力升高至P1；若進行二通道試驗則AST2和AST4電磁閥動作，P2點壓力為無壓力回油壓力（壓力接近0）；壓力開關ASP1、ASP2設定值分別為ASP1≥9.5MPa和ASP2≤4.2MPa，機組正常運行時ASP1、ASP2壓力開關觸點均為常開狀態，通道1（AST1，AST3）動作試驗時P2點壓力升高，ASP1動作觸閉合輸出；通道2（AST2，AST4）動作試驗時P2點壓力下降，ASP2動作觸閉合輸出，通過ASP1、ASP2兩個壓力開關動作情況，就能在線監視是哪個通道的電磁閥泄漏或失電動作。

2.2 ETS系統在線試驗簡介

該廠ETS系統在線試驗共設置有三個試驗塊：EH油試驗塊，潤滑油試驗塊和真空試驗塊，均安裝在汽機前箱左側，每個塊的原理均相同，只是對應不同試驗塊測點名稱有所區別，因而下面以EH油試驗塊為例進行說明，圖1所示為包含了三種試驗塊的CRT畫面顯示模擬圖。每個在線試驗塊均按雙通道布置（如圖3），其中J1、J2為節流孔；F0、F1、F2為手動閥，20-1/LPT、20-2/LPT為電磁閥；Y1、Y2為就地顯示的壓力表（真空試驗塊為真空表）；63-1/LP、63-3/LP、63-2/LP、63-4/LP為壓力開關，四個EH油壓力開關動作定值設定相同，EH油壓保護開關動作定值為≤9.5MPa（真空試驗塊為真空開關），四個壓力開關均為雙觸點輸出開關，每個開關的一對觸點接入ETS保護回路用于汽機跳閘，另一對觸點接入DCS對應于CRT模擬圖的四個狀態顯示。四個壓力開關在機組正常運行時觸點閉合輸出，壓力開關動作時觸點斷開輸出。

節流孔J1、J2的作用是將在線試驗的兩路隔離開，試驗時互不干擾，在線試驗可就地手動試驗，此時通過觀察Y1、Y2的壓力顯示變化可直觀的了解試驗情況；也可在主控室通過操作員站進行遠方操作試驗，此時通過四個壓力開關對應的點燈狀態顯示也可確認試驗的情況。

2.3 ETS在線試驗邏輯

當運行操作選擇“EH油壓低試驗”在線試驗后，該按鈕顯示紅色，表示進入EH油壓在線試驗狀態（圖1），此時圖4邏輯圖中的測點“進行通道試驗DI8”為“1”，則此時與“進行通道試驗DI8”邏輯相聯的“AND”模塊③和⑤的第二個條件全部滿足，從邏輯上進入在線通道試驗狀態。當運行人員操作“20-1/LPT”電磁閥進行“一通道”試驗時，“20-1/LPT”電磁閥帶電泄油；由于通道節流孔的作用，當電磁閥動作泄油時，會使一通道上“63-1/LP”和“63-3/LP”壓力開關由于油壓降低到定值而動作。

為了防止保護拒動ETS系統采用反邏輯，該系統的壓力開關在正常運行時輸出邏輯“1”，當開關動作時輸出邏輯“0”，因而該壓力開關信號對應圖2中的“EH油壓1（DI0）”和“EH油壓3（DI1）”信號為“0”，而“OR”模塊①、②的輸入端求反，因而“OR”模塊①的輸出此時為邏輯“1”，邏輯回路中“AND”模塊③的第一個條件滿足，由于“AND”模塊③的第二個條件（進行通道試驗）狀態已滿足，因而一通道的“OR”模塊⑥條件滿足輸出邏輯“1”，“TD_ON”模塊動作，驅動RS觸發器⑧，使RS觸發器⑧輸出邏輯“1”，通過“NOT”模塊的求反作用，輸出端“DO0”和“DO1”輸出邏輯“0”，從而使ETS跳閘模塊的一通道AST電磁閥1和AST電磁閥3失電動作（圖1中的AST1、AST3動作），使得P2點壓力升高至P1，ASP1壓力開關（≥9.5MPa）動作，該壓力開關觸點信號傳動至DCS，EH油在線試驗畫面ASP1狀態顯示由綠色變為紅色，表明EH油壓低一通道在線試驗成功。

2.4 ETS在線試驗失敗原因分析

為查找ETS在線試驗失敗的原因，對該廠XLP卡的ETS保護邏輯（圖5、圖6）進行檢查分析發現ETS保護及在線試驗邏輯上存在不足，盡管畫面上“EH油壓低試驗”、“滑潤油壓低試驗”和“真空低試驗”是分別三個不同的操作按鈕，但無論點擊哪個按鈕進行試驗，最終都會觸發ETS保護邏輯中的“進行通道試驗DI8”為“1”，因而從邏輯上來說，無論是做EH油壓低還是潤滑油壓低或者真空低試驗，都會使所有試驗模塊進入在線試驗狀態。

前述試驗中，由于EH油壓在線試驗的二通道EH油壓開關（63-2/LP）動作在試驗結束后沒有復歸，63-2/LP油壓開關觸點輸出（圖5中的“EH油壓2”DI2）為邏輯“0”，由于“OR”模塊②的輸入端求反，因而“OR”模塊②的輸出保持為邏輯“1”，因而當進行在線試驗（無論是進行EH油壓還是潤滑油壓或者真空）按鈕操作試驗后，從邏輯圖上可以看出，由于“進行通道試驗DI8”為“1”，因而EH油的二通道的“AND”條件滿足，從而促使整個邏輯的第二個通道處于跳閘狀態，AST電磁閥2和AST電磁閥4已經失電跳閘，當進行任何試驗塊的通道一試驗而致使AST電磁閥1或AST電磁閥3有任一失電或同時失電時，由于兩個通道均有AST電磁閥失電，造成OPC油壓失去而使汽輪機進汽閥關閉，汽機跳閘，因而出現ETS在線試驗失敗。

3 解決辦法

該廠ETS系統原設計安裝為盤裝儀表系統，其ETS在線試驗初始設計只有一個“在線試驗”按鈕，因而按下“在線試驗”按鈕后三個試驗塊均進入了在線試驗狀態。進行DCS一體化改造后，DCS廠家參考原ETS設計邏輯，雖然在CRT操作畫面上區分了三個試驗塊的試驗功能，但在“進行通道試驗”的邏輯上依然采用同一個DI通道，而由于ETS系統的保護控制邏輯是固化在xLP卡內部的邏輯，因而造成試驗人員在邏輯認識上存在誤區，以為EH油在線試驗、潤滑在線試驗和真空在線試驗是三種沒有關聯的獨立試驗，從而出現在線試驗失敗。解決辦法是增加多兩個DI點，ETS在線試驗操作畫面的“EH油壓低試驗”、“潤滑油壓低試驗”、“真空低試驗”三個按鈕分別對應三個不同DI點輸入xLP卡，按圖6所示的控制邏輯修改xLP的ETS保護內部邏輯并重新固化后該問題得以徹底解決。

4 結語

總結此次ETS在線試驗的經驗教訓，對于象ETS系統等機組重要保護系統，當出現有異常狀況（如此次的壓力開關故障）時，應及時將故障解決后再進行其它試驗或操作，避免造成不必要損失，這也是通過此次在線試驗失敗得到的一點寶貴經驗。對于熱工設備的升級改造，應根據不同設備特性改進相應的控制邏輯，不能照搬照套原有的控制邏輯，避免給機組安全穩定運行留下不必要的安全隱患。