4號機組ETS系統改造可靠性研究

荊麗萍

摘 要 本文總結了我廠4號機ETS系統改造的原因、改造的方案、改造的過程以及取得的效果，探討了DCS系統在熱工保護系統中對比PLC控制的優越性，對電廠機組熱工保護系統的改造具有重要的參考意義，具有較重要的推廣價值。

關鍵詞 DCS;通道擴展;冗余配置

前言

ETS是汽輪機緊急跳閘保護系統的簡稱。其功能是：當汽輪機監視的重要參數越限時，關閉汽輪機的主汽閥和調節汽閥，使汽輪機處于安全狀態。ETS系統對于保護機組的安全穩定運行具有至關重要的作用。

1改造機組概況

華電青島發電有限公司#4機組為2006年投產的上海汽輪機廠生產的亞臨界、一次中間再熱，凝汽式汽輪機[1]。

2ETS系統原狀

原#4機組汽機保護控制裝置采用施耐德PLC控制器，該套ETS裝置由上海彭宇科技有限公司進行系統集成。該系統控制柜中有一套可編程邏輯控制器（PLC）組件，一個轉速控制箱，其中包括三個有處理和顯示功能的轉速報警器，一臺上位機、一個交流電源箱，一個直流電源箱以及位于控制柜背面的輸入輸出端子[2]。

3改造的必要性

原#4機組汽機保護控制裝置采用施耐德PLC控制器，原設計配置了很多單點保護（振動大跳閘、DEH失電跳閘等），PLC系統無備用通道擴展，底板無備用插槽，擴展能力不足，無法增加輸入輸出點實現冗余。

無法滿足《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中9.4.3 條要求，即所有重要的主、輔機保護都應采用‘三取二的邏輯判斷方式，保護信號應遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統原因測點數量不夠，應有防保護誤動措施”。

目前ETS硬件及電源配置無法滿足要求，存在較大熱工保護安全隱患，全面升級改造具有緊迫性且意義重大[3]。

4改造目的

通過技術改造，解決ETS控制系統的可靠性問題，完善保護系統功能，提高機組安全性。

5改造方案

我廠在解決ETS控制系統不可靠問題的解決方案是優選DCS系統（分散控制系統），該系統能夠實現通道擴展、卡件及電源冗余、人機界面清晰操作方便、系統兼容性強等功能，并且具有使用通用性備品備件的優勢，減少了維護成本費用，提高了系統安全可靠性。具體實施方案如下：

（1）取消原#4機組汽機保護控制裝置所有控制柜硬件模件、配件等，更換為新的控制系統。控制器按冗余配置進行設計。增加WINDOWS平臺工程師站1臺、操作員站一臺、歷史站一臺。

（2）原#4機組汽機保護控制裝置就地到控制柜的電纜保留使用，不再重新敷設。

（3）汽機保護控制裝置改造后和DCS系統實現聯網，所有保護條件按冗余配置進行設計。

（4）#4機組汽機保護控制裝置能通過機組DCS的操作員站實時監測，完成保護系統的監視和操作。通信接口應為雙向冗余（包括冗余通信接口模件），冗余的通信接口在任何時候都應同時工作。其中的任一通信接口故障不對過程監控造成影響。數據通信可靠并具有快速響應/更新時間（≤1秒）。

（5）改造后汽機保護控制裝置配置當前市場主流、高性能冗余控制器1對;ETS邏輯保護開關量輸入卡件實現全部三取二冗余配置，更好實現卡件的分散排列，提高系統安全性;配備ETS開關量輸出卡件加繼電器，替換原PLC卡件。取消原ETS系統轉速箱，改用高性能測速卡3塊。具有保護系統通道在線試驗功能及畫面顯示。改造后每個卡件備用通道不少于20%，同類型卡件備品不少于在裝卡件的20%（不少于1塊）。

（6）改造后保護配置如下：①EH油壓低（四取二）;②潤滑油壓低（四取二）;③凝汽器真空低（四取二）;④軸向位移大（四取二）;⑤MFT（三取二）;⑥發電機保護跳閘（三取二）;⑦高排壓力高（三取二）;⑧DEH請求停機（三取二）;⑨DEH電源全部失去（四取二）;⑩ETS超速（三取二）;?遠控手動跳閘（四取二）;?發電機解列（三取二）;?汽機振動大（三取二）;?潤滑油箱油位低（三取二）。

（7）DCS系統設計采用完全冗余配置、合理的分散度和診斷至通道級的自診斷功能，使其具有高度的可靠性。系統內任一組件發生故障，均不影響整個系統的工作。在主控制器失效、網絡失效、I/O模件失效、信號失效、端子線頭松動、熔絲失效、部分失電的情況下，控制系統的設計應考慮在這些情況下的在線診斷、在線隔離、在線更換、在線修復、在線更改邏輯、在線復置、在線服役的安全方法，使修復不影響系統正常運行。

（8）改造項目中提供的分散處理單元、電源模件、通訊卡件及過程I/O卡件全部冗余配置。

（9）改造后的試驗電磁閥回路。試驗回路繼電器接收DCS邏輯試驗指令，驅動AST跳閘繼電器或試驗繼電器，跳閘繼電器再驅動110VAC電磁閥動作;試驗繼電器驅動220VAC電磁閥動作。

6新控制系統的調試

在所有接線安裝工作完成后，開始進行調試，調試分為靜態和動態調試。靜態調試主要項目有：①檢查電源的正確性與絕緣測量，合格后方可送電。②根據ETS控制原理圖及端子接線圖逐一檢查每個I/O接線，直到準確無誤。③檢查操作面板的狀態指示燈的正確性。動態調試主要有：①分步試運轉時，在設備運行前由熱控檢修人員與相關專業配合，在調試部協調下進行連鎖保護的傳動試驗及操作交底。②連鎖、保護傳動試驗時，各條件必須在就地滿足，以保證設備的安全保護功能可靠。③對在試運行中出現的問題，做好記錄，并及時解決。

7結束語

該項改造后，ETS保護實現DCS控制，管理集中分散度強冗余配置，功能更為強大，可靠性大幅提升，汽機保護以CRT為中心進行運行監測，運行人員可以在DCS系統在線運行畫面上進行監視操作或在線試驗，減輕了運行人員的勞動強度，提高了控制水平，汽機保護動作信號接入DCS系統SOE事故追憶，在機組故障時為運行人員準確快速處理事故合事故的分析提供了重要依據，有利于汽輪機的安全穩定運行，保證了發電企業安全生產的可控在控。

參考文獻

[1] 華電青島發電有限公司4號機組ETS系統改造技術協議.

[2] 新華過程控制公司軟硬件資料.

[3] Q/113-104.05-2014.華電青島發電有限公司300MW熱工檢修規程[S].北京：中國標準出版社，2014.