三菱M701F4型機組熱控保護改進方案探討

摘要：三菱M701F4型機組作為國際上比較先進成熟的燃機機組，市場占有率頗高，也成為我國近幾年投產最多的燃機機型之一。其控制系統采用三菱重工的Diasys Netmation系列第三代過程控制系統。燃機控制主要由燃機控制系統TCS（Turbine Control System）、燃機保護系統（Turbine Protection System）和高級燃燒壓力波動監視系統ACPFM（Advanced Combustion Pressure Fluctuation Monitor）組成。本文主要針對三菱M701F4型機組TPS系統保護存在的不足以及改進方案進行初步分析與討論。

關鍵詞：燃機;M701F4;TPS;TSI;葉片通道溫度;改進方案

1 前言

燃機技術作為現代工業皇冠上的明珠，代表了工業生產的最先進技術，這里面也包括了控制技術。而燃機發電生產工藝對設備的極致要求必然要求輔以可靠的保護手段，三菱M701F4型機組配套的Diasys Netmation系列控制系統就提供了火焰振動、機組振動、葉片溫度等各種可靠的保護，而且系統在大多數保護及控制方面都采用了軟件、硬件的多重冗余技術，為機組的健康安全保駕護航。但由于電力生產理念的差異，三菱作為日本的典型工業巨頭，堅持自己的保護理念，強調保護拒動的嚴重危害，在防保護誤動與拒動的矛盾抉擇中，毫不猶豫的選擇了防拒動的策略，而對防誤動有所輕視，但這就在一定程度上與我們國內的電力生產理念不相符合，國內各類規范規程（包括“二十五項反措”）對機組保護都強調杜絕“單點保護”，但梳理M701F4型機組的TPS系統，還存在部分明顯的“單點保護”，對機組的安全穩定運行帶來了極大的壓力。

2 保護系統主要誤動風險分析

2.1 TSI保護：包含汽機、燃機的軸瓦振動保護（#1～#8瓦）、軸向位移保護等，TSI內部邏輯基本合理，軸振采用同一個瓦X/Y向同時高于200um保護動作，軸向位移則采取三取二判斷輸出。但在保護輸出回路上，目前系統主要考慮了系統防拒動的可能，基本上是任一環節故障都將直接導致機組非停，而TSI系統保護包含的項數多，環節復雜。

通過圖1的示意圖可以看出回路中間的關鍵點之多，圖中左側虛框內的18個端子，假設在運行中任意一個發生松動，或者TSI繼電器、中間繼電器故障，均將導致機組非停，而這樣的保護有#1～#8瓦軸振總計8套，很顯然，這樣的保護設計完全不能符合我國電力行業的要求。

2.2葉片通道溫度變化大保護：為了保護熱通道部件和燃燒室燃燒穩定，M701F4型燃機設置了20組BPT（葉片通道溫度）溫度測點，并設有葉片通道溫度變化大保護，保護邏輯框圖見圖2。

初看，保護邏輯設計復雜，條件相互印證，似乎不存在單點保護的隱患，然而由于燃機燃燒的特性，即使是在負荷變化不大的情況下，相鄰葉片通道溫度變化趨勢大（圖中虛線框內條件）是一個常態，該保護實際上在多數時間里就是一個葉片通道溫度偏差超限的單點保護。

把停機保護依賴于單支熱電偶是十分不可靠的，更何況該保護有20套，而且熱電偶的信號回路有中間端子，還有信號轉換器（見圖3），環節多故障點就多，而熱電偶測量回路中，接線松動、接觸不良或線路短路導致溫度測量大幅偏低是常見故障。

3 改進方案探討

由于三菱重工的Diasys Netmation系統是經多年發展起來的成熟系統，其設計十分復雜，且系統設備之間具有特別高的關聯度，沒有日方的支持，目前還不具備對其保護進行系統改進的條件。我們從實際出發，以達到提高保護可靠性為基本目標，結合長期從事熱控保護工作的經驗，在基本不影響原保護系統框架的前提下，從改造工程的投入以及實施的難度等方面充分考慮，進行了一些積極探索與分析。

3.1針對TSI保護系統單點保護問題，主要從硬件回路著手提出以下改進方案：

由圖4可以看出，改進后的系統除增加1塊TSI繼電器輸出卡，無需其他投入，對TPS系統來講，軟硬件都不需要作出調整，但卻能完全避免單點保護的情況，將保護誤動風險充分分散，且不增加拒動概率，而且改進后的系統更加簡潔明了，去除了中間繼電器，減少了部分中間端子等中間環節，極大地提高了保護可靠性。

3.2針對葉片通道溫度變化大保護問題，主要從軟件邏輯方面考慮，引入可靠的證實信號，對熱電偶測量質量加以判斷，見圖5：

由圖3BPT熱電偶接線示意圖可知葉片通道溫度測點為雙支測點，一路進TCS系統供BPT調節回路和畫面監視使用，將此信號與TPS系統信號進行偏差比較，排除測量系統誤差（一般不超過5℃），設10℃的限值，超過此限值可判斷測點故障，暫時閉鎖保護，同時發出報警提示，采取以上措施后將大幅降低熱電偶測量故障導致的機組非停。

4 結束語

燃機發電綠色環保、技術先進，但其核心技術包括控制技術目前均掌握在少數歐美發達國家巨頭手中，國內引進消化的任務還任重道遠，我們作為終端用戶，從小處著手，力求實用有效，探討相關改進優化方案，希望在提高機組生產安全性的同時，對國內企業最終消化吸收和研發燃機技術也能提供一點有益的幫助。

參考文獻：

[1]席亞賓，馬永光.M701F燃氣輪機溫度保護回路優化分析.電力建設，2009，第9期.

[2]DIASYS/OVATION控制分冊（上），重慶大學出版社，2014.

作者簡介：莊志旸（1976.03-），漢，男，江蘇寶應人，本科，工程師，江蘇華電揚州發電有限公司，研究方向：火電熱控