350 MW 超臨界燃煤汽輪發電機組TSI 升級改造

王 偉

（山西國金電力有限公司， 山西 呂梁 032100）

1 TSI 系統概況

某電廠2 號機組為350 MW 超臨界燃煤汽輪發電機組，分散控制系統（DCS）采用Emerson 公司的Ovation 系統，汽輪機組為CCJK350/260-24.2/1.0/0.4/566/566 型汽輪機為超臨界、一次中間再熱、三缸兩排汽、表面式間接空冷凝汽式機組[1]。

TSI 系統采用韋伯瑞華生產的VM600 振動監視1 號～8 號（包括發電機）軸承端面的左右側距水平面45°處各裝有1 個傳感器，以測量轉子相對于軸承的振動，加入鑒相脈沖后可通過示波器觀察到軸心軌跡。

2 項目提出的背景及改造的必要性

汽輪機監測儀表（TurbineSupervisoryInstruments，簡稱TSI）被廣泛用來測量汽機本體的振動、轉速、位移等非電量信號，并將其轉化為電信號后供遠傳顯示，向保護系統提供跳閘信號。因此，TSI 對于汽輪發電機組的安全穩定運行具有至關重要的作用。一套可靠的TSI 監控系統，既要做到一旦需要立即動作，又要防止因系統本身異常引起的誤動。

某電廠2 號機組運行2 年多，2 號機組TSI 系統使用的是2014 年12 月韋伯瑞華生產的VM600，出廠邏輯設計理念為設備優先，邏輯保護設定為軸振單點跳機保護，即任意一點軸振滿足跳機值即發出跳機開關信號指令，輸出1 路繼電器到DCS 系統觸發停機保護邏輯。由DEH 控制機組停機，投產前與主機廠協商變更為軸振單點跳機“與”同任意其他方向的軸振測點報警后輸出跳機開關指令進行機組安全保護。例：1 號軸瓦X 向軸振達到高高值250 μm 輸出停機指令給DCS，由DCS 停機。

某電廠TSI 設備保護監測卡件通道布置為每塊卡件分布2 塊瓦的4 個軸振測點，如表1 所示。

表1 軸振測點卡件通道

3 技改原因

從TSI 邏輯的發展和完善，由于電子設備故障無法判斷什么時候出現，假設Slot3 槽的模塊故障或異常時，該塊卡件的1 號軸瓦和2 號軸瓦上的4 個軸振測點均無法監測，這時候就會導致1 瓦和2 瓦的振動狀態和振動大小無法監測，無法監測機組運行時1 號軸瓦和2 號軸瓦是否安全運行，給汽輪機組正常運行帶來很大隱患，嚴重時可能會產生機組保護的誤動或拒動，從而可能導致產生汽輪機組設備損壞的重大風險。

根據《防止電力生產事故的二十五項重點要求》（“防止分散控制系統控制、保護失靈事故”中9.1.4 要求重要參數測點、參與機組或設備保護的測點應冗余配置，冗余I/O 測點應分配在不同模件上）[2]，順應TSI的技術發展，應將每塊軸瓦上的測點排布在不同卡件上，避免某塊卡件故障該卡件4 個通道全部無法監測保護，即使某一模塊故障也可以監測任何一個軸瓦，從而為維護更換模塊贏得寶貴時間，減少安全隱患。

設備系統穩定性和數據有效性要求逐步提高，近年來各地技術監督局開始對在線TSI 設備的穩定性、安全性提出更高要求。所以很多企業為了避免因儀器故障而間斷數據傳輸，采用了通道分散式的系統排布。

4 技術改造方案與實施

4.1 硬件安裝

本次技術改造內容為增加4 套TSI MPC4 卡件，通過盤柜內部變更TSI 通道排布，原系統中的卡件位置不變，最終位置如表2 所示（灰色部分為新添加卡件）。

表2 改造后軸振測點卡件通道

增加1 塊智能繼電器卡件IRC4 先進的16 位微控制器驅動繼電器卡。可處理從VM600 框架來的復雜方程邏輯（最高達86 離散輸入），其非常適合處理的2 或3 的投票邏輯。接線變更，最終位置見圖1。

圖1 卡件接線位置

4.2 組態變更

4.2.1 完成框架組態

首先，設定IRC4 的槽位地址：然后打開MPS1軟件，目前只能使用RLC16（可以是多塊）作為IRC4 的替身完成組態。

例如本工程中IRC4 安裝在SLOT15，為了要完成振動邏輯組態，在SLOT1/2/15 都使用了RLC16。邏輯組態的原則就是要讓IRC4 要用到的信號名稱獨占一條OC BUS 或者RAW BUS，這樣在總線組態時就必須要手動分配總線。

組態完成后，在MPS1 組態目錄下，找到對應的組態文件。如1000 MW.db 文件夾下的VM600.rck文件，使用DisplayRaw.exe 軟件生成總線清單[3]。

4.2.2 編寫邏輯組態

IRC4 的邏輯組態要用EXCEL 軟件按照既定的規則完成，VM 提供了文件樣本，只需要往里面填寫內容就可以了。這里需要主要的是：繼電器邏輯組態也是有限制的，執行編譯以后的單條邏輯長度不能超過512 字節。EXCEL 文件如圖2 所示。

圖2 EXCEL 文件邏輯

EXCEL 文件邏輯說明：保護邏輯為某個軸振的高高報警250 μm“與And”其他測點的150 μm 高報警，同時滿足2 個條件觸發保護動作，同時繼電器模塊冗余輸出2 路停機指令。

具體邏輯如下：

{1X 高高+（1Y 高報or2X 高報or2Y 高報or3X高報or3Y 高報or4X 高報or4Y 高報or5X 高報or5Y 高報or6X 高報or6Y 高報or7X 高報or7Y 高報or8X 高報or8Y 高報）}，條件滿足輸出停機指令。

{1Y 高高+（1X 高報or2X 高報or2Y 高報or3X高報or3Y 高報or4X 高報or4Y 高報or5X 高報or5Y 高報or6X 高報or6Y 高報or7X 高報or7Y 高報or8X 高報or8Y 高報）}，條件滿足輸出停機指令。

IRC4 Configurator 完成組態

點擊“Settings”，設置缺省文件夾和組態串口號，設置完成，點擊“Save”。

導入文件：點擊“Import Files”，彈出對話框，再點擊“Choose VM600 Excel File”，選擇前面準備好的邏輯組態文件，如SLOT15.xls。軟件會分析組態，如果有問題會報錯。

然后點擊“Choose MPS Rack File”，如VM600.rck導入完成后，點擊“OK”。分析文件點擊“File Analyse”，成功后如果邏輯有錯，會有紅字提示。需要重新修正Excel 文件，再重頭來過。

生成邏輯代碼：點擊“LI Code Generator”，成功后代碼顯示在“LI Code”框內，同時“Logic Simulation”按鈕點亮，就可以驗證邏輯組態的正確性了。如果有錯，如Code Size 超過512 字節等，會有紅字提示。需要重新修正Excel 文件，再重頭來過。

3.4 下裝組態：選中要下裝的槽位號如SLOT15，點擊“Start Download”，完成后點擊“Quit”。

5 整體測試

使用模擬信號發生器挨個通道測試組態的正確性，保證組態無誤，下裝后模擬量信號正常，保護信號能夠正確動作。直流分量可采用在回路中串聯一個9 V 干電池的方法來滿足要求, 交流分量使用信號發生器的頻率輸出信號, 通過改變頻率信號的交流電壓幅值來仿真汽機軸系的振動幅度，這樣就可定量模擬出某個振動的報警值保護值[4]。

6 應用效果分析

1）“任一軸振的高高值250 um+”與“上任意一個軸振的高報150 um”同時滿足發出停機保護指令，較原保護方案提高了防范誤動的可能性，減少了機組誤動，保護生產設備的安全運行。

2）每個卡件僅使用2 個通道，備用2 個通道，每個卡件只接入1 個軸承瓦的X 向和Y 向軸振測點。

7 結語

提高TSI 設備穩定性，軸振監測保護動作可靠，運行監視安全有效。而本次技術改造可有效減少某卡件故障而中斷機組振動保護的可能性，大大提高了系統的穩定性。能很大程度上減少因為系統維護而導致的數據傳輸間斷。降低備件購買和運行維護成本，保證機組安全穩定的運行，對機組發電效益的影響無法估算。若由于保護信號誤動非停一次，不考慮機組非停對設備的損失，只從機組非停影響電量、兩個細則考核、啟停機消耗方面至少影響效益上百萬元。改造后原卡件也給其他測點提供了備用通道，節省下的通道也相當于減少企業的支出。