丁俊宏，孫長生，張 寶

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

1 汽輪機ETS的主要功能和構成

汽輪機危急跳閘系統(tǒng)（Emergency Trip Sys tem，簡稱ETS）是在汽輪機運行出現異常時，能采取必要措施進行處理，當異常情況繼續(xù)發(fā)展到可能危及設備和人身安全時，能立即停止汽輪機運行的保護系統(tǒng)。其主要任務是監(jiān)視對汽輪機組安全有重大影響的參數，當參數超過安全限定值時，系統(tǒng)能通過AST（汽輪機危急遮斷裝置）電磁閥失電泄壓汽輪機危急遮斷油，快速關閉汽輪機全部蒸汽進汽閥門以實現緊急停機。

ETS系統(tǒng)硬件主要包括測量和試驗模塊、控制（器）機柜和操作盤以及現場執(zhí)行機構（電磁閥遮斷模塊和機械遮斷裝置）等。ETS系統(tǒng)保護條件主要有：潤滑油壓力低、真空低、EH油壓力低、軸向位移大、振動大、差脹大、汽機超速、發(fā)電機故障、汽機軸承溫度高、汽機排汽溫度高、高排壓比低、DEH故障以及手動停機等。不同類型機組的保護條件有所不同。

2 近年來本省火電廠與ETS系統(tǒng)有關的異常案例

（1）2006年4月 27日，某廠 3號機組由于ETS系統(tǒng)PLC卡件電源設計存在缺陷，導致雙路24VDC電源同時跳閘，“超速”、“凝汽器真空低低”、“軸承油壓低低”和“EH油壓低低”4個輸入常閉信號同時動作，汽機跳閘。

（2）2008年1月8日，某廠6號機進行ETS系統(tǒng)定期試驗時機組跳閘?，F場檢查發(fā)現2號凝汽器真空低開關（PS5216）和3號凝汽器真空低開關（PS5217）安裝位置交叉，導致在按下凝結器真空“通道1”試驗按鈕時，1號真空低開關、2號凝汽器真空低開關均動作。

（3）2008年1月11日，某廠2號機跳閘，跳閘首出原因為EH油壓低?，F場檢查發(fā)現，2號機機頭EH油通道試驗模塊處有大量EH油噴出，系EH油通道試驗模塊進油手動截止閥處的“O”型圈被沖破。

（4）2008年2月14日，某廠4號機組在正常帶負荷運行時跳閘，MFT首出信號為“汽機跳閘”，原因為“危急遮斷油壓力低”。由于ETS設備老舊并且SOE（事件順序記錄）功能不正常，本次故障的原因最終無法查清。

（5）2008年12月8日，某廠6號機組在線通道試驗中ETS系統(tǒng)故障跳閘。分析認為與熱工人員蓋PLC卡件面板時晃動了通信電纜有關。該PLC系統(tǒng)的CPU雖有冗余，但CPU至PLC I/O為單路通信。如果RIO DROP（I/O站通信卡件）同軸電纜連接頭松動，會造成控制站和I/O站之間的通信瞬間不正常。

（6）2008年12月22日，某廠3號機組在正常帶負荷運行時跳閘。DCS畫面上MFT的首出原因為汽機跳閘。事后機務和熱工專業(yè)進行了原因分析，但由于ETS系統(tǒng)由繼電器搭接構成，難以查找具體原因。

（7）2009年5月27日，某廠2號機組運行中因2F5 DI板通道故障，造成“并網開關1”、“掛閘1”信號狀態(tài)跳變。在更換“并網開關1”信號通道的過程中，OPC（超速保護控制）保護動作，調門關閉后無法開啟，運行人員手動停機。事后分析發(fā)現該OPC保護板存在硬回路單點保護的隱患。

（8）2009年7月6日，某廠5號機組在進行每月定期ETS通道試驗時，由于軸位移保護信號尚未恢復，而運行人員誤碰了“退出試驗”按鈕，導致機組跳閘。

上述ETS系統(tǒng)故障或誤動事件發(fā)生的原因主要有現場接線錯誤、系統(tǒng)老舊、系統(tǒng)本身存在缺陷以及操作不熟練等，說明ETS系統(tǒng)運行或檢修維護仍存在薄弱環(huán)節(jié)。因此有必要就ETS系統(tǒng)硬件配置及投切裝置、系統(tǒng)電源、控制器通信、定期試驗、緊急停機裝置和信號保護回路等方面進行分析，針對存在的故障隱患提出相應的改進措施。

3 故障類型及改進措施

3.1 硬件配置

3.1.1 硬件配置分類及投切方式

作為汽輪機的重要保護系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)、低壓保安系統(tǒng)和高壓遮斷模塊基本采用汽輪機廠或配套廠家提供的設備。浙江省內火電機組ETS控制裝置基本采用DCS（含硬件卡件）或PLC系統(tǒng)構成，主要有新華、上汽（PLC）、東芝、西屋和東汽日立等，個別機組仍然采用繼電器構成邏輯回路的硬件配置。用繼電器搭接的邏輯回路存在中間接線多、邏輯修改困難、長期使用后繼電器老化明顯等問題，不利于事故分析。

保護投切方法主要有鍘刀/開關開合強制、軟投切開關、短接線/拆線強制或者上述方法混合使用。軟投切開關直觀可靠，采用鍘刀/開關開合強制的方式時，如果鍘刀/開關觸點接觸不可靠，有可能出現保護“假投入”的現象。短接線/拆線強制方式在操作時需要明確保護輸入信號是采用常閉還是常開接點形式，避免運行中進行強制時發(fā)生誤操作。

3.1.2 改進措施

（1）有條件時對采用繼電器搭接邏輯的ETS系統(tǒng)進行系統(tǒng)升級改造。

（2）采用鍘刀/開關開合強制的硬回路投切方式時，應在畫面上顯示投切回路的位置，確保保護投切可靠。

（3）聯鎖試驗單上應明確正常運行中的保護輸入信號接點形式。

3.2 系統(tǒng)電源

3.2.1 電源配置方式

ETS控制柜電源配置方式主要有2種：上汽機組和北重機組采用2路220 VAC冗余電源、東汽/東芝機組采用1路220 VAC加1路110 VDC構成冗余電源。ETS系統(tǒng)控制器和卡件電源應保證冗余配置。上汽機組ETS系統(tǒng)雖然考慮了24 VDC電源雙路備用，但出線側并接方式使雙路電源在卡件側短路或過載故障時會連帶發(fā)生異常，導致雙路電源都無法正常工作。該設計缺陷曾導致2006年某廠3號機組雙電源跳閘，最終機組跳閘。事后進行了電源系統(tǒng)完善改造，增加了2塊電源裝置，并將其出線分為2路，使常閉信號的2個通道做到分卡件且分電源布置，提高了設備的抗風險能力。

由于東汽/東芝機組的220 VAC單路電源轉換為100 VAC供給與上位機的通訊模塊，一旦失電，將無法監(jiān)控DEH/ETS系統(tǒng)，存在一定的安全隱患。部分機組在機組投運后未進行冗余電源的切換試驗，也有部分機組未做全部控制器斷電的ETS保護動作試驗。

AST電磁閥電源配置方式主要有2種：兩組電源（一通道1號和3號電磁閥一組，二通道2號和4號電磁閥一組），或冗余電源經切換后供給每只電磁閥一路電源的方式。由于AST電磁閥基本采用帶電運行、失電保護動作的方式，電源是否可靠將直接影響保護的可靠動作。湖北某電廠300 MW機組ETS保護系統(tǒng)的AST電磁閥因電源設計存在的分組接線錯誤和電源冗余切換時間超過50 ms的問題，曾導致機組2次跳閘。為了保證2組電磁閥的電源完全獨立，應避免電纜絕緣破損或短路，控制柜到就地各電磁閥的電纜應采用耐高溫屏蔽電纜并且不能共用。檢修時，可通過AST電磁閥電源失電試驗，驗證各路電源回路接線和對應關系是否正確。

3.2.2 改進措施

根據《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》，控制系統(tǒng)必須定期進行電源冗余切換試驗。

（1）建議將控制柜電源冗余切換和全部控制器斷電ETS動作檢查作為機組A修的必要試驗記錄項目，確保ETS系統(tǒng)運行正常。機組檢修后應進行AST電磁閥電源失電試驗。

（2）上汽機組ETS系統(tǒng)電源原設計缺陷應盡快改造完善，以提高系統(tǒng)的可靠性。

（3）電磁閥控制電纜和汽機高溫區(qū)域信號電纜應采用耐高溫屏蔽電纜，控制電纜有共用時盡快加以整改。

（4）東汽/東芝機組與上位機通訊模塊的電源應改造為冗余供電方式。

（5）部分機組存在ETS系統(tǒng)電源失電或電壓故障報警不完善的問題，建議將ETS系統(tǒng)各路輸入電源故障用機組大屏光字牌報警，確保機組運行檢修安全。

3.3 控制器通信

3.3.1 控制器冗余配置

作為保護汽輪機安全的最后手段，ETS系統(tǒng)配置的可靠性要求很高?？刂破鰿PU的配置要求有冗余，配置方式一般有并列運行、主副冗余和三重冗余。CPU與I/O卡件的配置方式為1塊CPU對應1組卡件和2塊CPU共用1組卡件2種。冗余CPU分別對應一組卡件做到了控制單元的真正獨立，2塊冗余的CPU與各自卡件的通信信號同時發(fā)生異常的概率相對較小，可靠性較高。而2塊CPU共用一組卡件則需要通過轉接器進行通信連接，轉接器工作失?；驍嗑€時，2組CPU的信號可能發(fā)生變化導致異常。例如某廠6號機組運行中曾發(fā)生同軸電纜接頭松動，造成控制站和I/O站之間的通信信號瞬間不正常，最終導致機組跳閘。在對全省發(fā)電廠進行的調查中，發(fā)現部分機組未明確記錄ETS控制器冗余切換試驗的情況。3.3.2 改進措施

（1）定期進行控制器及通信冗余功能切換試驗，并對卡件接線及通信接頭進行緊固。

（2）對冗余CPU共用1組卡件的配置方式，應考慮增加冗余通信回路，消除由于中間轉接器造成的通信瓶頸。

3.4 定期試驗

3.4.1 試驗項目及方式

ETS定期試驗可以驗證潤滑油壓低、真空低、EH油壓低以及軸向位移大等重要保護回路動作的可靠性。由于運行中進行在線通道試驗存在一定風險，各電廠對此項試驗都比較謹慎，并制定了相應的聯鎖操作卡。但個別電廠仍曾多次出現試驗中機組跳閘的事件。如上述某廠5號機組ETS通道在線試驗時因誤按退出試驗按鈕導致的跳閘事件。因此，試驗周期、試驗閉鎖和試驗方式等還需進一步完善。

ETS通道在線試驗（AST電磁閥試驗）的試驗周期目前各廠并不統(tǒng)一，運行規(guī)程的要求也有每季度1次、每6周1次、每月1次、每2周1次、每1周1次等多種，個別廠則在大小修時進行。試驗操作途徑有2種：與DEH一體化的ETS系統(tǒng)是在DEH操作員站進行，采用獨立PLC的ETS系統(tǒng)則使用觸摸屏試驗面板。由于觸摸屏試驗面板面積偏小，平時較少使用，運行人員的操作不太熟練，從而容易造成如上述電廠ETS通道試驗時誤碰退出試驗按鈕而導致機組跳閘的情況。

在線試驗有2種方式：只進行AST電磁閥動作試驗，或對重要保護信號與AST電磁閥的保護回路進行試驗。AST電磁閥動作試驗確保了電磁閥動作正常，重要保護信號與AST電磁閥的保護回路試驗則同時驗證了保護信號的正確性和電磁閥的動作是否正常，因而可靠性更高，但試驗周期還有待商討。因為檢修后開機前的聯鎖試驗已經確認了保護回路邏輯的可靠性，機組運行時定期試驗的目的主要是檢查保護及測量信號和AST電磁閥動作的可靠性。

ETS在線試驗前應確保沒有跳閘信號。ETS試驗進行中如果跳閘信號存在，應閉鎖退出試驗按鈕功能，但目前部分機組還存在閉鎖功能不全的問題。

通道試驗時，ASP油壓指示一般采用壓力開關和壓力變送器，部分電廠為了方便就地觀察油壓，增裝了彈簧管式壓力表。另外在隔膜閥上也設置了壓力表以指示壓力。但由于彈簧管式壓力表或接頭容易出現泄漏，因此也增加了因泄漏而導致機組跳閘的可能。

3.4.2 改進措施

（1）在系統(tǒng)采購或改造時，應考慮在DEH操作員站的ETS在線試驗操作功能。對采用觸摸屏的操作面板畫面進行優(yōu)化，防止誤碰。

（2）為了減少人為因素或試驗模塊內部機械故障造成的通道試驗異常，可以探討采用AST電磁閥動作試驗和重要保護信號試驗分別驗證的試驗方式。

（3）聯鎖試驗時如果跳閘信號存在，應確認退出試驗按鈕的功能是否可靠閉鎖。

（4）運行中應注意檢查系統(tǒng)壓力表接頭的泄漏情況，并選擇使用可靠性較高的壓力表。

3.5 緊急停機裝置

3.5.1 緊急停機裝置作用方式

在汽機保護系統(tǒng)動作失靈或需要人為停機時，運行人員可通過操作緊急停機裝置保證汽輪機能夠立即停機。緊急停機裝置包括就地機械式緊急停機裝置和集控室緊急停機按鈕2種方式。

就地機械式緊急停機裝置采用直接壓、旋轉加拉壓或扳動的操作方式。大部分電廠對緊急停機裝置及動作位置都會做好相應的標識，但也有個別電廠缺少操作手柄或按鈕的保護罩殼，存在誤碰的可能。

集控室緊急停機按鈕有按1個按鈕、同時按2個按鈕以及旋轉鑰匙等幾種操作方式，操作按鈕上均有保護罩殼。如果緊急停機按鈕旁邊還有其它操作按鈕時，緊急情況下采用同時按下2個按鈕的操作方式可以減小因誤碰按鈕導致的誤操作。要保證在汽機保護系統(tǒng)失靈的情況下實現停機，停機按鈕信號必須直接接入AST跳閘電磁閥的硬接線回路。部分電廠采用按鈕信號經過ETS系統(tǒng)再控制AST電磁閥的方式，不能保證ETS系統(tǒng)失靈時的緊急停機。

3.5.2 改進措施

（1）增加就地操作手柄或按鈕的保護罩殼。

（2）應盡可能考慮采用2個按鈕同時按下的停機操作方式，按鈕信號也應直接接入AST電磁閥硬接線回路。

3.6 保護信號回路

3.6.1 保護信號取樣方式

機爐電大聯鎖保護邏輯是通過硬接線與鍋爐FSSS系統(tǒng)以及電氣保護裝置連接構成的重要保護。進入ETS系統(tǒng)的保護信號有MFT聯跳汽機信號和電氣保護動作聯跳汽機信號。部分機組采用單個常開接點接入，存在一路信號接點故障或接線松動時保護就將拒動的可能。

潤滑油壓低保護、EH油壓低保護和真空低保護通常采用4只壓力/真空開關“兩或后兩與”的保護邏輯或3只壓力/真空開關“三取二”的保護邏輯。目前部分機組還存在共用同一根取樣母管的情況，當其中1只表計接頭泄漏時容易造成所有的冗余信號誤動。

3.6.2 OPC保護

OPC保護是在汽輪機轉速達到某個設定轉速時，關閉調門以防止超速并使汽輪機運行在額定轉速的保護功能。GE新華公司的早期DEH系統(tǒng)中，其OPC保護硬接線回路存在安全隱患，即OPC超速保護采用1塊主卡和3塊測速卡組成。保護功能有軟回路和硬回路2種，且并列運行。在軟邏輯回路中并網信號為二取一，只要有一副并網信號接點正常即可。但在硬接線回路中取的是“并網開關1”信號，只要“并網開關1”接點斷開，OPC的硬保護回路就會動作。隨著系統(tǒng)運行時間的延長，卡件的故障概率在增加，從而使OPC保護誤動或拒動的可能性也相應增加。

3.6.3 改進措施

（1）增加一路硬接線信號作為汽機聯鎖跳閘的輸入接點，以防止拒動，提高保護的可靠性。

（2）在條件允許時增加壓力取樣管路，確保測量信號回路真正獨立。取樣管路聯接應采用焊接方式。

（3）GE新華公司升級后的OPC系統(tǒng)采用三取二輸入和保護三取二輸出。待條件允許時應進行系統(tǒng)升級改造，并做好相應的故障處理預案。

4 結語

通過對浙江省火電廠汽輪機ETS系統(tǒng)的硬件配置、系統(tǒng)電源、緊急停機裝置、控制器通信等現場設備情況的比較分析，指出了目前存在的問題，并提出了相應的改進措施，有助于提高ETS系統(tǒng)運行維護的可靠性。

[1]陳永科.ETS系統(tǒng)存在的問題及對策[J].湖南電力2006，26（4）：26-27，36.

[2]朱北恒，孫長生，龔皓.火電廠熱工自動化系統(tǒng)試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.