米立海

(華北電力大學(xué)，河北 保定 071000)

大型汽輪機(jī)組是火力發(fā)電廠(chǎng)最重要的設(shè)備之一，為確保汽輪發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行，在機(jī)組上裝設(shè)各種安全監(jiān)視系統(tǒng)和汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)。安全監(jiān)視系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)或運(yùn)行過(guò)程中，連續(xù)監(jiān)視各種重要的熱工參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)異?；蚬收衔＜捌啺l(fā)電機(jī)組的安全時(shí)，汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)立即動(dòng)作，關(guān)閉主汽門(mén)和調(diào)速汽門(mén)，實(shí)行緊急停機(jī)，以保護(hù)機(jī)組的安全。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，以提醒運(yùn)行人員注意并采取相應(yīng)措施，避免故障擴(kuò)大化。華能邯峰電廠(chǎng)一期工程2臺(tái)660 MW機(jī)組汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)由德國(guó)西門(mén)子公司設(shè)計(jì)，在其設(shè)計(jì)中充分考慮如何防止汽輪機(jī)保護(hù)拒動(dòng)，并在不拒動(dòng)的情況下，采取措施保證機(jī)組不誤動(dòng)。由于西門(mén)子公司技術(shù)保密，軟件系統(tǒng)屬黑盒子方式，在應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)處理缺陷、分析故障帶來(lái)很多不便，因此對(duì)其特點(diǎn)及常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)特點(diǎn)

汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)由電子保護(hù)系統(tǒng)(Electronic Protection System，簡(jiǎn)稱(chēng) “EPS”)、汽輪機(jī)跳閘系統(tǒng)(Turbine Trip System，簡(jiǎn)稱(chēng)“TTS”)和電液執(zhí)行器(Electrohydraulic Actuators，簡(jiǎn)稱(chēng)“EHA”)三部分組成。其中EPS由西門(mén)子分散控制系統(tǒng)TXP中的1個(gè)AP組成，按照設(shè)定的極限值監(jiān)視汽輪發(fā)電機(jī)組的跳閘參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)接近極限，EPS首先發(fā)出預(yù)跳閘報(bào)警信號(hào)；如果參數(shù)繼續(xù)超越直至達(dá)到跳閘值，EPS則發(fā)出汽輪機(jī)跳閘信號(hào)。TTS接收跳閘信號(hào)或手動(dòng)跳閘指令，送給電液執(zhí)行器跳閘電磁閥，電磁閥斷電使跳閘閥打開(kāi)，泄掉油動(dòng)機(jī)的油壓，閥門(mén)快速關(guān)閉切斷汽源，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)危急停車(chē)。

TTS按照高可用性原則設(shè)計(jì)，采用西門(mén)子公司S5-95F元件組成的故障-安全型自動(dòng)控制裝置AG-F，每個(gè)故障-安全型自動(dòng)控制裝置AG-F有2個(gè)基本控制單元(A1,B1/A2,B2)，由光纜將其相互連接起來(lái)形成2取2的冗余，2個(gè)基本控制單元同步工作，使用相同的用戶(hù)程序。

TTS接收從保護(hù)系統(tǒng)送來(lái)的跳閘信號(hào)，通過(guò)控制跳閘電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的保護(hù)功能。為防止保護(hù)系統(tǒng)拒動(dòng)，汽輪機(jī)的每個(gè)截止閥、控制閥都設(shè)有2個(gè)專(zhuān)用的跳閘電磁閥。這些電磁閥按照斷電流工作原理和2選1邏輯來(lái)工作，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，電磁閥帶電，接通高壓供油，截?cái)嘈褂屯ǖ?，閥門(mén)按照控制信號(hào)的大小開(kāi)啟或關(guān)閉。一旦有1個(gè)電磁閥失電，將截?cái)喔邏汗┯?，打開(kāi)泄油通道，使跳閘閥失壓打開(kāi)，泄掉油動(dòng)機(jī)里的液壓油，油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)閥門(mén)快速關(guān)閉，切斷汽源。

為防止誤動(dòng)，每個(gè)汽輪機(jī)專(zhuān)用跳閘電磁閥都設(shè)有2個(gè)獨(dú)立的電磁繞組，任意1個(gè)繞組通電即可保證跳閘電磁閥處于吸合狀態(tài)，也就是說(shuō)只有當(dāng)2個(gè)繞組都失電時(shí)才使跳閘電磁閥失磁跳閘。TTS采用冗余配置，2套TTS的跳閘輸出指令分別控制1個(gè)電磁閥的2個(gè)繞組，只有當(dāng)2套TTS都發(fā)出跳閘指令時(shí)，才會(huì)使跳閘電磁閥失磁跳閘，2套TTS均是按照2選2邏輯關(guān)系工作的。這樣當(dāng)1套TTS發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)使保護(hù)動(dòng)作造成誤動(dòng)，如果其中1套TTS由于故障原因失去保護(hù)功能時(shí)，另外1套TTS按1選1方式工作。

2 核心技術(shù)要點(diǎn)

2.1 EPS跳閘準(zhǔn)則

EPS跳閘信號(hào)通過(guò)硬接線(xiàn)連到TTS，EPS的跳閘輸出指令通過(guò)6個(gè)開(kāi)關(guān)量通道送至TTS，每3個(gè)指令信號(hào)分為一組，共分成2組跳閘指令。6個(gè)通道分別連接到每個(gè)S5-95F中央處理單元A、B上，2組跳閘信號(hào)分別在TTS內(nèi)經(jīng)3選2邏輯運(yùn)算后啟動(dòng)停機(jī)邏輯。為保證EPS和TTS的可靠連接，每間隔1 h，S5-95F都要發(fā)出指令對(duì)這6個(gè)通道進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，以判斷系統(tǒng)連接是否正常。檢測(cè)程序也可以通過(guò)子機(jī)架上的按鈕手動(dòng)啟動(dòng)。檢測(cè)程序逐一對(duì)6個(gè)通道進(jìn)行檢查，確認(rèn)1個(gè)通道正常之后，方才進(jìn)行下1個(gè)通道檢測(cè)，若檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)通道故障，則停止自動(dòng)檢測(cè)，并向操作員站發(fā)出報(bào)警信息。

EPS中的跳閘準(zhǔn)則有：潤(rùn)滑油壓力低(3選2)、凝汽器真空低(3選2)、汽機(jī)軸向位移超限(3選2)、凝汽器水位高(3選2)、排汽溫度高(3選2)、汽機(jī)軸承溫度高(3選2)、軸承振動(dòng)大(2選2)、發(fā)電機(jī)套管箱液位高(3選2)、發(fā)電機(jī)冷氫溫度高(3選2)、潤(rùn)滑油箱油位超限(3選2)、發(fā)電機(jī)冷卻水溫度高(3選2)、發(fā)電機(jī)定子冷卻水流量低(3選2)、發(fā)電機(jī)三相套管冷卻水流量低(3選2)、火災(zāi)保護(hù)按鈕動(dòng)作(6選1)、手動(dòng)排氫按鈕動(dòng)作(2選1)等。

2.2 主燃料跳閘

主燃料跳閘是機(jī)組大連鎖保護(hù)之一，為保證可靠動(dòng)作，主燃料跳閘信號(hào)通過(guò)2條硬接線(xiàn)連到TTS上，其中任何一個(gè)信號(hào)觸發(fā)都將導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘。

2.3 發(fā)電機(jī)跳閘

發(fā)電機(jī)跳閘是機(jī)組大連鎖保護(hù)之一，為保證可靠動(dòng)作，發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)跳閘信號(hào)通過(guò)2條硬接線(xiàn)連到TTS上，其中任何一個(gè)信號(hào)觸發(fā)都將導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘。

2.4 啟動(dòng)裝置

啟動(dòng)裝置是DCS中的一個(gè)設(shè)定值控制塊，它的輸出控制著汽輪機(jī)主汽門(mén)和調(diào)速汽門(mén)上跳閘電磁閥和先導(dǎo)電磁閥的動(dòng)作。當(dāng)啟動(dòng)裝置的輸出大于12.5%時(shí)，復(fù)位跳閘信號(hào)，汽輪機(jī)掛閘；大于22.5%時(shí)，主汽門(mén)跳閘電磁閥帶電；大于32.5%時(shí)，調(diào)速汽門(mén)跳閘電磁閥帶電；大于42.5%時(shí)，截門(mén)先導(dǎo)電磁閥失電，主汽門(mén)打開(kāi)。當(dāng)啟動(dòng)裝置的輸出小于37.5%時(shí)，主汽門(mén)先導(dǎo)電磁閥帶電，主汽門(mén)關(guān)閉；小于27.5%時(shí)，調(diào)速汽門(mén)跳閘電磁閥失電；小于17.5%時(shí)，主汽門(mén)跳閘電磁閥失電；小于7.5%時(shí)，汽輪機(jī)跳閘系統(tǒng)中的跳閘信號(hào)置位。

4.創(chuàng)新性原則。僵化和固化的評(píng)價(jià)不僅僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)評(píng)績(jī)效，反而會(huì)阻滯大學(xué)生綜合素質(zhì)的改善和提升。創(chuàng)新原則可以從多個(gè)方面加以改進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)合理引導(dǎo)的功能，如將學(xué)生作為主體參與設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一套新的綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)方法，等等。

2.5 超速保護(hù)

為保證超速保護(hù)的可靠性，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量回路由6個(gè)測(cè)速傳感器組成，3個(gè)為一組構(gòu)成一套超速保護(hù)回路，對(duì)于每個(gè)超速保護(hù)回路而言，其動(dòng)作條件為：任意2個(gè)通道處于跳閘狀態(tài)；一個(gè)通道處于跳閘狀態(tài)，另一轉(zhuǎn)速通道故障；任意2個(gè)轉(zhuǎn)速通道故障。

為檢測(cè)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的工作情況是否正常，每間隔1 h，S5-95F都要發(fā)出指令對(duì)這6個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量通道進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。通道檢測(cè)時(shí)，分別選擇測(cè)試頻率3 303 r/m和3 295 r/m對(duì)單一通道發(fā)出測(cè)試信號(hào)，當(dāng)選擇3 303 r/m時(shí)，測(cè)試通道將發(fā)出超速報(bào)警信號(hào)；當(dāng)選擇3 295 r/m時(shí)，測(cè)試通道的狀態(tài)不變。為避免超速跳閘，S5-95F將在一個(gè)通道測(cè)試完成，并確認(rèn)動(dòng)作正確后再進(jìn)行下一個(gè)通道的測(cè)試，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某通道動(dòng)作不正常時(shí)，測(cè)試程序?qū)⒅兄?，以等待相關(guān)人員檢查。測(cè)試程序也可以通過(guò)按鈕手動(dòng)激活，但不影響自動(dòng)測(cè)試程序。

為確保超速保護(hù)不拒動(dòng)，西門(mén)子公司還設(shè)計(jì)了一套硬件超速保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)際上是由多個(gè)繼電器搭接起來(lái)的3取2回路，各通道未超速信號(hào)經(jīng)過(guò)硬件3選2電路后，將產(chǎn)生2個(gè)信號(hào)帶動(dòng)相應(yīng)的硬件超速繼電器。當(dāng)硬件超速保護(hù)動(dòng)作時(shí)，硬件超速繼電器失電，直接截?cái)嗵l電磁閥的電源，使汽輪機(jī)組跳閘。由此可見(jiàn)，硬件超速保護(hù)系統(tǒng)是完全獨(dú)立于TTS的，當(dāng)硬件超速保護(hù)動(dòng)作時(shí)，不論TTS是否發(fā)出跳閘信號(hào)，都會(huì)保證汽輪機(jī)跳閘正常動(dòng)作。

2.6 手動(dòng)打閘

手動(dòng)打閘是汽輪機(jī)保護(hù)必需的后備手段。手動(dòng)打閘按鈕共有2個(gè)，一個(gè)在主控室控制臺(tái)上，另一個(gè)在汽輪機(jī)機(jī)頭處。手動(dòng)打閘信號(hào)也有2條硬接線(xiàn)連到TTS上，只是將2個(gè)跳閘按鈕的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)使用，按下任何一個(gè)手動(dòng)打閘按鈕，都將同時(shí)觸發(fā)2個(gè)手動(dòng)打跳閘信號(hào)，任何一個(gè)手動(dòng)打閘信號(hào)觸發(fā)都將導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘。

2.7 通信總線(xiàn)傳送的跳閘準(zhǔn)則

TTS和DCS間有2條總線(xiàn)進(jìn)行通信，也有跳閘準(zhǔn)則是通過(guò)總線(xiàn)傳送到TTS的，分別為控制油箱油位低(3選2)、控制油壓力低(3選2)和控制油緊急停按鈕動(dòng)作(2選1)。另外，2條總線(xiàn)同時(shí)故障時(shí)，也將導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘。

2.8 閥門(mén)快關(guān)模式

閥門(mén)快關(guān)模式是由主機(jī)DEH系統(tǒng)發(fā)出的短時(shí)跳閘信號(hào)，閥門(mén)快關(guān)信號(hào)只作用于調(diào)速汽門(mén)，截止門(mén)不需要快關(guān)功能。當(dāng)由于電氣故障導(dǎo)致斷路器跳閘時(shí)，網(wǎng)上負(fù)荷瞬間減小為0，DEH系統(tǒng)檢測(cè)到負(fù)荷變化率超出限值時(shí)會(huì)觸發(fā)負(fù)荷中斷信號(hào)，輸出閥門(mén)快關(guān)信號(hào)至TTS，由TTS執(zhí)行調(diào)速汽門(mén)快關(guān)功能。閥門(mén)快關(guān)模式激活時(shí)使汽輪機(jī)調(diào)速汽門(mén)快關(guān)一小段時(shí)間(一般為幾秒鐘)，快關(guān)結(jié)束后恢復(fù)正常的調(diào)節(jié)方式，在動(dòng)作過(guò)程中截止門(mén)全開(kāi)保持不動(dòng)，這是在電網(wǎng)異常工況下保護(hù)汽輪機(jī)安全的重要手段。

3 系統(tǒng)常見(jiàn)故障處理

a.備用鋰電池問(wèn)題。在備用鋰電池失效的情況下，西門(mén)子TTS的CPU是無(wú)法啟動(dòng)的。有時(shí)雖然CPU上的電池故障報(bào)警并沒(méi)有發(fā)出，但實(shí)際上當(dāng)備用鋰電池應(yīng)用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，CPU仍然會(huì)認(rèn)為電池故障無(wú)法啟動(dòng)。建議定期更換TTS的備用鋰電池，更換周期建議為1年。

b.單個(gè)保護(hù)系統(tǒng)死機(jī)。由于每個(gè)保護(hù)系統(tǒng)都包含2個(gè)CPU，采取2選2的原理工作，任何一個(gè)CPU死機(jī)都會(huì)導(dǎo)致冗余的CPU同時(shí)死機(jī)，也就是說(shuō)，單獨(dú)啟動(dòng)某一個(gè)CPU是不可能的。在機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，如果發(fā)生單個(gè)保護(hù)系統(tǒng)死機(jī)，只會(huì)導(dǎo)致跳閘電磁閥2個(gè)繞組中的1個(gè)繞組失電，不會(huì)造成汽輪機(jī)跳閘。經(jīng)試驗(yàn)，對(duì)單個(gè)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行重啟不會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行，但是死機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)重啟成功，不會(huì)使斷電的繞組自動(dòng)帶電。在DCS的邏輯中，啟動(dòng)裝置發(fā)給汽輪機(jī)跳閘系統(tǒng)的復(fù)位跳閘條件的信號(hào)(啟動(dòng)裝置大于12.5%)是一個(gè)脈沖量，只有當(dāng)汽輪機(jī)處于跳閘狀態(tài)時(shí)該信號(hào)才能發(fā)出。如果只是單個(gè)保護(hù)系統(tǒng)死機(jī)沒(méi)有造成汽輪機(jī)跳閘，重啟成功后由于復(fù)位跳閘條件的信號(hào)不能發(fā)出，其對(duì)應(yīng)的跳閘電磁閥的繞組仍然處于失電狀態(tài)。要解決這一問(wèn)題，需要技術(shù)人員在工程師站中對(duì)啟動(dòng)裝置的部分信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)制。

c.超速保護(hù)誤動(dòng)問(wèn)題。經(jīng)了解，使用西門(mén)子汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的許多電廠(chǎng)都曾發(fā)生超速保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題。如前所述，每間隔1 h，S5-95F都要發(fā)出指令對(duì)各轉(zhuǎn)速通道進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，某個(gè)通道進(jìn)行超速測(cè)試時(shí)，該通道是處于跳閘狀態(tài)的，此時(shí)若其它任何一個(gè)轉(zhuǎn)速通道故障就會(huì)造成超速保護(hù)誤動(dòng)。為減少超速保護(hù)誤動(dòng)的概率，建議將S5-95F程序中的轉(zhuǎn)速回路自動(dòng)檢測(cè)的時(shí)間間隔延長(zhǎng)。由于S5-95F計(jì)時(shí)器的固有特性所致，自動(dòng)檢測(cè)的時(shí)間最多可延長(zhǎng)為9 990 s，即不到3 h(如果想要更長(zhǎng)的時(shí)間間隔，必須考慮多個(gè)計(jì)時(shí)器串聯(lián)的方式)。另外，由于在機(jī)組運(yùn)行期間轉(zhuǎn)速探頭是不能更換的，建議在機(jī)組檢修時(shí)加裝一個(gè)備用轉(zhuǎn)速探頭。

d.單個(gè)跳閘按鈕誤動(dòng)問(wèn)題。在西門(mén)子的汽輪機(jī)保護(hù)信號(hào)中，有較多的事故按鈕，任何一個(gè)通道故障或信號(hào)誤發(fā)都可能導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)。這些按鈕包括：火災(zāi)保護(hù)按鈕(6選1)、手動(dòng)排氫按鈕(2選1)，手動(dòng)打閘(2選1)和控制油緊急停按鈕(2選1)。2003年10月，因某1個(gè)火災(zāi)保護(hù)信號(hào)抖動(dòng)，就曾經(jīng)導(dǎo)致河北邯峰發(fā)電有限責(zé)任公司2號(hào)機(jī)組停運(yùn)。對(duì)于這些保護(hù)按鈕信號(hào)，可以對(duì)保護(hù)邏輯進(jìn)行修改，如改為3選2或2選2，以降低保護(hù)誤動(dòng)的概率。

e.通信模件故障。西門(mén)子EPS與DCS通過(guò)2條L1總線(xiàn)進(jìn)行通信，部分跳閘準(zhǔn)則是通過(guò)L1總線(xiàn)傳送到TTS的，同時(shí)TTS的大部分報(bào)警信號(hào)也是通過(guò)這2條L1總線(xiàn)發(fā)送給DCS。2條L1總線(xiàn)同時(shí)故障時(shí)，將導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘，所以當(dāng)其中1條L1總線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，也是一個(gè)非常危險(xiǎn)的運(yùn)行工況。由于每條L1總線(xiàn)上包括1個(gè)通信處理器CP530、3個(gè)總線(xiàn)終端BT777等通信部件，想一次判斷出具體是哪個(gè)部件故障是比較困難的，一般采用排除法對(duì)故障部件進(jìn)行逐個(gè)排除。經(jīng)驗(yàn)證，在機(jī)組正常運(yùn)行的情況下，對(duì)單獨(dú)一條L1總線(xiàn)上的通訊部件進(jìn)行檢修操作是不會(huì)影響機(jī)組安全運(yùn)行的。

4 結(jié)束語(yǔ)

西門(mén)子公司汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還是比較科學(xué)、合理的，通過(guò)EPS、TTS、跳閘電磁閥的冗余設(shè)置，以及保護(hù)準(zhǔn)則中的3選2或2選2的冗余方式，它可以有效的防止保護(hù)拒動(dòng)，也可以最大限度的防止保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)EPS中部分邏輯進(jìn)行的修改，可以增加該保護(hù)系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。

本文責(zé)任編輯：王麗斌