俞友群，蔣宇軒

（浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司 ，浙江 嘉興 314201）

嘉興發(fā)電廠三期工程1 000 MW汽輪機(jī)的DEH系統(tǒng)采用德國(guó)SIEMENS公司T-3000控制系統(tǒng)，屬于擴(kuò)大型的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)，除汽輪機(jī)本體控制外，還涵蓋汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)的控制。該系統(tǒng)在應(yīng)用中暴露出不少問題，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患。為此，從基建階段開始，在了解同類型機(jī)組運(yùn)行中曾經(jīng)出現(xiàn)的問題、吸取其他發(fā)電廠經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展了提高其可靠性的研究，根據(jù)研究結(jié)果對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了完善。

1 初負(fù)荷運(yùn)算回路優(yōu)化

7號(hào)機(jī)組從第一次并網(wǎng)開始，就存在并網(wǎng)后不能迅速帶上初負(fù)荷和出現(xiàn)逆功率等現(xiàn)象，通常持續(xù)約15 s，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)25 s以上，嚴(yán)重影響機(jī)組安全性。8號(hào)機(jī)組并網(wǎng)后也發(fā)現(xiàn)了同樣的問題，咨詢廠家調(diào)試人員發(fā)現(xiàn)其他同類型機(jī)組也有類似情況存在。

發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后，為避免發(fā)電機(jī)逆功率動(dòng)作，需要帶上一定的初負(fù)荷，通常DEH系統(tǒng)在并網(wǎng)瞬間直接以增大流量指令方式來開大汽輪機(jī)調(diào)門。但T-3000系統(tǒng)的初負(fù)荷回路在并網(wǎng)瞬間并不是直接增加流量指令，而是將負(fù)荷設(shè)定值通過正常的PS（負(fù)荷設(shè)定）回路按照升負(fù)荷率逐步提升到初負(fù)荷值，再通過正常的NPR（負(fù)荷控制回路）進(jìn)行計(jì)算來開啟閥門。

T-3000 DEH控制系統(tǒng)接收3路功率信號(hào)，通過內(nèi)部三選回路（PEL）計(jì)算得到最終的功率信號(hào)。為保證機(jī)組安全，當(dāng)認(rèn)為3路功率信號(hào)出現(xiàn)故障、無法計(jì)算出準(zhǔn)確的負(fù)荷值時(shí)，會(huì)將最終的功率值認(rèn)定為1 500 MW，從而使計(jì)算回路中的實(shí)際功率始終大于負(fù)荷設(shè)定值，最終通過負(fù)荷回路計(jì)算后關(guān)閉汽輪機(jī)調(diào)閥。在機(jī)組并網(wǎng)瞬間，功率信號(hào)會(huì)有如圖1所示的1個(gè)3周（約3 s）的正弦干擾信號(hào)，最大值通?？蛇_(dá)到約150 MW，此時(shí)系統(tǒng)接收到的負(fù)荷信號(hào)為150 MW，或因?yàn)镻EL回路判斷負(fù)荷信號(hào)有故障，因而判定機(jī)組負(fù)荷信號(hào)為1 500 MW。

圖1 并網(wǎng)瞬間負(fù)荷波動(dòng)曲線

從圖1可以看到，3個(gè)功率信號(hào)在并網(wǎng)初期有3周的擾動(dòng)，持續(xù)約3 s。其中第一個(gè)波的尖峰值達(dá)到約160 MW，三選后的功率信號(hào)瞬間達(dá)到1 500 MW。因?yàn)镈EH系統(tǒng)初負(fù)荷設(shè)定值是按照一定的升負(fù)荷率逐步上升的，這種情況下，控制系統(tǒng)判斷實(shí)際功率大于負(fù)荷設(shè)定值，因此發(fā)關(guān)閉閥門指令，從而引起發(fā)電機(jī)逆功率，只有在功率信號(hào)恢復(fù)正常后，通過NPR回路運(yùn)算，才能逐步開大閥門，通常需要15～25 s才能消除逆功率。從圖1可以看到，OSB指令（DEH調(diào)節(jié)器送到調(diào)閥的流量指令）在并網(wǎng)瞬間明顯向下，因此，調(diào)閥開度關(guān)小，并網(wǎng)后的10 s多時(shí)間內(nèi)，功率一直為負(fù)值，即發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率。

為此，對(duì)負(fù)荷運(yùn)算回路的邏輯進(jìn)行修改：機(jī)組并網(wǎng)信號(hào)送入PEL運(yùn)算回路，在該運(yùn)算回路中增加1個(gè)PCL功能塊（脈沖發(fā)生器），1個(gè)NSW功能塊（數(shù)值轉(zhuǎn)換開關(guān)）。如圖2所示，電氣功率變送器送來的3個(gè)功率信號(hào)通過運(yùn)算后送入新增加的NSW功能塊，當(dāng)并網(wǎng)信號(hào)從0變?yōu)?時(shí)，PCL功能塊發(fā)出1 s的“1”脈沖，該信號(hào)送入NSW功能塊，進(jìn)行功率實(shí)際值切換，這1 s內(nèi)功率信號(hào)置為0 MW。1 s后，功率信號(hào)的擾動(dòng)消除，系統(tǒng)接收實(shí)際功率信號(hào)。本邏輯涉及的信號(hào)均從FM458邏輯中取信，運(yùn)算周期短，能迅速實(shí)時(shí)地響應(yīng)并網(wǎng)信號(hào)，屏蔽并網(wǎng)瞬間負(fù)荷擾動(dòng)。

進(jìn)行以上優(yōu)化后，消除擾動(dòng)的效果明顯。圖3為增加了切換回路的并網(wǎng)曲線，可以看到三選后的功率在并網(wǎng)瞬間保持為零，躲過第一個(gè)明顯的功率信號(hào)擾動(dòng)之后，在第二、第三個(gè)波處雖然有輕微的擾動(dòng)，但OSB指令能持續(xù)上升，在3個(gè)擾動(dòng)波過后，實(shí)際的功率信號(hào)已經(jīng)為正值，逆功率現(xiàn)象消失。

圖2 負(fù)荷三選邏輯

圖3 更改后并網(wǎng)瞬間負(fù)荷曲線

2 主機(jī)保護(hù)存在的問題及其優(yōu)化

根據(jù)國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和出現(xiàn)的問題，對(duì)DEH系統(tǒng)主機(jī)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、邏輯優(yōu)化、現(xiàn)場(chǎng)安裝、隱患排查等問題展開充分討論，進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝方面，對(duì)所有涉及到保護(hù)的信號(hào)，如現(xiàn)場(chǎng)取信、電纜布置、電源分配等都冗余布置，解決了原設(shè)計(jì)中存在的主要問題。

2.1 保護(hù)信號(hào)未實(shí)現(xiàn)真正的冗余

部分模擬量保護(hù)的信號(hào)雖然是三取二邏輯，并且也有3個(gè)一次元件，但實(shí)際上一次元件取信并沒有真正獨(dú)立，有些保護(hù)信號(hào)的取信不夠合理，稱不上是真正的冗余。

（1）EH油壓力保護(hù)：該保護(hù)邏輯雖然有3個(gè)信號(hào)，但分別取自2臺(tái)EH油泵的出口壓力和母管壓力，并且也未采用三取二邏輯。當(dāng)EH母管壓力高時(shí)，表明油系統(tǒng)已正常運(yùn)行。這時(shí)如果運(yùn)行泵出口壓力低，備泵將自啟動(dòng)，并要求在5 s內(nèi)出口壓力超過跳機(jī)值，否則觸發(fā)跳機(jī)。所以從本質(zhì)上來說，EH油壓保護(hù)其實(shí)是單點(diǎn)動(dòng)作。這種邏輯方式從運(yùn)行模式上看沒有問題，但從熱控保護(hù)的角度看存在以下隱患：

EH油泵出口壓力并不一定等同于EH油母管壓力。當(dāng)EH油泵出口逆止閥后管路出現(xiàn)故障時(shí)，可能存在母管壓力低而出口壓力正常的情況，從而可能引起保護(hù)拒動(dòng)，造成主機(jī)主汽門和調(diào)門不受控，動(dòng)作失常。同類型機(jī)組已有類似故障發(fā)生。

因?yàn)檎Ｇ闆r下EH油泵只有1臺(tái)運(yùn)行，因此該保護(hù)邏輯從本質(zhì)上來說還是單點(diǎn)保護(hù)，當(dāng)運(yùn)行泵出口壓力變送器拒動(dòng)，保護(hù)存在拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。在EH油備泵故障或檢修的情況下，則存在誤動(dòng)可能。因此，在EH油母管出口上重新開孔，安裝了3個(gè)壓力變送器，實(shí)現(xiàn)三取二保護(hù)邏輯。

（2）定冷水溫度和氫溫保護(hù)：就地均安裝2個(gè)雙支溫度元件，其中1個(gè)溫度元件的2支作為三取二信號(hào)。按照實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)雙支溫度元件中的一支故障時(shí)，另外一支通常也會(huì)很快出現(xiàn)問題，仍然存在安全隱患。因此再增加1個(gè)就地元件以實(shí)現(xiàn)保護(hù)邏輯三取二信號(hào)元件的完全獨(dú)立。

2.2 電源和電纜未冗余設(shè)計(jì)

在DEH原設(shè)計(jì)中，通常對(duì)保護(hù)信號(hào)的冗余和卡件分卡等考慮得比較周到，但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一次元件取信的獨(dú)立性考慮得不夠全面，特別是電源，電纜的冗余和獨(dú)立性往往被忽視，致使保護(hù)信號(hào)并沒有真正獨(dú)立，保護(hù)邏輯不能完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，存在較大的安全隱患。而根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況，一次元件、電源、電纜等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障引起保護(hù)誤動(dòng)是最頻繁的。因此，對(duì)手動(dòng)停機(jī)按鈕、硬超速回路、LVDT供電的回路等均進(jìn)行了改進(jìn)。

（1）T-3000系統(tǒng)的主機(jī)超速保護(hù)配置了6個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量回路，組成2個(gè)完全獨(dú)立的三選二轉(zhuǎn)速保護(hù)回路，任一回路動(dòng)作，主機(jī)都會(huì)跳閘。每一個(gè)轉(zhuǎn)速保護(hù)回路又有2套實(shí)現(xiàn)方式，一套為軟回路，即在控制系統(tǒng)中判斷超速；另一套為硬回路，通過繼電器構(gòu)成三取二判斷邏輯。主機(jī)各閥門的快關(guān)電磁閥電源由T-3000系統(tǒng)的FDO卡件提供，F(xiàn)DO卡的電源則通過超速硬回路和操作臺(tái)停機(jī)按鈕得到。這樣，當(dāng)硬超速回路動(dòng)作斷開，或操作臺(tái)停機(jī)按鈕被按下，F(xiàn)DO卡將失電，各閥門的快關(guān)電磁閥失電跳閘。原操作臺(tái)停機(jī)按鈕雖然有2個(gè)，但從DEH柜送到按鈕的電源電纜只有1根，即只有1路電源。為提高該供電回路的可靠性，又增加1路供電電源。操作臺(tái)停機(jī)按鈕送到DEH硬超速保護(hù)回路雖然是2根電纜，但分別對(duì)應(yīng)1組硬超速回路，任何1根電纜故障都會(huì)引起1路硬超速回路動(dòng)作，從而觸發(fā)主機(jī)跳閘。因此，采用了在DEH柜內(nèi)將2根電纜并聯(lián)的方式，只有在2根電纜同時(shí)故障才會(huì)跳閘。

（2）原設(shè)計(jì)中，就地手動(dòng)停機(jī)按鈕為單按鈕，容易誤動(dòng)。改為并聯(lián)的雙按鈕設(shè)計(jì)后，必須同時(shí)按下2個(gè)按鈕，常閉觸點(diǎn)才會(huì)斷開以觸發(fā)主機(jī)保護(hù)。DEH到2個(gè)按鈕的信號(hào)電纜要求各自獨(dú)立，按鈕的并聯(lián)在DEH柜中實(shí)現(xiàn)，以避免電纜故障引起保護(hù)誤動(dòng)。

（3）原廠家設(shè)計(jì)2個(gè)中壓主汽門LVDT共用1路電源，進(jìn)入同一塊ADDFEM卡，2個(gè)高壓主汽門LVDT共用1路電源，進(jìn)入同一塊ADDFEM卡。由于ADDFEM卡數(shù)量有限，無法完成各閥門在卡件上完全分開?？紤]到百萬機(jī)組汽輪機(jī)允許短時(shí)間內(nèi)單側(cè)進(jìn)汽運(yùn)行，為避免兩側(cè)主汽門同時(shí)失去監(jiān)視或判斷為關(guān)閉引起機(jī)組跳閘，對(duì)信號(hào)分布重新布置，不同側(cè)的閥門LVDT信號(hào)不得進(jìn)入同一塊ADDFEM卡。在LVDT供電回路設(shè)計(jì)上，利用空余的電源開關(guān)，將各閥門的LVDT供電電源分開。

2.3 邏輯完善

（1）根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況，取消了一些不必要的保護(hù)邏輯和就地按鈕，如：EH油箱液位低跳EH油泵，勵(lì)磁機(jī)風(fēng)溫高跳主機(jī)保護(hù)，凝汽器水位高跳主機(jī)保護(hù)，就地火警按鈕，EH油泵緊急停泵按鈕等。

（2）溫度測(cè)點(diǎn)增加速率限制，限值為10℃/s，超限即判斷為故障并予以切除。

（3）對(duì)于所有模擬量信號(hào)的保護(hù)（軸向位移、潤(rùn)滑油壓低除外），為防止信號(hào)抖動(dòng)，在不影響機(jī)組安全的前提下，增加3 s延時(shí)。

（4）確認(rèn)閥門關(guān)閉電磁閥斷線時(shí)，將該閥門閥限設(shè)為0，調(diào)門關(guān)閉伺服閥，主汽門關(guān)閉方向閥，以免因單個(gè)閥門關(guān)閉電磁閥動(dòng)作而使整個(gè)EH油系統(tǒng)卸油，造成EH油壓力低跳閘。

3 報(bào)警系統(tǒng)、畫面監(jiān)視和通信系統(tǒng)完善

DEH報(bào)警系統(tǒng)完善主要包括兩部分：自身系統(tǒng)硬件故障報(bào)警和生產(chǎn)過程量的越限報(bào)警。

（1）T-3000 DEH系統(tǒng)的電源、網(wǎng)絡(luò)、控制器等均采用了冗余配置，但當(dāng)冗余部件單側(cè)故障時(shí)，如果不能及時(shí)報(bào)警和盡快處理故障，冗余配置的作用也就不能充分發(fā)揮。從各同類型機(jī)組的運(yùn)行情況看，T-3000系統(tǒng)硬件出現(xiàn)故障的情況較多，包括控制器、電源、服務(wù)器和通信卡都有相關(guān)的故障報(bào)告。而在原廠家設(shè)計(jì)中，對(duì)于冗余部件單側(cè)故障的報(bào)警做得不夠好，如單側(cè)電源失電、單側(cè)網(wǎng)絡(luò)故障等均無報(bào)警畫面，已有的控制器故障報(bào)警畫面也不夠直觀。因此，在基建和調(diào)試階段，增加了冗余電源單路失電、冗余控制器單路故障、單側(cè)通信網(wǎng)絡(luò)故障報(bào)警功能和系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)視畫面，所有報(bào)警信號(hào)均送入大屏報(bào)警。機(jī)組移交生產(chǎn)后，7號(hào)機(jī)DEH系統(tǒng)也曾發(fā)生單側(cè)控制器死機(jī)現(xiàn)象，因?yàn)閳?bào)警功能完善，才能立刻發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)得到了處理。

（2）主機(jī)保護(hù)邏輯中有一些用于計(jì)算的模擬量信號(hào)，如高壓缸內(nèi)缸90%溫度（共3點(diǎn)，用于計(jì)算高排溫度跳機(jī)值），連通管蒸汽壓力（共3點(diǎn)，用于計(jì)算真空跳機(jī)值）。原設(shè)計(jì)中通過計(jì)算得到的實(shí)際保護(hù)動(dòng)作值在操作員畫面上沒有顯示，而僅顯示固定的最大值，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)所在，因此，在保護(hù)畫面中增加了計(jì)算值的顯示。

（3）很多三選的重要信號(hào)（特別是在FM458中的信號(hào)），如功率、轉(zhuǎn)速等，在顯示畫面上只有三選后的信號(hào)，而沒有單個(gè)的信號(hào)，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，因此增加了FM458重要信號(hào)顯示畫面。其中，原設(shè)計(jì)中主機(jī)轉(zhuǎn)速只有3個(gè)用于控制的信號(hào)送入DEH系統(tǒng)顯示，另外1組3個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)只顯示在DEH控制柜內(nèi)的轉(zhuǎn)速表上，而沒有送到操作員站顯示，如果這1組轉(zhuǎn)速信號(hào)出現(xiàn)故障，運(yùn)行人員是無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)的，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全性。因此進(jìn)行了更改，將這3路轉(zhuǎn)速信號(hào)送入ADDFEM3卡件，并送到畫面顯示。

（4）完善至DCS的通信信號(hào)和大屏報(bào)警，共增加通信點(diǎn)近300個(gè)，保證重要信號(hào)均在DCS側(cè)有顯示，重要故障都有大屏報(bào)警。

4 結(jié)語

嘉興發(fā)電廠三期工程2臺(tái)百萬機(jī)組移交生產(chǎn)后，實(shí)現(xiàn)了1年內(nèi)不因熱控原因造成非計(jì)劃停機(jī)的預(yù)期目標(biāo)，其中，DEH系統(tǒng)可靠性優(yōu)化措施發(fā)揮了積極作用，為今后提高機(jī)組運(yùn)行可靠性、降低熱工保護(hù)信號(hào)誤動(dòng)提供了新思路。

[1]電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì).火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)典型故障應(yīng)急處理預(yù)案：西門子T-3000和TXP系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

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