李 巖

（華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠）

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提高600MW機(jī)組汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）可靠性的若干舉措

李 巖

（華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠）

摘要：汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）是火力發(fā)電機(jī)組非常重要主機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，其運(yùn)行的可靠性直接影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要闡述哈三電廠3號(hào)機(jī)600MW機(jī)組汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）電源配置、硬件配置以及保護(hù)邏輯等方面存在的安全隱患以及具體的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：可靠性；汽輪機(jī)保護(hù)；單點(diǎn)保護(hù)

0 引言

華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠（簡(jiǎn)稱“哈三電廠”）二期工程，汽輪機(jī)由哈爾濱汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)制造，亞臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)；汽輪機(jī)控制裝置采用的是上海信號(hào)DEHⅢA，汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）采用的是OMRON CS100系統(tǒng)PLC控制器，汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng)采用的是菲利普MMS6000監(jiān)測(cè)裝置。汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）運(yùn)行的可靠性直接影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。原設(shè)計(jì)汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）在電源配置、硬件配置、保護(hù)邏輯等方面存在諸多的安全隱患。通過(guò)近幾年的隱患排查、熱控設(shè)備和系統(tǒng)可靠性自查、技術(shù)改造、機(jī)組大修等工作，目前這些安全隱患都得到了及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和有效地解決。由此進(jìn)一步提升汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）的運(yùn)行可靠性，本文主要以哈三電廠3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）為例，重點(diǎn)介紹汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）在電源配置、硬件配置、保護(hù)邏輯等方面存在的安全隱患，以及相應(yīng)的改進(jìn)方案。

1 汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）介紹

汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）用以監(jiān)視汽輪機(jī)的某些參數(shù)，當(dāng)這些參數(shù)超過(guò)其運(yùn)行限制值時(shí)，該系統(tǒng)就關(guān)閉全部汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)汽閥門(mén)，緊急停機(jī)。哈三電廠3號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)采用雙套PLC并列工作方式，每套PLC同時(shí)接收DCS控制系統(tǒng)、TSI系統(tǒng)、DEH系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)的輸入保護(hù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)綜合邏輯判斷后輸出4路跳閘信號(hào)至汽輪機(jī)跳閘集成塊上的4個(gè)AST電磁閥，泄掉危機(jī)遮斷油壓，關(guān)閉汽輪機(jī)所有的主汽門(mén)和調(diào)節(jié)汽門(mén)，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)跳閘。其中4個(gè)AST電磁閥應(yīng)用了雙通道概念，布置成“或─與”門(mén)的通道方式。其中AST1、AST3為一通道跳閘電磁閥，AST2、AST4為二通道跳閘電磁閥，4個(gè)AST電磁閥均設(shè)置為失電為跳閘狀態(tài)，AST1、AST3任一電磁閥失電動(dòng)作僅代表一通道跳閘，不會(huì)泄掉危機(jī)遮斷油壓；AST2、AST4任一電磁閥失電動(dòng)作僅代表二通道跳閘，不會(huì)泄掉危機(jī)遮斷油壓；只有AST1、AST3任一電磁閥失電動(dòng)作并且AST2、AST4任一電磁閥失電動(dòng)作，才會(huì)泄掉危機(jī)遮斷油壓，關(guān)閉汽輪機(jī)所有的主汽門(mén)和調(diào)節(jié)汽門(mén)，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)跳閘，如圖1所示。

哈三電廠3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）保護(hù)項(xiàng)目包含：潤(rùn)滑油壓低保護(hù)、EH油壓低保護(hù)、真空低保護(hù)、振動(dòng)大保護(hù)、軸承溫度高保護(hù)、推力軸承溫度高保護(hù)、壓比低保護(hù)、軸向位移大保護(hù)、高壓脹差保護(hù)、低壓脹差保護(hù)、爐跳機(jī)保護(hù)、汽機(jī)手動(dòng)跳閘保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作。

2 汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）電源配置問(wèn)題

哈三電廠3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）供電電源采用雙路電源，兩路220VAC電源經(jīng)過(guò)切換繼電器輸出一路電源，為2套PLC提供工作電源，該電源配置方式存在很大的安全隱患，一旦出現(xiàn)電源切換繼電器故障，很容易引起兩套PLC同時(shí)失電，從而造成汽輪機(jī)保護(hù)誤動(dòng)作，如圖2所示。

圖1　汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2　PLC電源配置

改進(jìn)方案：二路PLC的供電電源分別取自獨(dú)立的兩路電源，并增加任一路電源失去報(bào)警功能，任一路電源失去都不會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)作，進(jìn)一步提高ETS系統(tǒng)供電電源的可靠性，如圖3所示。

圖3　改進(jìn)后的電源分配圖

3 汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)(ETS)PLC I/O通道配置問(wèn)題

原設(shè)計(jì)PLC潤(rùn)滑油壓低保護(hù)信號(hào)均布置在同一塊DI卡件上，EH油壓低保護(hù)信號(hào)均布置在同一塊DI卡件上，真空低保護(hù)信號(hào)均布置在同一塊DI卡件上，串軸保護(hù)信號(hào)均布置在同一塊DI卡件上。一旦DI卡件故障，很容易造成汽機(jī)保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)很大的安全隱患。

改進(jìn)方案：增加DI卡件，修改內(nèi)部配線，完成如下硬件配置方案：

1）將4個(gè)潤(rùn)滑油壓低保護(hù)信號(hào)分別布置在不通的DI卡件上；

2）將4個(gè)EH油壓低保護(hù)信號(hào)分別布置在不通的DI卡件上；

3）將高壓凝汽器4個(gè)真空低保護(hù)信號(hào)分別布置在不通的DI卡件上；

4）將低壓凝汽器4個(gè)真空低保護(hù)信號(hào)分別布置在不通的DI卡件上；

5）將4個(gè)串軸大保護(hù)信號(hào)分別布置在不通的DI卡件上。

原設(shè)計(jì)PLC跳閘輸出4路信號(hào)布置在同一塊輸出卡件上，存在一定的安全隱患，一旦出現(xiàn)DO卡件故障很容易引起汽輪機(jī)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。

改進(jìn)方案：增加DO卡件，將PLC跳閘輸出4路信號(hào)分別布置在不同的DO卡件。

4 汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS）單點(diǎn)保護(hù)問(wèn)題

ETS系統(tǒng)單點(diǎn)保護(hù)較多，DEH失電保護(hù)、DEH電超速保護(hù)、DCS輸出的軸承溫度高保護(hù)、DCS輸出的推力軸承溫度高保護(hù)、MFT出口聯(lián)動(dòng)汽機(jī)保護(hù)、振動(dòng)大保護(hù)、高壓脹差、低壓脹差均為單點(diǎn)保護(hù)。輸入、輸出通道、輸出繼電器、信號(hào)電纜任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都可能引起汽輪機(jī)保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)事故的出現(xiàn)，不利于機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1 DEH失電保護(hù)

原設(shè)計(jì)DEH失電保護(hù)信號(hào)采用的DEH兩路電源同時(shí)失去從DEH控制裝置輸出一路信號(hào)至ETS保護(hù)裝置。存在保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)的安全隱患。

改進(jìn)方案：從DEH裝置分別輸出第一路電源失電信號(hào)和第二路電源失電信號(hào)，然后在ETS裝置將兩路失電信號(hào)進(jìn)行與邏輯判斷后實(shí)現(xiàn)DEH失電保護(hù)功能。改進(jìn)后大幅度提高DEH失電保護(hù)的可靠性。

4.2 DEH超速保護(hù)

原設(shè)計(jì)DEH電超速保護(hù)采用的三塊超速卡輸出三個(gè)超速信號(hào)進(jìn)行硬三取二邏輯判斷，然后驅(qū)動(dòng)一個(gè)中間繼電器，最終通過(guò)該繼電器輸出單路DEH電超速保護(hù)信號(hào)到ETS裝置實(shí)現(xiàn)DEH超速保護(hù)功能。一旦繼電器故障、信號(hào)電纜、輸入通道任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都易引起汽輪機(jī)保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，存在一定的安全隱患。

改進(jìn)方案：利用DEH升級(jí)改造的機(jī)會(huì)，變更超速保護(hù)硬件配置，每個(gè)超速卡驅(qū)動(dòng)獨(dú)立的中間繼電器，然后通過(guò)三個(gè)繼電器分別送出三路超速保護(hù)信號(hào)至ETS裝置，在ETS裝置進(jìn)行三取二邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)DEH超速保護(hù)功能，改造后大幅度提高DEH電超速保護(hù)的可靠性。

4.3 軸承溫度高保護(hù)（推力瓦溫度高）

原設(shè)計(jì)軸承溫度高保護(hù)（推力瓦溫度高保護(hù)）采用從DCS控制系統(tǒng)輸出一路溫度高信號(hào)通過(guò)硬線送至ETS裝置實(shí)現(xiàn)軸承溫度高保護(hù)（推力瓦溫度高保護(hù)）功能，一旦DCS輸出通道、信號(hào)電纜、PLC輸入通道任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都易引起汽輪機(jī)保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，存在一定的安全隱患。

改進(jìn)方案：在DCS中將軸承溫度高保護(hù)（推力瓦溫度高保護(hù)）信號(hào)輸出三路獨(dú)立的信號(hào)（三個(gè)信號(hào)分布在不同的輸出模件、輸出端子單元），然后在ETS裝置中進(jìn)行三取二邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)軸承溫度高保護(hù)（推力瓦溫度高保護(hù)）功能。改造后大幅度提高軸承溫度高保護(hù)（推力瓦溫度高保護(hù)）的可靠性。

4.4 MFT跳機(jī)保護(hù)

原設(shè)計(jì)MFT跳機(jī)保護(hù)采用從MFT出口中的單一繼電器輸出MFT跳機(jī)保護(hù)信號(hào)至ETS裝置實(shí)現(xiàn)MFT保護(hù)功能，一旦出現(xiàn)繼電器、信號(hào)電纜、輸入通道任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都易引起汽輪機(jī)保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，存在一定的安全隱患。

改進(jìn)方案：從MFT出口繼電器上選三個(gè)獨(dú)立的繼電器，分別輸出三個(gè)獨(dú)立的保護(hù)信號(hào)至ETS控制裝置，在ETS裝置中進(jìn)行三取二邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)MFT保護(hù)邏輯。改造后大幅度提高M(jìn)FT跳機(jī)保護(hù)的可靠性。

4.5 軸承振動(dòng)大保護(hù)

原設(shè)計(jì)振動(dòng)保護(hù)采用Y向軸承單點(diǎn)保護(hù)，即從TSI裝置輸出一路Y向軸振大保護(hù)信號(hào)至ETS裝置實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)振動(dòng)大保護(hù)功能，一旦振動(dòng)探頭、前置器、延長(zhǎng)電纜、信號(hào)電纜、監(jiān)視器、輸出繼電器任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題易引起汽輪機(jī)保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，存在一定的安全隱患。

改進(jìn)方案：將本瓦的X向振動(dòng)和相鄰?fù)叩腦/Y向振動(dòng)報(bào)警信號(hào)作為輔助判斷，即本瓦的Y向振動(dòng)值達(dá)到跳閘值并且本瓦的X向振動(dòng)值、相鄰?fù)叩腦向振動(dòng)值、相鄰?fù)叩腨向振動(dòng)值任一達(dá)到報(bào)警值，觸發(fā)汽輪機(jī)振動(dòng)大跳閘。改造后大幅度提升了振動(dòng)大保護(hù)的可靠性。

5 汽輪機(jī)手動(dòng)打閘問(wèn)題

汽輪機(jī)手動(dòng)打閘是汽輪機(jī)的一項(xiàng)重要保護(hù)，在緊急事故處理情況下，可以通過(guò)汽機(jī)手動(dòng)打閘安全停機(jī)。原設(shè)計(jì)僅有手動(dòng)打閘信號(hào)經(jīng)過(guò)PLC手動(dòng)跳閘汽輪機(jī)，未設(shè)計(jì)直接驅(qū)動(dòng)跳閘汽輪機(jī)回路，一旦出現(xiàn)PLC控制失靈，易引起保護(hù)拒動(dòng)。另外進(jìn)入PLC手動(dòng)跳閘汽輪機(jī)信號(hào)也僅采用的單一信號(hào)，存在一定的安全隱患。

5.1 獨(dú)立于PLC的硬手動(dòng)跳閘保護(hù)

原設(shè)計(jì)無(wú)獨(dú)立于PLC的直接驅(qū)動(dòng)手動(dòng)打閘硬跳閘回路。

改進(jìn)方案：增設(shè)汽機(jī)手動(dòng)打閘直接驅(qū)動(dòng)跳閘回路，手動(dòng)打閘共設(shè)計(jì)有兩個(gè)按鈕，其中手動(dòng)打閘按鈕1直接驅(qū)動(dòng)AST電磁閥1、AST電磁閥3，電磁閥的供電電源采用第一路電源，并每個(gè)按鈕設(shè)置兩個(gè)常閉接點(diǎn)，兩個(gè)常閉接點(diǎn)并聯(lián)后驅(qū)動(dòng)AST電磁閥；其中手動(dòng)打閘按鈕2直接驅(qū)動(dòng)AST電磁閥2、AST電磁閥4，電磁閥的供電電源采用第一路電源，并每個(gè)按鈕設(shè)置2個(gè)常閉接點(diǎn)，兩個(gè)常閉接點(diǎn)并聯(lián)后驅(qū)動(dòng)AST電磁閥。任何一個(gè)按鈕動(dòng)作都不會(huì)引起汽機(jī)跳閘，由此提高汽輪機(jī)手動(dòng)打閘的可靠性。具體如圖4所示。

圖4　汽輪機(jī)手動(dòng)打閘

5.2 PLC手動(dòng)跳閘保護(hù)

原設(shè)計(jì)進(jìn)入PLC手動(dòng)打閘保護(hù)信號(hào)采用的兩個(gè)按鈕的兩個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)后送至單路信號(hào)至PLC，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)手動(dòng)打閘功能。存在信號(hào)電纜、輸入通道任何一個(gè)環(huán)節(jié)問(wèn)題易引起保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，不利于機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

改進(jìn)方案：手動(dòng)打閘按鈕1設(shè)置三個(gè)常開(kāi)接點(diǎn)、手動(dòng)打閘按鈕2設(shè)置三個(gè)常開(kāi)接點(diǎn)，兩個(gè)按鈕的常開(kāi)接點(diǎn)兩兩串聯(lián)，然后送三路手動(dòng)打閘信號(hào)去ETS裝置進(jìn)行三取二邏輯判斷，最終形成汽輪機(jī)手動(dòng)打閘保護(hù)。此改進(jìn)方案進(jìn)一步提高了汽輪機(jī)手動(dòng)打閘保護(hù)的可靠性。

6 ETS報(bào)警問(wèn)題

對(duì)于雙電源回路設(shè)置單路電源失電報(bào)警，三取二保護(hù)、四取二保護(hù)邏輯設(shè)置單通道動(dòng)作報(bào)警可以及時(shí)提醒檢修人員檢查處理目前存在的單通道故障，由此可以避免汽輪機(jī)保護(hù)誤動(dòng)事件的發(fā)現(xiàn)，無(wú)單路信號(hào)異常熱工報(bào)警功能。

改進(jìn)方案，增設(shè)如下光子牌報(bào)警功能：AST電源任一路失去光子牌報(bào)警；PLC電源任一路失去報(bào)警；任一路保護(hù)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作報(bào)警；任一路手動(dòng)打閘按鈕動(dòng)作報(bào)警；任一路超速保護(hù)動(dòng)作報(bào)警；任一路軸承溫度高保護(hù)（推力瓦溫度高保護(hù)）動(dòng)作報(bào)警；任一路PLC工作異常報(bào)警。

7 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近幾年技術(shù)改造、機(jī)組檢修工作逐漸解決了3號(hào)機(jī)組存在的各類(lèi)安全隱患，極大地提升3號(hào)機(jī)組ETS裝置的可靠性。為此通過(guò)開(kāi)展隱患排查、熱控設(shè)備和系統(tǒng)可靠性自查等工作，深入研究，積極主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)熱控設(shè)備和系統(tǒng)存在的各類(lèi)安全隱患，并采取及時(shí)有效的技術(shù)措施，提升熱控設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性，為發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的監(jiān)控手段。

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收稿日期：（2015-12-05）