徐　林

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司,廣東 揭陽 515223)

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1 000 MW機組鍋爐給水泵汽輪機保護系統(tǒng)可靠性分析及系統(tǒng)優(yōu)化

徐林

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司,廣東 揭陽 515223)

摘要：1 000 MW機組鍋爐給水泵汽輪機(簡稱小機)作為電廠中的重要輔機設備，安全保護系統(tǒng)是保證小機正常運行的基礎，通過對其進行可靠性分析和系統(tǒng)優(yōu)化，提升了小機安全、穩(wěn)定運行的能力。

關鍵詞：跳閘；可靠性；優(yōu)化

廣東粵電靖海發(fā)電有限公司的1 000 MW機組鍋爐給水泵汽輪機(簡稱小機)采用的是東方汽輪機廠生產(chǎn)的沖動式汽輪機，主要用于驅(qū)動大型電站鍋爐給水泵，滿足鍋爐給水的要求。為了保證小機本體設備、機組給水系統(tǒng)、小機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)均能正常運行，小機設置了安全保護系統(tǒng)。通過觸發(fā)安全保護系統(tǒng)的正確動作，不僅保護了小機本體設備的安全，也保證了機組的安全運行。小機安全保護系統(tǒng)作為保護小機的重要系統(tǒng)，其可靠性必須得到保障，保護誤動不利于機組的穩(wěn)定運行，也使得發(fā)電企業(yè)遭受經(jīng)濟損失；保護拒動會損壞小機設備，這是更加不能容忍的。因此有必要對小機安全保護系統(tǒng)的觸發(fā)條件進行可靠性分析，通過整改和優(yōu)化系統(tǒng)使其能同時防止誤動和拒動帶來的風險。

1小機保護系統(tǒng)組成

小機蒸汽系統(tǒng)主要由主機四段抽汽和再熱器冷段蒸汽分別經(jīng)過各自的調(diào)節(jié)閥，再通過主汽閥進入小機閥室，驅(qū)動小機轉(zhuǎn)子做功，如圖1所示。當小機跳閘時，兩路調(diào)節(jié)閥和主汽閥需同時關閉，防止設備損壞。

圖1　小機蒸汽系統(tǒng)圖

小機保護系統(tǒng)主要由3個回路組成，包括就地跳閘驅(qū)動回路、跳閘控制回路和跳閘觸發(fā)邏輯。就地跳閘驅(qū)動回路通過電磁閥組的通斷來完成。小機正常運行時，電磁閥組得電建立高壓安全油，使閥門能自由開關；小機跳閘時，電磁閥組失電泄掉高壓安全油，使閥門快速關閉，保護機組設備。跳閘控制回路由110 V直流電(DC)電源、電磁閥驅(qū)動繼電器、二極管等組成。兩路110 V DC電源通過斷路器接入控制回路，正常運行時跳閘繼電器JR3-JR6不動作，繼電器常閉觸點保持常閉，電磁閥組得電，小機正常運行；當有任一跳閘條件成立時，跳閘繼電器動作，繼電器常閉觸點斷開，電磁閥組失電，小機跳閘。跳閘觸發(fā)邏輯是為了保護小機本體設備、機組給水系統(tǒng)、小機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)正常運行而設置的跳閘條件，主要有小機軸向位移大保護、小機轉(zhuǎn)子振動異常保護、給水流量低保護、小機轉(zhuǎn)速異常保護等。

2可靠性分析及系統(tǒng)優(yōu)化

小機在正常啟停和運行過程中，通過熱工監(jiān)測和自動調(diào)節(jié)等手段，使系統(tǒng)的運行參數(shù)維持在規(guī)定值或按一定規(guī)律變化。然而，設備本身故障、運行人員操作不當?shù)仍?，會造成運行參數(shù)超過規(guī)定的限值，嚴重時甚至會發(fā)生設備或人身事故。小機保護系統(tǒng)就是為了防止發(fā)生以上情況而設置的。因此小機保護系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中處于特別重要的地位，不僅應選擇配置合理、設計嚴謹?shù)谋Ｗo邏輯，還要考慮選擇合適的控制設備、跳閘信號來源、信號測量安裝位置等，以保證保護系統(tǒng)在投入運行后能夠準確、靈敏、可靠地確保機組安全經(jīng)濟運行。保護系統(tǒng)還要考慮具有防止保護誤動、拒動的相關措施。因此，要使系統(tǒng)可靠地工作，就必須保證各環(huán)節(jié)的可靠性。

2.1就地跳閘驅(qū)動回路可靠性分析

驅(qū)動回路包括用于泄去高壓安全油的電磁閥組和高壓安全油壓力的開關。它們是驅(qū)動小機跳閘最直接的設備，設計、安裝是否可靠直接決定了機組保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電磁閥組采用先并聯(lián)后串聯(lián)的方式連接(見圖2)，每一組中至少有一個跳閘電磁閥動作釋放高壓安全油，使小機跳閘。這樣不僅提高了保護動作的可靠性，也避免了設備誤動的可能。但電磁閥與閥組連接密封采用的是四氟乙烯密封圈，高壓安全油正常工作時壓力有11 MPa，長時間的工作使得密封圈變形和老化，達不到密封的效果，從而導致高壓安全油泄露，而且此系統(tǒng)在正常運行時無法隔離，需停機處理。因此在機組大小修過程中需及時更換密封圈，防止其老化和變形而影響機組正常保護動作[1]。

圖2　小機跳閘驅(qū)動回路圖

2.2跳閘控制回路可靠性分析

跳閘控制回路中主要包括控制電源和繼電器，他們是保護系統(tǒng)的重要組成部分?？刂齐娫词怯蓛陕藩毩?10 V DC(正負極分別是+55 V DC，-55 V DC)電源經(jīng)過斷路器后，加雙二極管進行冗余，輸出一路電源，供給現(xiàn)場使用(如圖3所示)。通過二極管連接在一起來實現(xiàn)兩路電源冗余配置，雖然可以避免環(huán)流，但非完全電氣隔離。當兩路電壓負極存在較大偏差或一路電源負端接地時，容易對上一級供給電源產(chǎn)生擾動。如負載設備過壓易受損、支路正負極間出現(xiàn)環(huán)流。當一段電壓低于二段時，由于電池內(nèi)阻很小，將會產(chǎn)生大電流，二段會向一段充電，供給側(cè)的蓄電池易受損，一但接地后，正負極之間有漏電流，不接地時也存在電流，接地儀不能分辨，因而無法測量。以上問題均得到試驗的證實，因此有必要對控制電源回路進行改造。與電氣專業(yè)和控制廠家進行回路分析和試驗后，決定在其中一路供電的直流回路中增加直流隔離電源。此種隔離電源通過自己內(nèi)部的電磁干擾(EMI)抑制、隔離變換等電路實現(xiàn)穩(wěn)定的直流輸出。這樣不僅實現(xiàn)了電氣完全隔離，而且就地電源回路無需改動即可使用。

2.3保護觸發(fā)條件可靠性分析

保護觸發(fā)條件共3大項23小項，3大項分別是小機跳閘觸發(fā)條件、汽泵跳閘觸發(fā)條件、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)異常觸發(fā)條件。通過對其可靠性分析主要存在以下問題。

1)潤滑油壓力低保護設計問題。原設計為三取二邏輯，但現(xiàn)場實際壓力取樣只有一路，容易引起小機潤滑油壓力低低保護誤動作，且不滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》中“所有重要的主保護都應采用三取二的邏輯判斷方式，保護信號應遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則”[2]。此潤滑油壓力取樣管還提供小機試驗電磁閥及壓力報警等裝置的使用，一根油壓取樣管有較多接頭與分支，容易造成運行中壓力泄漏及試驗過程中的誤動。潤滑油母管在做潤滑油泵切換和聯(lián)鎖試驗時壓力低低現(xiàn)象總是出現(xiàn)，不能滿足切換試驗的要求。通過現(xiàn)場分析，決定在小機運行平臺的潤滑油母管處增加4個獨立壓力取樣管，分別送至壓力開關和試驗電磁閥處，還增加2個壓力蓄能器，以防止?jié)櫥捅们袚Q時出現(xiàn)母管潤滑油壓力低的情況。采取以上措施可及時避免因潤滑油壓力低而無法為軸承供給，導致燒瓦的惡性事件。

圖3　小機跳閘控制回路圖

2)真空低保護設計問題。原設計為三取二邏輯，但現(xiàn)場實際壓力取樣管只有一路，而且取樣管成U型布置，導致在運行過程中管路容易積水，使得保護誤動。通過分析，決定在排汽室處增加排汽壓力管獨立取樣，且對取樣管重新改造，增加向上的坡度，當環(huán)境溫度變化時，使氣體內(nèi)的少量凝結(jié)液能順利流回工藝管道，不會進入測量管路及儀表造成測量誤差[3]。

3)排汽溫度高保護設計問題。原設計為三取二邏輯，但排汽溫度取樣點布置不合理。其中1支布置在小機排汽室處，另外2支布置在小機排汽管處，而且存在熱電偶、熱電阻混用的情況，因安裝位置不一樣，排氣溫度工況變化時會有所偏差，這樣容易引起運行人員的誤判。通過現(xiàn)場分析，決定在排汽管處預留的測量孔處安裝3支熱電阻，這樣可避免溫度測量的不一致，從而確保保護動作的正確性。

4)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)保護設計問題。跳閘硬回路中設計24 V DC/48 V DC電源消失跳閘邏輯，而且設計為串聯(lián)方式，這樣就避免了因單個電源信號故障而導致跳機。但調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)中原設計有單一24 V DC/48 V DC電源消失跳閘邏輯，因此取消此保護，增加該電源消失的報警功能，及時提醒檢修和運行人員[4]。

5)小機振動監(jiān)視系統(tǒng)(MTSI)設計問題。汽輪機監(jiān)視儀表系統(tǒng)(TSI)是一種集保護和檢測功能于一體的永久監(jiān)視系統(tǒng)，是大型旋轉(zhuǎn)機械必不可少的保護系統(tǒng)[5]。MTSI監(jiān)視小機振動信號并具備振動保護的裝置，熱工人員在做振動通道數(shù)值和保護校驗時，顯示值大幅波動導致小機保護系統(tǒng)異常跳閘，檢查MTSI機柜24 V DC電源，發(fā)現(xiàn)電源負端對地有+ 6 V電壓，判斷電源負端未接地。為了確定是否由于電源負端未接地而導致數(shù)值波動，通過現(xiàn)場模擬試驗，在4 A小機前軸承振動測點預制電纜外殼上分別加載5～14 V交流、直流干擾電壓：當MTSI機柜24 V DC電源負端浮空時，TSI機柜內(nèi)的所有測點均大幅波動，甚至變成壞值，與校驗時現(xiàn)象一致；當24 V DC電源負端接地后，測點均無變化。因此，可判斷為是由于24 V DC電源負端浮空導致。對設計圖紙和實際接線進行比對后發(fā)現(xiàn)，原設計中需將24 V DC電源負端接地，聯(lián)系設計廠家確認后，將電源負端接至機柜地端。這樣，就有效避免了信號干擾導致振動信號異常而觸發(fā)小機保護系統(tǒng)異常動作。

3結(jié)論

小機作為電廠重要的輔機設備，它的安全、可靠運行能保證機組的穩(wěn)定運行。通過對小機保護系統(tǒng)的可靠性分析，采取冗余判斷、輔助判斷、獨立合理取樣等容錯邏輯設計和優(yōu)化技術，提高了保護功能的可靠性，有效防止了保護拒動和誤動的可能。

參考文獻：

[1]劉釗.電廠液壓設備維修技術[M].北京：中國電力出版社，2007:118-120.

[2]國家能源局電力安全監(jiān)管司，中國電機工程學會.《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》輔導教材(2014版)[M].北京：中國電力出版社，2015：240-241.

[3]趙燕平.熱工聯(lián)鎖保護系統(tǒng)配置優(yōu)化技術[M].北京：中國電力出版社，2006：16-17.

[4]唐東主.汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)說明書[Z].東方電氣自動控制工程有限公司，2002：12.

[5]肖大雛.控制設備及系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2006：411-412.

Reliability Analysis of the Protection System of the BFPT of the 1 000 MW Unit and Its Optimization

XU Lin

(Guangdong Yudean Jinghai Power Generation Co., Ltd.，Jieyang Guangdong 515223，P.R.China)

Abstract：The BFPT of the 1 000 MW unit is an important auxiliary device in a power plant，whose normal operation is guaranteed by the safety system．Its reliability analysis and optimization can make the operation of the BFPT more secure and stable．

Key words：trip；reliability；optimization

收稿日期：2016-03-30

作者簡介：徐林(1982-)，工程師，主要從事發(fā)電廠自動控制系統(tǒng)檢修和技術管理。

中圖分類號：TM621.3

文獻標識碼：A

文章編號：1008- 8032(2016)03- 0036- 04