劉成柱

（浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江舟山　316131）

基于日立系統(tǒng)的東汽機(jī)組PLU設(shè)計(jì)原理分析及調(diào)試方法

劉成柱

（浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江舟山316131）

汽輪機(jī)作為一種高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，若轉(zhuǎn)速過高會(huì)引發(fā)重大事故。汽輪機(jī)功率與負(fù)荷不平衡保護(hù)（PLU）作為汽輪機(jī)防超速保護(hù)中的重要一項(xiàng)，在很多機(jī)組上都有設(shè)計(jì)。以浙江某電廠的東汽百萬機(jī)組為例，分硬件部分和邏輯部分詳細(xì)介紹了基于日立HIACS-5000M控制系統(tǒng)的PLU設(shè)計(jì)原理，給出了基于日立HIACS-5000M控制系統(tǒng)的PLU調(diào)試方法。

汽輪機(jī)；超速保護(hù)；功率與負(fù)荷不平衡保護(hù)；控制系統(tǒng)

0　引言

浙江某電廠汽輪機(jī)采用東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級(jí)回?zé)岢槠_動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N1030-25.0/600/600。汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）采用北京日立控制系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的HIACS-5000M控制系統(tǒng)。

汽輪機(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，轉(zhuǎn)子部件的應(yīng)力會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而急劇增大，若轉(zhuǎn)速過高會(huì)引起部件的損壞引發(fā)重大事故。汽輪機(jī)功率與負(fù)荷不平衡保護(hù)（PLU）設(shè)計(jì)的主要目的就是在汽輪機(jī)快速甩負(fù)荷時(shí)，迅速關(guān)閉汽輪機(jī)的高壓調(diào)門（CV）及中壓調(diào)門（ICV），抑制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的飛升。

1　基于日立系統(tǒng)PLU的回路設(shè)計(jì)原理分析

當(dāng)汽輪機(jī)功率（中壓缸進(jìn)汽口壓力表征）與汽輪機(jī)負(fù)荷（用發(fā)電機(jī)三相電流表征）不平衡時(shí)，會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)超速。當(dāng)汽輪機(jī)功率與發(fā)電機(jī)負(fù)荷之間的偏差超過40％額定負(fù)荷并且發(fā)電機(jī)功率的減少超過40％/10ms時(shí)，功率-負(fù)荷不平衡繼電器動(dòng)作，快速關(guān)閉高中壓調(diào)節(jié)閥，抑制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速飛升。

1.1PLU硬回路分析

日立控制系統(tǒng)中，汽輪機(jī)功率與負(fù)荷不平衡保護(hù)（PLU）置于汽輪機(jī)緊急遮斷系統(tǒng)機(jī)柜（ETS機(jī)柜），采用三冗余的控制方式。PLU信號(hào)的判斷回路采用3塊專用的PLU/BUG卡件（BUG為汽輪機(jī)后備超速跳閘保護(hù)，與PLU共用一塊卡件，本文對(duì)BUG功能不做詳細(xì)論述，以下統(tǒng)稱PLU卡件）。PLU卡件型號(hào)為AEH001A，該卡件是一種可通過檢測電流變化率來檢測汽輪機(jī)快速降負(fù)荷，也可檢測汽輪機(jī)超速運(yùn)行信號(hào)的系統(tǒng)監(jiān)視卡件。

PLU動(dòng)作信號(hào)生成回路由3塊PLU卡件出來的3個(gè)信號(hào)經(jīng)繼電器硬回路搭建而成，具體的PLU動(dòng)作信號(hào)生成回路如圖1所示。

圖1　PLU動(dòng)作信號(hào)生成回路

由圖1可知，3塊PLU卡件分別觸發(fā)A，B，C3個(gè)繼電器動(dòng)作，A，B，C3個(gè)繼電器的常開觸點(diǎn)經(jīng)三取二判斷后分別觸發(fā)D，E，F(xiàn)3個(gè)繼電器。其中D繼電器為時(shí)間繼電器，可以人為地進(jìn)行時(shí)間設(shè)置。D繼電器得電后開始計(jì)時(shí)，E繼電器得電后輸出PLU動(dòng)作信號(hào)至邏輯，F(xiàn)繼電器得電后使其常開觸點(diǎn)閉合保持PLU回路至D時(shí)間，繼電器計(jì)時(shí)結(jié)束常閉觸點(diǎn)斷開PLU動(dòng)作結(jié)束。綜上所述PLU動(dòng)作信號(hào)發(fā)出的時(shí)間與實(shí)際機(jī)組運(yùn)行工況無關(guān)，而是與時(shí)間繼電器設(shè)置的時(shí)間參數(shù)有關(guān)。

1.2東汽PLU邏輯回路分析

經(jīng)PLU動(dòng)作信號(hào)生成硬回路中的E繼電器送出的信號(hào)分2路，1路送至三冗余的ETS控制器中，1路送至EHG控制器中。

圖2　PLU邏輯回路

由圖2可知，在PLU信號(hào)真正作用之前又同汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于3018r/min或發(fā)電機(jī)未并網(wǎng)信號(hào)相與，而后PLU信號(hào)真正作用與被控對(duì)象。原因?yàn)樵O(shè)計(jì)中PLU存在較大的誤動(dòng)可能性，如PLU硬回路中的E繼電器誤動(dòng)、電網(wǎng)故障沖擊等都有可能導(dǎo)致PLU的誤動(dòng)。PLU動(dòng)作后汽輪機(jī)的高、中壓調(diào)閥快速關(guān)閉，機(jī)組有可能會(huì)因?yàn)閿_動(dòng)過大而導(dǎo)致鍋爐主燃料跳閘（MFT）保護(hù)或逆功率保護(hù)，影響電網(wǎng)的可靠性。同時(shí)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行的情況下，汽輪機(jī)調(diào)閥快速關(guān)閉時(shí)，負(fù)載突變使汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和聯(lián)軸節(jié)螺栓都受到1個(gè)很強(qiáng)的沖擊扭矩，引起很大的應(yīng)力［1］。所以為保證PLU動(dòng)作信號(hào)的可靠性，增加了1路汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于3018r/min高轉(zhuǎn)速信號(hào)。

日立控制系統(tǒng)的ETS采用三冗余的設(shè)計(jì)，所以在3個(gè)ETS控制器中均設(shè)有同樣的PLU回路。當(dāng)3個(gè)ETS控制器中至少2個(gè)被觸發(fā)時(shí)則送出至高、中壓調(diào)閥快關(guān)電磁閥信號(hào)，使高、中壓調(diào)閥快關(guān)電磁閥得電，進(jìn)而高、中壓調(diào)閥快關(guān)［2］。

送至EHG控制器的PLU信號(hào)，經(jīng)同樣的邏輯回路判斷后送至每一個(gè)高、中壓調(diào)閥的模擬量控制回路，使高、中壓調(diào)閥的模擬量控制指令輸出為-5％，保證高、中壓調(diào)閥的關(guān)閉。在PLU信號(hào)消失之后，高、中壓調(diào)閥根據(jù)實(shí)時(shí)的汽輪機(jī)流量指令進(jìn)行控制［3］。

2　PLU調(diào)試步驟

（1）找到中壓缸進(jìn)汽口壓力1信號(hào)所在的端子口，將原來的接線拆除。

（2）確認(rèn)機(jī)組額定的再熱蒸汽壓力（中聯(lián)閥前）的數(shù)值，確認(rèn)就地中壓缸進(jìn)汽口壓力變送器的量程。

（3）根據(jù)中壓缸進(jìn)汽口壓力變動(dòng)器的量程將額定再熱蒸汽壓力換算成相應(yīng)毫安信號(hào)。

（4）用信號(hào)發(fā)生器將上面換算成的毫安信號(hào)加到對(duì)應(yīng)的端子口上，模擬額定中壓缸進(jìn)汽口壓力。

（5）萬用表打到直流電壓擋，黑色表筆插入PLU卡件上的COMM端口，紅色表筆插入PRC端口。

（6）在模擬額定中壓缸進(jìn)汽口壓力信號(hào)加入的情況下，用螺絲刀調(diào)節(jié)PLU卡件上的PRSG電位器直到萬用表讀數(shù)為-5V。

（7）將萬用表的紅色表筆從PRC端口取下，插入到REC端口。

（8）請(qǐng)電氣人員模擬額定負(fù)荷下發(fā)電機(jī)電流送至DEH的電流信號(hào)。

（9）在模擬機(jī)組額定負(fù)荷時(shí)發(fā)電機(jī)電流信號(hào)輸入的情況下，用螺絲刀調(diào)節(jié)PLU卡件上的RECG電位器，直到萬用表讀數(shù)為-5V。

（10）請(qǐng)電氣人員將發(fā)電機(jī)電流信號(hào)突降至61％額定負(fù)荷對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，檢查PLU卡件上的PLUOPE狀態(tài)燈是否會(huì)亮（此時(shí)應(yīng)不亮）。

（11）請(qǐng)電氣人員將發(fā)電機(jī)電流信號(hào)降至59％額定負(fù)荷對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，檢查PLU卡件上的PLU OPE狀態(tài)燈是否會(huì)亮（此時(shí)應(yīng)不亮）。

（12）請(qǐng)電氣人員將發(fā)電機(jī)電流信號(hào)恢復(fù)至額定負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，然后再將此信號(hào)突降至59％額定負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，檢查PLU卡件上的PLUOPE狀態(tài)燈是否會(huì)亮（此時(shí)應(yīng)亮）。

（13）因?yàn)镻LU動(dòng)作為三冗余配置，其余2個(gè)調(diào)試方法同上。

（14）3塊PLU卡件全部調(diào)試完成后，可用2個(gè)信號(hào)發(fā)生器同時(shí)模擬2路中壓缸進(jìn)汽口壓力信號(hào)，驗(yàn)證PLU最終動(dòng)作是否正確。

（15）上述步驟全部結(jié)束后，將中壓缸進(jìn)汽口壓力3個(gè)信號(hào)的原接線恢復(fù)。

3　結(jié)束語

汽輪機(jī)是在高溫、高壓下高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，其旋轉(zhuǎn)部件承受巨大的離心力，該離心力是與轉(zhuǎn)速的平方成正比的，因此隨著轉(zhuǎn)速的升高，其離心力將會(huì)快速上升。一旦應(yīng)力超過其強(qiáng)度極限，將造成葉片斷裂、動(dòng)靜摩擦、甚至斷軸等嚴(yán)重事故。PLU作為防汽輪機(jī)超速保護(hù)中的重要一項(xiàng)，在很多機(jī)組上都有應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)引起大家的重視。保證PLU在汽輪機(jī)甩負(fù)荷超速時(shí)能夠正確動(dòng)作，以達(dá)到防汽輪機(jī)超速的目的。

［1］過小玲，鄭渭建.取消東汽機(jī)組PLU保護(hù)的可行性探討［J］.浙江電力，2012，31（1）：52-54.

［2］趙民政，李闖.功率負(fù)荷不平衡保護(hù)分析與優(yōu)化［J］.電工技術(shù)，2014（7）：1-2.

［3］覃超，謝誕梅，董川，等.超臨界汽輪機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)分析［J］.電站系統(tǒng)工程，2007，23（1）：57-59.

（本文責(zé)編：齊琳）

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1674-1951（2016）09-0046-02

2016-06-07；

2016-08-22

劉成柱（1988—），男，河南濮陽人，助理工程師，從事電廠熱工自動(dòng)化方面的工作（E-mail：liuchengzhu1988@163.com）。