祝廣場(chǎng)

摘 要：針對(duì)余熱發(fā)電工程中汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的保護(hù)項(xiàng)目，提出了基于西門子S7-200系列PLC的汽輪發(fā)電機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用冗余統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了裝置的可靠性。西門子S7-200系列PLC組件豐富，擴(kuò)展方便，編程靈活，由其實(shí)現(xiàn)的ETS系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：西門子；余熱發(fā)電；PLC；ETS

中圖分類號(hào)：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.132

ETS裝置即汽輪機(jī)危急遮斷裝置，它的工作過程是，匯總汽輪機(jī)跳閘的信號(hào)，然后輸出跳閘信號(hào)到跳閘電磁閥，跳閘電磁閥卸掉保安系統(tǒng)的保安油，迅速關(guān)閉汽輪機(jī)的主汽閥和調(diào)節(jié)閥，進(jìn)而完成汽輪機(jī)跳閘。

以往國(guó)內(nèi)的ETS裝置大都是由繼電器組成的，其可靠性由繼電器的質(zhì)量決定，靈活性受到一定的限制。由于繼電器硬接線回路容易出現(xiàn)設(shè)備老化的問題，或是因?yàn)榉e灰而導(dǎo)致接觸不良，增加拒動(dòng)或誤動(dòng)的可能性。隨著可編程控制技術(shù)的發(fā)展，目前，不少機(jī)組的ETS系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）進(jìn)行編程控制，并且采用雙電源、雙CPU、雙I/O的冗余模式，大大提高了ETS的可靠性和靈活性。

本文以某余熱發(fā)電機(jī)組為例，設(shè)計(jì)了基于西門子S7-200系列PLC的ETS裝置。

1 ETS裝置的功能和特點(diǎn)

1.1 ETS裝置要實(shí)現(xiàn)的功能

1.1.1 汽輪機(jī)保護(hù)

ETS的主要功能是檢測(cè)跳閘請(qǐng)求信號(hào)的準(zhǔn)確性，并快速響應(yīng)正確的跳閘請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)超過極限時(shí)，關(guān)閉汽輪機(jī)全部進(jìn)汽閥門和調(diào)節(jié)汽門，使汽輪機(jī)緊急停機(jī)，以保證汽輪機(jī)的安全。

1.1.2 預(yù)留擴(kuò)展接口

ETS系統(tǒng)留有所有跳機(jī)信號(hào)的輸出接口（SOE）和相應(yīng)的DCS、DEH使用的輸出接口等。

1.1.3 故障安全性

ETS系統(tǒng)能在自身系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)出系統(tǒng)故障報(bào)警信號(hào)，同時(shí)，自動(dòng)切斷相應(yīng)的停機(jī)信號(hào)輸出，以免發(fā)生誤動(dòng)。ETS系統(tǒng)電源失電故障屬于系統(tǒng)的可恢復(fù)性故障，一旦重新受電，PLC模塊能自動(dòng)恢復(fù)，正常工作，無需運(yùn)行人員的任何干預(yù)。

1.1.4 數(shù)據(jù)濾波

ETS系統(tǒng)所有接點(diǎn)輸入模件都有防抖動(dòng)濾波處理功能（ETS系統(tǒng)所有數(shù)字量輸入都有防抖動(dòng)處理功能）。數(shù)字量輸出模塊采用光電隔離輸出，能直接驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)、中間繼電器或接觸器。每一個(gè)DO所輸出的接點(diǎn)（干接點(diǎn)）都能滿足控制回路的要求。

1.1.5 在線試驗(yàn)

ETS系統(tǒng)每一停機(jī)回路都具有在線試驗(yàn)功能。在線試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)滿足跳閘保護(hù)條件時(shí)，系統(tǒng)仍能完成停機(jī)保護(hù)功能。

1.2 采用PLC實(shí)現(xiàn)的ETS裝置的特點(diǎn)

該裝置采用雙路電源供電，可以實(shí)現(xiàn)無擾切換，穩(wěn)定性好，可靠性高。同時(shí)，可以通過PC修改邏輯，可以方便地改變邏輯，以實(shí)現(xiàn)不同功能。采用PLC硬件，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)維護(hù)量小，很容易實(shí)現(xiàn)硬件的變更或擴(kuò)展。利用PLC系統(tǒng)可編程的特點(diǎn)，代替了以往ETS裝置中大量的繼電器連接線，大大減少了故障點(diǎn)。系統(tǒng)對(duì)每一項(xiàng)跳閘信號(hào)都有輸出至DCS SOE的接口，方便追憶和分析事故。另外，系統(tǒng)采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)全部隔離，包括一次元件或二次儀表所提供的信號(hào)和指令，抗干擾能力強(qiáng)。

2 ETS裝置的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 ETS裝置的保護(hù)項(xiàng)目

本項(xiàng)目為7.5 MW余熱發(fā)電機(jī)組，其汽輪機(jī)采用山東青能動(dòng)力S7-0.55型飽和蒸汽汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)為東方電氣集團(tuán)東風(fēng)電機(jī)有限公司的QF2-7.5-2Z型。機(jī)組ETS保護(hù)項(xiàng)目如表1所示。

2.2 電源系統(tǒng)

本項(xiàng)目ETS系統(tǒng)接受一路AC220 V/50 Hz的電源，經(jīng)過2個(gè)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為兩路24 V的DC電源，互為備用，并且在ETS系統(tǒng)中完成兩路直流電源的自動(dòng)切換。任意一路電源故障，ETS仍然具有保護(hù)作用，機(jī)組仍可繼續(xù)運(yùn)行，且ETS系統(tǒng)會(huì)輸出報(bào)警信號(hào)，電源電路如圖1所示。

由圖1可知，電源切換回路抗浪涌的二極管電路確保在冗余供電、沒有電壓差時(shí)，2個(gè)冗余電源同時(shí)向系統(tǒng)供電，每個(gè)電源承擔(dān)1/2負(fù)荷，使得供電系統(tǒng)長(zhǎng)期低負(fù)載運(yùn)行，可靠穩(wěn)定。如果一個(gè)電源模塊發(fā)生故障，另一個(gè)電源模塊會(huì)無擾動(dòng)地接管供電任務(wù)，而且不超過一個(gè)電源模塊的供電能力。

2.3 CPU及其IO回路

PLC組件是由2套獨(dú)立的PLC組件組成，即主PLC和輔助PLC。這些PLC組件采用智能遮斷邏輯，必要時(shí)提供準(zhǔn)確的汽輪機(jī)遮斷信號(hào)，每一組PLC都包括處理器卡（CPU）和I/O接口卡。I/O接口組件提供接口功能，ETS系統(tǒng)采用冗余的工作站完成邏輯處理。任何一個(gè)PLC工作站出現(xiàn)故障，都不影響ETS系統(tǒng)的運(yùn)行，冗余的PLC工作站保證系統(tǒng)的控制和保護(hù)功能不會(huì)丟失或延遲。每一項(xiàng)停機(jī)信號(hào)都有2個(gè)互為冗余的DO（干接點(diǎn)）輸出。

單套PLC系統(tǒng)的組成如圖2所示，2套PLC的配置完全一致。

2.4 跳閘指示和投切回路

ETS裝置具有跳閘指示回路和保護(hù)投切回路，如圖3所示。保護(hù)投切回路允許切除某個(gè)保護(hù)，以方便檢修工作，降低誤操作的概率。

2.5 主要設(shè)備清單

該項(xiàng)目中的ETS裝置所需設(shè)備清單如表2所示。

3 結(jié)束語

西門子S7-200系列PLC具有成本低、集成方便、模塊豐富的特點(diǎn)。相關(guān)人員將S7-214CPU及其IO模塊設(shè)計(jì)的ETS裝置應(yīng)用于某7.5 MW余熱發(fā)電工程中。實(shí)踐證明，該裝置運(yùn)行穩(wěn)定，能完全實(shí)現(xiàn)汽輪發(fā)電機(jī)組的保護(hù)功能。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕