魏東

（鄭州裕中能源有限責(zé)任公司，河南 鄭州 452375）

某機(jī)組ETS系統(tǒng)DCS系統(tǒng)一體化改造

魏東

（鄭州裕中能源有限責(zé)任公司，河南 鄭州 452375）

針對(duì)某廠1號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)設(shè)備老化，可靠性低以及系統(tǒng)本身無歷史追憶等情況，對(duì)ETS系統(tǒng)DCS系統(tǒng)一體化進(jìn)行可行性研究，選用由主機(jī)DCS廠家生產(chǎn)的硬邏輯實(shí)現(xiàn)汽機(jī)保護(hù)ETS-V系統(tǒng)，利用機(jī)組停機(jī)檢修機(jī)會(huì)對(duì)ETS系統(tǒng)進(jìn)行改造，結(jié)合改造對(duì)三重冗余LPC模件的ETS系統(tǒng)進(jìn)行說明，取消單點(diǎn)保護(hù)，所有保護(hù)信號(hào)采用冗余配置，對(duì)改造后的ETS系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試和各工況試驗(yàn)。結(jié)果表明，ETS系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性大大提高，和主機(jī)DCS實(shí)現(xiàn)無縫銜接， ETS系統(tǒng)DCS系統(tǒng)一體化得到成功應(yīng)用。

ETS系統(tǒng)；LPC；一體化；DCS；試驗(yàn)

1 概述

某火電廠1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，采用OMRON-200 PLC結(jié)合繼電器回路搭建跳機(jī)回路。汽輪機(jī)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)通過硬接線輸入至PLC，經(jīng)過邏輯運(yùn)算后控制接觸器，由接觸器觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)AST電磁閥和跳機(jī)電磁閥，同時(shí)通過硬接線向DCS系統(tǒng)的SOE卡件輸送汽機(jī)跳閘信號(hào)。該系統(tǒng)自1994年投產(chǎn)以來設(shè)備服役時(shí)間已長達(dá)16年，經(jīng)多年運(yùn)行，部分設(shè)備元器件已經(jīng)老化，直接威脅機(jī)組安全運(yùn)行，而且系統(tǒng)本身沒有歷史趨勢(shì)記錄和事故跳閘順序記錄功能，不便于進(jìn)行機(jī)組跳閘后的事故分析。

2 ETS系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)可行性研究

通過對(duì)國內(nèi)同類型機(jī)組ETS系統(tǒng)DCS一體化改造后運(yùn)行情況的調(diào)研，以及1號(hào)機(jī)DCS系統(tǒng)廠家新華控制工程有限公司技術(shù)人員進(jìn)行探討，若采用傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的軟邏輯實(shí)現(xiàn)，就不可避免地對(duì)ETS系統(tǒng)抗保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)的能力帶來一定的影響：DCS系統(tǒng)通訊中斷、卡件故障、主機(jī)死機(jī)等異常，可能導(dǎo)致汽輪機(jī)緊急跳閘保護(hù)功能的拒動(dòng)和誤動(dòng)問題。

針對(duì)DCS系統(tǒng)可能發(fā)生的故障，決定采用三重冗余LPC模件的ETS結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要由3塊LPC模件組成。每塊LPC模件通過預(yù)制專用電纜接受同樣的跳機(jī)信號(hào)，分別進(jìn)行邏輯判斷，同時(shí)輸出跳機(jī)信號(hào)。這3路跳機(jī)信號(hào)在ETS邏輯板上實(shí)現(xiàn)“3選2”邏輯判斷，當(dāng)超過2塊LPC模件輸出跳機(jī)信號(hào)時(shí)，才發(fā)出跳機(jī)信號(hào)，既避免了設(shè)備誤動(dòng)又解決了設(shè)備拒動(dòng)，每塊LPC模件均能獨(dú)立完成遮斷機(jī)組的功能。LPC模件動(dòng)作速度快，可靠性高，LPC模件的執(zhí)行周期＜5ms，在出現(xiàn)緊急情況下，立即停止汽輪機(jī)運(yùn)行，保證機(jī)組的安全。同時(shí)LPC模件還具有順序事件記錄功能，時(shí)間分辨率＜1ms，便于查找故障和分析問題。

3 ETS系統(tǒng)DCS系統(tǒng)一體化實(shí)施

本次ETS改造硬件配置了兩個(gè)機(jī)柜，一個(gè)為模件柜，另一個(gè)為端子柜，采用兩臺(tái)UCSA控制器，分別通過聯(lián)入DCS冗余實(shí)時(shí)星形網(wǎng)中。ETS模件柜主要包括UCSA控制器、BCNET通訊模件、LPC卡、IO卡件、電源組件、網(wǎng)絡(luò)組件。端子柜主要包括LPC端子板、ETS2to3組件、DI/DO端子板，繼電器組件等。同時(shí)BCNET通訊模件的串口與GPS系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊，使進(jìn)入LPC端子板的開關(guān)量信號(hào)會(huì)打上時(shí)間標(biāo)簽，這些信號(hào)通過DCS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入SOE系統(tǒng)。當(dāng)信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，SOE系統(tǒng)會(huì)生成事件報(bào)表，方便熱工技術(shù)人員快速、準(zhǔn)確查找跳機(jī)原因。

（1） 輸入信號(hào)處理。1號(hào)機(jī)組所有保護(hù)信號(hào)均采用相互獨(dú)立的一次測(cè)量元件和輸入通道引入，對(duì)所有保護(hù)信號(hào)進(jìn)行“二選二”、“三選二”或者“兩或一與”邏輯判斷，取消單點(diǎn)保護(hù)，提高熱工保護(hù)配置的可靠性。在保護(hù)邏輯處理方面，每塊LPC卡邏輯相同且相互獨(dú)立。 只有每組LPC卡保護(hù)輸出通過ETS模件處理后保護(hù)才能真正輸出，即同一組的任意兩塊LPC保護(hù)輸出，汽輪機(jī)保護(hù)才能動(dòng)作。某一塊LPC模件故障不會(huì)引起汽機(jī)誤跳，并且其它模件的運(yùn)行能保證汽機(jī)在有跳閘條件時(shí)跳閘，并不影響機(jī)組的保護(hù)功能。同時(shí)SOE系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成事件報(bào)表，ETS系統(tǒng)給出跳機(jī)首出信號(hào)。

（2） 輸出信號(hào)處理。1號(hào)機(jī)ETS系統(tǒng)輸出方面配置了兩塊ETS2/3邏輯運(yùn)算模件，其運(yùn)算原理如圖3，該模件為硬邏輯運(yùn)算模件。每塊ETS2/3模件同時(shí)接受A、B兩組LPC模件保護(hù)輸出信號(hào)，F(xiàn)6模件控制AST1/ATS3電磁閥，F(xiàn)7模件控制AST2/AST4電磁閥，F(xiàn)6和F7模件保護(hù)輸出相或控制停機(jī)電磁閥，發(fā)15S脈沖信號(hào)。兩塊ETS2/3模件配置，即使其中一塊模件故障，也能保證汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)不拒動(dòng)和誤動(dòng)。此外F6和F7模件接收DEH系統(tǒng)AST電磁閥試驗(yàn)信號(hào)，能保證各AST電磁閥能夠獨(dú)立試驗(yàn)而又不影響機(jī)組的安全運(yùn)行。在停機(jī)電磁閥控制回路中增加操作臺(tái)手動(dòng)按鈕停機(jī)的硬操回路如圖1，在機(jī)組ETS系統(tǒng)完全失靈故障時(shí)，動(dòng)作停機(jī)電磁閥，保證機(jī)組安全。

（3）ETS系統(tǒng)電源。①ETS控制柜電源。采用兩套完全獨(dú)立的電源：大UPS和小UPS對(duì)ETS控制柜供電，兩路電源同時(shí)接入電源切換箱，經(jīng)電源箱切換向后對(duì)控制器和5V 和24V電源模塊供電，卡件電源5V和24V全部冗余配置，提高電源的可靠性。②遮斷裝置電源。AST電磁閥采用兩路110VAC供電，AST1/3電磁閥使用一路電源，AST2/4電磁閥使用另一路電源，停機(jī)、復(fù)位電磁閥采用直流220VDC電源，與AST電磁閥電源分開，這樣既防止110VAC電源發(fā)生故障，造成保護(hù)誤動(dòng)、汽輪機(jī)跳閘，同時(shí)也防止直流電源故障時(shí)，無法停機(jī)，提高ETS系統(tǒng)的可靠性，以上電源均有失電報(bào)警。

（4）ETS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)通訊。ETS系統(tǒng)配置兩臺(tái)UCSA控制器，通過專用線纜納入1號(hào)機(jī)組DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)ETS和DCS系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊，ETS系統(tǒng)控制器只是對(duì)三重冗余結(jié)構(gòu)保護(hù)回路進(jìn)行邏輯再現(xiàn)，其邏輯運(yùn)算不參與保護(hù)判斷，只是對(duì)保護(hù)信號(hào)進(jìn)行SOE采集、保護(hù)首出判斷以及對(duì)護(hù)信號(hào)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳播和共享。

圖1 保護(hù)系統(tǒng)出口邏輯圖

4 ETS系統(tǒng)可靠性及試驗(yàn)

改造完成后，我們做了以下試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)ETS系統(tǒng)的安全性和可靠性進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

（1）I/O通道檢測(cè)。所有輸入/輸出通道的源頭加信號(hào)，并測(cè)試信號(hào)是否正常。

（2）電源冗余測(cè)試。控制模件柜電源和模件電源均配置互為冗余的兩路電源，停一路電源，機(jī)柜的通訊模件和控制主模件及子模件正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無擾切換，同時(shí)光字牌發(fā)出ETS模件柜電源失電報(bào)警。

（3）通訊模件冗余測(cè)試。復(fù)位通訊模件BCNET主模件，BCNET備用模件自動(dòng)投入使用，機(jī)柜控制主模件和子模件正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無擾切換，同時(shí)DCS系統(tǒng)報(bào)警光字牌發(fā)出該通訊模件故障報(bào)警。

（4）SOE測(cè)試。使用連續(xù)信號(hào)發(fā)生器，模擬ETS系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，SOE事件記錄準(zhǔn)確，精確到1ms。

（5）模件柜和跳閘回路失電試驗(yàn)。汽機(jī)已掛閘的條件下，停掉ETS模件柜的兩路交流或直流供電電源，然后再送電，ETS系統(tǒng)不跳閘，光字牌發(fā)出ETS模件柜失電報(bào)警。

（6）I/O子模件故障模擬試驗(yàn)。在汽機(jī)已掛閘的條件下，拔掉其中一塊LPC或ETS2/3邏輯運(yùn)算模件，ETS系統(tǒng)不跳閘，模擬有跳閘信號(hào)(如手動(dòng)停機(jī)按鈕)的情況下不影響ETS系統(tǒng)跳閘，同時(shí)DCS畫面報(bào)警光字牌和滾動(dòng)條報(bào)警窗發(fā)出該模件故障報(bào)警。

（7）控制器UCSA故障模擬試驗(yàn)。在汽機(jī)已掛閘的條件下，DPU19/ DPU119任停其中一個(gè)或全部停運(yùn)控制器， ETS系統(tǒng)不跳閘，同時(shí)在有跳閘保護(hù)信號(hào)時(shí)不影響ETS系統(tǒng)正常跳閘，同時(shí)DCS系統(tǒng)發(fā)出DPU脫網(wǎng)報(bào)警，不影響ETS系統(tǒng)首出功能。

（8）ETS系統(tǒng)邏輯動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)掛閘后，進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作實(shí)際試驗(yàn)ETS系統(tǒng)動(dòng)作均正常。

5 結(jié)語

1號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)各項(xiàng)試驗(yàn)圓滿完成，說明1號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)改造是成功的，ETS系統(tǒng)采用三重冗余LPC模件結(jié)構(gòu)，大大提高ETS系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)大大降低了控制設(shè)備引起的保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)，既保證了ETS系統(tǒng)的獨(dú)立性，又完美納入了DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)ETS系統(tǒng)DCS系統(tǒng)一體化。

[1]熱工控制系統(tǒng)及設(shè)備.中國電力出版社，2009.12.331-333.

[2]OC6000e系統(tǒng)ETS說明書.新華控制工程有限公司.

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