郭 勇，張海衛(wèi)，楊詩茹，陳長和，張大壯

（浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325600）

0 引言

某機(jī)組采用上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的660 MW 超超臨界、中間再熱式、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，ETS（汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)）取消了傳統(tǒng)的機(jī)械危機(jī)遮斷器，由2 套電子式超速保護(hù)裝置構(gòu)成，該裝置接收來自DCS（分散控制系統(tǒng)）組態(tài)和硬回路的所有停機(jī)信號(hào)，使停機(jī)電磁閥動(dòng)作，遮斷機(jī)組。

該超速保護(hù)裝置是由德國BRAUN 公司生產(chǎn)的E16 型三通道轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其組成如圖1 所示， 其中每套超速保護(hù)裝置包括3 個(gè)測(cè)速模塊（E1655）和1 個(gè)測(cè)試模塊（E1696），3 個(gè)轉(zhuǎn)速通道獨(dú)立測(cè)量顯示機(jī)組轉(zhuǎn)速。每個(gè)轉(zhuǎn)速模塊不僅接收本通道的測(cè)速信號(hào)，而且接收其它2 個(gè)通道的信號(hào)。監(jiān)控模塊持續(xù)地檢查3 個(gè)通道信號(hào)的數(shù)值，如果某通道的測(cè)量值與其他2 個(gè)通道的數(shù)值有明顯偏差，則認(rèn)定該通道傳感器故障，任何一個(gè)模塊故障都會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。每套超速保護(hù)系統(tǒng)還包含1 個(gè)獨(dú)立的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，用以模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)。 在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，定期對(duì)轉(zhuǎn)速模塊進(jìn)行測(cè)試，保證超速保護(hù)系統(tǒng)繼電器動(dòng)作的可靠性。

圖1 E16 型超速保護(hù)裝置的組成

2 套超速保護(hù)裝置控制汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門油動(dòng)機(jī)上的快關(guān)電磁閥的電源供應(yīng)。當(dāng)該裝置接收到發(fā)電機(jī)保護(hù)、鍋爐保護(hù)MFT（主燃料跳閘）、緊急停機(jī)按鈕及汽輪機(jī)保護(hù)等外部信號(hào)及超速保護(hù)內(nèi)部信號(hào)時(shí)，2 套裝置同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行三取二判定，當(dāng)其中任意一套裝置動(dòng)作，所有油動(dòng)機(jī)的快關(guān)電磁閥將失電，閥門在關(guān)閉彈簧的作用下快速關(guān)閉，使汽輪機(jī)組停機(jī)，危急遮斷系統(tǒng)原理如圖2 所示。

本文通過對(duì)案例機(jī)組因超速保護(hù)裝置故障引起的非計(jì)劃停運(yùn)事件進(jìn)行分析和故障檢查，介紹多種高效試驗(yàn)方法及可靠的優(yōu)化方案。

1 超速保護(hù)裝置控制原理

1.1 超速保護(hù)裝置的控制邏輯

由邏輯觸發(fā)跳閘的信號(hào)有軸向位移大、軸承絕對(duì)振動(dòng)高、停機(jī)電磁閥故障等13 項(xiàng)，最終動(dòng)作信號(hào)通過DO（數(shù)字量輸出）卡控制油動(dòng)機(jī)快關(guān)電磁閥。當(dāng)這些信號(hào)超過預(yù)設(shè)的報(bào)警值時(shí)，發(fā)出報(bào)警。當(dāng)參數(shù)繼續(xù)變化超過遮斷值時(shí)，發(fā)出遮斷信號(hào)，動(dòng)作停機(jī)電磁閥，遮斷機(jī)組，如圖3 所示。

由圖4 可以看出，1 號(hào)主汽門和1 號(hào)主調(diào)閥的4 個(gè)跳閘電磁閥中任一個(gè)故障且2 號(hào)主汽門和2 號(hào)主調(diào)閥的4 個(gè)跳閘電磁閥中任一個(gè)故障，即每個(gè)電磁閥的2 路指令跟2 路反饋都不一致，系統(tǒng)保護(hù)停機(jī)。

1.2 超速保護(hù)裝置的硬件回路

1.2.1 繼電器硬回路

圖5 所示為ETS 系統(tǒng)硬件布置和超速保護(hù)裝置硬回路原理，由圖5 可以看出：轉(zhuǎn)速模塊發(fā)出的動(dòng)作信號(hào)通過繼電器回路，進(jìn)行硬件的三取二邏輯處理。2 套處理系統(tǒng)串聯(lián)到快關(guān)電磁閥電源供給回路，能夠直接切斷電磁閥的電源，快速停機(jī)。這是硬回路停機(jī)的一種方式。

1.2.2 控制室內(nèi)停機(jī)按鈕硬回路

同時(shí)，控制室內(nèi)停機(jī)按鈕是ETS 的第二種硬回路停機(jī)方式，采用雙按鈕形式，每個(gè)按鈕有4副NC（常閉）和1 副NO（常開）觸點(diǎn)。 其中3 副NC 觸點(diǎn)進(jìn)入DCS 控制器，三取二后停機(jī)。還有1路信號(hào)接到電磁閥供電回路，直接動(dòng)作電磁閥，其原理如圖6 所示。

圖2 危急遮斷系統(tǒng)原理

從上述超速保護(hù)裝置控制軟邏輯及硬回路原理的分析中可以得出：該套ETS 最終是由E16型超速保護(hù)裝置和集控室按鈕2 種方式觸發(fā)硬回路電源使得快關(guān)磁閥失電，油動(dòng)機(jī)快速泄油，進(jìn)而達(dá)到停機(jī)目的。邏輯組態(tài)中觸發(fā)的停機(jī)則是通過超速系統(tǒng)中外部信號(hào)的形式得以實(shí)現(xiàn)。

2 超速保護(hù)裝置異常動(dòng)作事件經(jīng)過

2016 年4 月11 日19：25：08，某發(fā)電廠8 號(hào)機(jī)組運(yùn)行在AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）方式下，負(fù)荷369 MW，機(jī)組跳閘，首出超速保護(hù)動(dòng)作，隨后機(jī)組MFT。跳閘后超速保護(hù)裝置無異常報(bào)警，轉(zhuǎn)速都為141 r/min。隨后機(jī)組盤車時(shí)超速保護(hù)裝置第1套轉(zhuǎn)速保護(hù)裝置的A 測(cè)速模塊報(bào)傳感器故障（代碼：SE-40），測(cè)試模塊報(bào)故障（代碼C0-E1）A 通道不能工作。從SOE（歷史事件記錄）可查：19：25：05 超速保護(hù)裝置開始自檢，19：25：08 巡檢到第2路轉(zhuǎn)速卡時(shí)，第1 路轉(zhuǎn)速傳感器故障信號(hào)發(fā)出，觸發(fā)超速保護(hù)三取二信號(hào)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。跳閘歷史曲線記錄如圖7 所示。

圖3 汽輪機(jī)跳閘邏輯

圖4 跳閘電磁閥故障邏輯

圖5 超速保護(hù)系統(tǒng)硬回路

圖6 控制室停機(jī)按鈕原理

3 原因檢查

3.1 現(xiàn)場設(shè)備位置檢查

對(duì)現(xiàn)場轉(zhuǎn)速探頭、中間接線盒的安裝位置、溫度、振動(dòng)、外觀進(jìn)行檢查，檢查情況如表1 及圖8 所示。 現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)速探頭冷卻風(fēng)風(fēng)壓、風(fēng)向、風(fēng)量正常，探頭溫度正常，中間接線盒現(xiàn)場安裝位置不合理，內(nèi)電纜雜亂無序，接線盒進(jìn)線孔只有一個(gè)小孔，電纜難以抽拉，在故障排查和更換單獨(dú)轉(zhuǎn)速探頭線纜時(shí)容易誤碰，部分電纜標(biāo)牌丟失，安裝工藝不規(guī)范。同時(shí)發(fā)現(xiàn)第一路轉(zhuǎn)速傳感器的中間接線盒處有1 根信號(hào)線松動(dòng)，2 號(hào)端子下接線松。轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速有向下的波動(dòng)，緊固接線后恢復(fù)正常。

圖7 機(jī)組跳閘歷史曲線記錄

表1 轉(zhuǎn)速探頭布置及溫度

圖8 中間接線盒位置及內(nèi)部

3.2 超速保護(hù)裝置直流電源性能檢查

通過查看設(shè)備說明書以及現(xiàn)場設(shè)備銘牌可知， 系統(tǒng)采用Weidmuller 型雙電源冗余供電方案，額定功率為960 kW，通過計(jì)算得出系統(tǒng)實(shí)際最大可能功率為150 kW，遠(yuǎn)小于系統(tǒng)額定功率，8 號(hào)機(jī)組電子室內(nèi)溫度、濕度符合電源要求，使用KH300AG 多功能記錄儀對(duì)系統(tǒng)電壓持續(xù)檢測(cè)，通過連續(xù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，運(yùn)行時(shí)電源電壓在24 V±0.5 V，系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)電源電壓穩(wěn)定無波動(dòng)。

3.3 聯(lián)鎖保護(hù)邏輯檢查

檢查ETS 中跳閘條件及組態(tài)實(shí)現(xiàn)方法并與控制說明核對(duì)，同時(shí)詢問運(yùn)行和設(shè)備部門相關(guān)技術(shù)人員，并通過聯(lián)鎖試驗(yàn)檢查實(shí)際動(dòng)作情況。檢查結(jié)果為：聯(lián)鎖邏輯合理，系統(tǒng)動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，符合要求。

3.4 接觸器性能檢查

對(duì)ETS 系統(tǒng)硬回路中6 個(gè)接觸器進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)接觸器外表無破損、無燒焦，觸點(diǎn)無銹跡，可初步斷定接觸器外觀完好。同時(shí)，對(duì)接觸器進(jìn)行了可靠性動(dòng)作試驗(yàn)，通過仿真使其反復(fù)超速動(dòng)作100 次，動(dòng)作正確率為100%。

3.5 E16 型超速保護(hù)系統(tǒng)性檢查

對(duì)裝置進(jìn)行測(cè)速準(zhǔn)確性、保護(hù)動(dòng)作快速性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：測(cè)速動(dòng)作值偏差小于1 r/min；超速保護(hù)動(dòng)作的反應(yīng)時(shí)間約為20 ms（含測(cè)試用繼電器的動(dòng)作時(shí)間），以上事實(shí)說明，E16 型電子超速保護(hù)裝置的各種功能和性能指標(biāo)完全滿足汽輪機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)的要求，測(cè)試原理如圖9 所示。

圖9 裝置快速性測(cè)量原理

3.6 報(bào)警、監(jiān)視功能檢查

通過查看ETS 系統(tǒng)的異動(dòng)報(bào)告及現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在某次因超速系統(tǒng)故障而導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)前一段時(shí)間，轉(zhuǎn)速的歷史曲線已出現(xiàn)大幅度波動(dòng)并間斷出現(xiàn)異常值，但沒有觸發(fā)聲光報(bào)警，錯(cuò)失處理故障最佳時(shí)機(jī)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，ETS 系統(tǒng)的2 套超速保護(hù)裝置現(xiàn)場轉(zhuǎn)速探頭共有7 個(gè)（6 用1 備），但DCS 側(cè)能夠監(jiān)視的只有其中1 套的3 個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)，若因無法監(jiān)視的轉(zhuǎn)速裝置故障而引起機(jī)組誤動(dòng)，將對(duì)事件分析造成極大困難。

3.7 E16 型超速保護(hù)裝置參數(shù)檢查

事件發(fā)生時(shí)超速保護(hù)裝置BRAUN 卡參數(shù)設(shè)置如下：

（1）P02.01=0（測(cè)試模塊E1696 設(shè)置成當(dāng)發(fā)現(xiàn)有通道故障時(shí)取消自動(dòng)巡檢功能）。

（2）P02.02=702（自動(dòng)巡檢的周期702 min）。

（3）P02.03=0（巡檢方式整定為“自動(dòng)巡檢”方式，同時(shí)操作E1696 面板上的“Δ”和”P”鍵也可以啟動(dòng)“自動(dòng)巡檢”功能）。

（4）P02.04=1（傳感器出現(xiàn)故障輸出跳機(jī)保護(hù)信號(hào)）。

通過上述分析可知，機(jī)組跳閘前，1 號(hào)轉(zhuǎn)速上下大幅波動(dòng)，且1 號(hào)超速保護(hù)通道1 未跳閘頻繁出0，1 號(hào)超速保護(hù)傳感器1 無故障頻繁出0。在第1 套E16 型超速保護(hù)裝置自檢到轉(zhuǎn)速2 測(cè)試模件時(shí)，1 號(hào)超速保護(hù)通道2 未跳閘出0，同時(shí)故障的1 號(hào)轉(zhuǎn)速信號(hào)從0 向上升，超速保護(hù)1動(dòng)作機(jī)組跳閘。從現(xiàn)場設(shè)備檢查發(fā)現(xiàn)：1 號(hào)超速保護(hù)中的轉(zhuǎn)速1 探頭就地接線盒中1 線松動(dòng)，造成轉(zhuǎn)速1 探頭信號(hào)故障不時(shí)發(fā)信號(hào)。 在第1 套E16 型超速保護(hù)裝置自檢到轉(zhuǎn)速2 測(cè)速模件時(shí)，轉(zhuǎn)速2 超速保護(hù)輸出，同時(shí)轉(zhuǎn)速1 的探頭信號(hào)故障發(fā)保護(hù)輸出，滿足超速三取二條件，導(dǎo)致汽機(jī)跳閘。

4 改進(jìn)措施

經(jīng)過上述原因分析，有針對(duì)性地采取了改進(jìn)措施，并進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。

4.1 中間接線盒改造

更換開孔合理、抗震、端子質(zhì)量好的接線盒，將原接線盒從原位置調(diào)整到至附近振動(dòng)小、溫度低的位置，同時(shí)把端子排從原反饋裝置中移出，并接到新增的獨(dú)立中間接線盒中，對(duì)缺失的電纜標(biāo)牌進(jìn)行增補(bǔ)，并按照DL/T 261—2012《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》中相關(guān)規(guī)程對(duì)接線工藝進(jìn)行優(yōu)化。

更換中間接線盒后，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，使用便攜式振動(dòng)儀測(cè)量接線盒外殼振動(dòng)值，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場接線盒振動(dòng)大幅度降低，由改造前的0.8 mm 降為改造后的0.15 mm。

4.2 增加轉(zhuǎn)速通道送信及聲光報(bào)警

增加第2 套超速保護(hù)的3 個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)接入DCS 顯示。DCS 綜合畫面主機(jī)轉(zhuǎn)速報(bào)警，包括6個(gè)超速保護(hù)傳感器故障、保護(hù)，以及2 套保護(hù)裝置各自3 個(gè)探頭的轉(zhuǎn)速偏差，做相關(guān)試驗(yàn)報(bào)警正常。增加轉(zhuǎn)速卡及其邏輯組態(tài)后，用信號(hào)發(fā)生器模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)驗(yàn)證DCS 側(cè)邏輯組態(tài)、聲光報(bào)警正常。

4.3 修改BRAUN 相關(guān)參數(shù)

根據(jù)超速保護(hù)裝置傳感器故障監(jiān)測(cè)功能試驗(yàn)報(bào)告、自診斷功能試驗(yàn)報(bào)告，制定BRAUN 參數(shù)修改方案并進(jìn)行修改。參數(shù)設(shè)置優(yōu)化如下：

（1）P02.01=1；由0 改為1，當(dāng)傳感器發(fā)生故障時(shí)，則停止自動(dòng)巡檢。直到人工干預(yù)處理好故障，復(fù)位故障以后再手動(dòng)啟動(dòng)巡檢功能。

（2）P02.02=9 998；自動(dòng)巡檢的周期702 min修改為9 998 min（最大值），周期設(shè)置為9 999 無效，為不巡檢。

參數(shù)修改完成后，進(jìn)行了傳感器故障監(jiān)測(cè)功試驗(yàn)、自診斷功能試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速信號(hào)故障實(shí)時(shí)報(bào)警，頻繁報(bào)警需手動(dòng)確認(rèn)后才可自動(dòng)巡檢，滿足設(shè)備可靠性要求。

改造后機(jī)組可靠運(yùn)行，未出現(xiàn)其轉(zhuǎn)速信號(hào)故障、偏差大等報(bào)警，可初步判斷超速保護(hù)裝置的可靠性得到了提高。

5 結(jié)論

（1）超速保護(hù)裝置故障會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)誤判，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)會(huì)導(dǎo)致超速保護(hù)回路誤動(dòng)，機(jī)組非正常停運(yùn)。通過BRAUN 卡件參數(shù)的優(yōu)化和修改能夠避免此類誤動(dòng)。

（2）在DCS 側(cè)完善轉(zhuǎn)速信號(hào)的監(jiān)視和報(bào)警功能，當(dāng)任一轉(zhuǎn)速原件損壞或信號(hào)抖動(dòng)等故障現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，相關(guān)人員能夠及時(shí)處理，同時(shí)改善現(xiàn)場設(shè)備安裝環(huán)境能夠降低轉(zhuǎn)速測(cè)量回路的故障率。

（3）此次改造中對(duì)超速保護(hù)裝置測(cè)量回路故障診斷、性能檢測(cè)的試驗(yàn)方法、診斷思路對(duì)同類型機(jī)組具有很好的借鑒意義。此次改造的方案、試驗(yàn)方法、邏輯試驗(yàn)方法、方案等已納入檔案庫，并在公司內(nèi)同類型機(jī)組內(nèi)推廣使用。