廣州珠江電力有限公司 阮 斌

隨著汽輪機組容量的不斷增大，蒸汽參數(shù)越來越高，熱力系統(tǒng)越來越復(fù)雜，在機組的啟動、運行或停機過程中如果沒有按規(guī)程的要求操作控制，或者機組運行中由于設(shè)備故障而導(dǎo)致控制油壓力或者潤滑油壓力過低、凝汽器真空過低等嚴重威脅汽輪機組安全的異常工況，如果汽輪機組的ETS系統(tǒng)不能正確保護動作，使汽輪機組及時安全的從異常工況中解列出來，則可能會造成汽輪機葉片損壞、大軸彎曲、推力瓦燒毀等嚴重事故。為了確保機組的安全啟停及穩(wěn)定運行，必需保證汽輪機組的ETS系統(tǒng)在整個機組運行期間的可靠監(jiān)視及有效實時保護，而ETS在線試驗正是保證ETS系統(tǒng)保護是否可靠的重要手段。此外，根據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故二十五項重點要求》中防止熱工保護失靈的要求，應(yīng)定期進行汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)在線試驗。

1 某廠ETS在線試驗系統(tǒng)及異常過程

某廠320MW汽輪機組ETS系統(tǒng)及其在線試驗系統(tǒng)原設(shè)計安裝上海自動化研究所的盤裝系統(tǒng)，后經(jīng)DCS一體化改造后ETS及其在線試驗系統(tǒng)采用上海新華控制技術(shù)集團科技有限公司的XDC800B系統(tǒng)的邏輯保護卡xLP模件組合的ETS系統(tǒng)。該模件是專為ETS系統(tǒng)設(shè)計，對機組振動、潤滑油壓力、EH油壓力、凝汽器真空、差脹、軸向位移、汽機超速、DEH失電、發(fā)電機故障、鍋爐燃料跳閘等保護的檢測，配合xLP端子板完成跳機保護輸出三選二功能，實現(xiàn)對汽輪發(fā)電機組在緊急情況下迅速關(guān)閉汽輪機進汽閥門，切斷汽輪機所有進汽的保安系統(tǒng)。其核心控制組件xLP是一種高性能的開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出模件，邏輯判斷直接通過CPLD完成，因此延時很短，且該模件具有SOE功能，能將所有輸入量和輸出量的具體動作時間以毫秒級記錄下來，適用于各種需要快速保護的場合。

該廠ETS系統(tǒng)設(shè)計有ETS在線試驗功能，可分別進行主機潤滑油、EH油及凝汽器真空的在線試驗，保護回路分別采用傳統(tǒng)的四個開關(guān)信號（串并聯(lián)結(jié)構(gòu)），AST跳閘回路采用雙通道（四個AST電磁閥），正常情況下可在機組運行中分別進行潤滑油、EH油及凝汽器真空的各保護通道的在線試驗（圖1）。

某次在機組運行中做ETS在線試驗時出現(xiàn)異常：做EH油在線試驗時一通道試驗動作正常，恢復(fù)一通道后做二通道試驗時二通道動作、試驗復(fù)歸也正常，但二通道的EH油壓開關(guān)有一個油壓開關(guān)（63-2/LP）在EH油二通道試驗結(jié)束后動作沒有復(fù)歸（圖1，CRT畫面顯示為紅色），現(xiàn)場檢查通過現(xiàn)場壓力表確認試驗塊油壓已恢復(fù)正常，同樣是二通道的EH油壓另一個開關(guān)（63-4/LP）已正常復(fù)歸，檢查判斷為63-2/LP開關(guān)測量故障，交由檢修事后處理，繼續(xù)進行在線試驗，接著做潤滑油的在線試驗，結(jié)果在做一通道時出現(xiàn)了機組跳閘，在線試驗失敗。

現(xiàn)場檢查ETS系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備，除了63-2/LP開關(guān)由于觸點故障無法復(fù)歸外其余均未發(fā)現(xiàn)異常。檢修處理好63-2/LP開關(guān)問題后，機組啟動掛閘后再次重做在線試驗，無論是EH油還是潤滑油或者是凝汽器真空在線試驗均正常成功完成。

2 異常分析

2.1 ETS跳閘原理

該廠ETS跳閘模塊安裝在汽機前箱右側(cè)，塊上共有6個電磁閥，其中2個常閉電磁閥為OPC電磁閥，由DEH系統(tǒng)控制（因OPC電磁閥與本文關(guān)系不大，不作過多說明）；另外4個為AST電磁閥。為防止ETS保護拒動，ETS跳閘采用失電跳閘保護邏輯，即機組掛閘運行后AST電磁閥是常帶電結(jié)構(gòu)，機組跳閘時AST電磁閥將失電動作（圖2）。圖1中左上部分所示為ETS跳閘系統(tǒng)CRT畫面顯示模擬圖。

圖2中P1點壓力為14MPa左右，通過節(jié)流孔J1、J2使P2點壓力約為7MPa左右。在進行一通道試驗時，AST1和AST3電磁閥動作，使得P2點壓力升高至P1；若進行二通道試驗則AST2和AST4電磁閥動作，P2點壓力為無壓力回油壓力（壓力接近0）；壓力開關(guān)ASP1、ASP2設(shè)定值分別為ASP1≥9.5MPa和ASP2≤4.2MPa，機組正常運行時ASP1、ASP2壓力開關(guān)觸點均為常開狀態(tài)，通道1（AST1，AST3）動作試驗時P2點壓力升高，ASP1動作觸閉合輸出；通道2（AST2，AST4）動作試驗時P2點壓力下降，ASP2動作觸閉合輸出，通過ASP1、ASP2兩個壓力開關(guān)動作情況，就能在線監(jiān)視是哪個通道的電磁閥泄漏或失電動作。

2.2 ETS系統(tǒng)在線試驗簡介

該廠ETS系統(tǒng)在線試驗共設(shè)置有三個試驗塊：EH油試驗塊，潤滑油試驗塊和真空試驗塊，均安裝在汽機前箱左側(cè)，每個塊的原理均相同，只是對應(yīng)不同試驗塊測點名稱有所區(qū)別，因而下面以EH油試驗塊為例進行說明，圖1所示為包含了三種試驗塊的CRT畫面顯示模擬圖。每個在線試驗塊均按雙通道布置（如圖3），其中J1、J2為節(jié)流孔；F0、F1、F2為手動閥，20-1/LPT、20-2/LPT為電磁閥；Y1、Y2為就地顯示的壓力表（真空試驗塊為真空表）；63-1/LP、63-3/LP、63-2/LP、63-4/LP為壓力開關(guān)，四個EH油壓力開關(guān)動作定值設(shè)定相同，EH油壓保護開關(guān)動作定值為≤9.5MPa（真空試驗塊為真空開關(guān)），四個壓力開關(guān)均為雙觸點輸出開關(guān)，每個開關(guān)的一對觸點接入ETS保護回路用于汽機跳閘，另一對觸點接入DCS對應(yīng)于CRT模擬圖的四個狀態(tài)顯示。四個壓力開關(guān)在機組正常運行時觸點閉合輸出，壓力開關(guān)動作時觸點斷開輸出。

節(jié)流孔J1、J2的作用是將在線試驗的兩路隔離開，試驗時互不干擾，在線試驗可就地手動試驗，此時通過觀察Y1、Y2的壓力顯示變化可直觀的了解試驗情況；也可在主控室通過操作員站進行遠方操作試驗，此時通過四個壓力開關(guān)對應(yīng)的點燈狀態(tài)顯示也可確認試驗的情況。

2.3 ETS在線試驗邏輯

當(dāng)運行操作選擇“EH油壓低試驗”在線試驗后，該按鈕顯示紅色，表示進入EH油壓在線試驗狀態(tài)（圖1），此時圖4邏輯圖中的測點“進行通道試驗DI8”為“1”，則此時與“進行通道試驗DI8”邏輯相聯(lián)的“AND”模塊③和⑤的第二個條件全部滿足，從邏輯上進入在線通道試驗狀態(tài)。當(dāng)運行人員操作“20-1/LPT”電磁閥進行“一通道”試驗時，“20-1/LPT”電磁閥帶電泄油；由于通道節(jié)流孔的作用，當(dāng)電磁閥動作泄油時，會使一通道上“63-1/LP”和“63-3/LP”壓力開關(guān)由于油壓降低到定值而動作。

為了防止保護拒動ETS系統(tǒng)采用反邏輯，該系統(tǒng)的壓力開關(guān)在正常運行時輸出邏輯“1”，當(dāng)開關(guān)動作時輸出邏輯“0”，因而該壓力開關(guān)信號對應(yīng)圖2中的“EH油壓1（DI0）”和“EH油壓3（DI1）”信號為“0”，而“OR”模塊①、②的輸入端求反，因而“OR”模塊①的輸出此時為邏輯“1”，邏輯回路中“AND”模塊③的第一個條件滿足，由于“AND”模塊③的第二個條件（進行通道試驗）狀態(tài)已滿足，因而一通道的“OR”模塊⑥條件滿足輸出邏輯“1”，“TD_ON”模塊動作，驅(qū)動RS觸發(fā)器⑧，使RS觸發(fā)器⑧輸出邏輯“1”，通過“NOT”模塊的求反作用，輸出端“DO0”和“DO1”輸出邏輯“0”，從而使ETS跳閘模塊的一通道AST電磁閥1和AST電磁閥3失電動作（圖1中的AST1、AST3動作），使得P2點壓力升高至P1，ASP1壓力開關(guān)（≥9.5MPa）動作，該壓力開關(guān)觸點信號傳動至DCS，EH油在線試驗畫面ASP1狀態(tài)顯示由綠色變?yōu)榧t色，表明EH油壓低一通道在線試驗成功。

2.4 ETS在線試驗失敗原因分析

為查找ETS在線試驗失敗的原因，對該廠XLP卡的ETS保護邏輯（圖5、圖6）進行檢查分析發(fā)現(xiàn)ETS保護及在線試驗邏輯上存在不足，盡管畫面上“EH油壓低試驗”、“滑潤油壓低試驗”和“真空低試驗”是分別三個不同的操作按鈕，但無論點擊哪個按鈕進行試驗，最終都會觸發(fā)ETS保護邏輯中的“進行通道試驗DI8”為“1”，因而從邏輯上來說，無論是做EH油壓低還是潤滑油壓低或者真空低試驗，都會使所有試驗?zāi)K進入在線試驗狀態(tài)。

前述試驗中，由于EH油壓在線試驗的二通道EH油壓開關(guān)（63-2/LP）動作在試驗結(jié)束后沒有復(fù)歸，63-2/LP油壓開關(guān)觸點輸出（圖5中的“EH油壓2”DI2）為邏輯“0”，由于“OR”模塊②的輸入端求反，因而“OR”模塊②的輸出保持為邏輯“1”，因而當(dāng)進行在線試驗（無論是進行EH油壓還是潤滑油壓或者真空）按鈕操作試驗后，從邏輯圖上可以看出，由于“進行通道試驗DI8”為“1”，因而EH油的二通道的“AND”條件滿足，從而促使整個邏輯的第二個通道處于跳閘狀態(tài)，AST電磁閥2和AST電磁閥4已經(jīng)失電跳閘，當(dāng)進行任何試驗塊的通道一試驗而致使AST電磁閥1或AST電磁閥3有任一失電或同時失電時，由于兩個通道均有AST電磁閥失電，造成OPC油壓失去而使汽輪機進汽閥關(guān)閉，汽機跳閘，因而出現(xiàn)ETS在線試驗失敗。

3 解決辦法

該廠ETS系統(tǒng)原設(shè)計安裝為盤裝儀表系統(tǒng)，其ETS在線試驗初始設(shè)計只有一個“在線試驗”按鈕，因而按下“在線試驗”按鈕后三個試驗塊均進入了在線試驗狀態(tài)。進行DCS一體化改造后，DCS廠家參考原ETS設(shè)計邏輯，雖然在CRT操作畫面上區(qū)分了三個試驗塊的試驗功能，但在“進行通道試驗”的邏輯上依然采用同一個DI通道，而由于ETS系統(tǒng)的保護控制邏輯是固化在xLP卡內(nèi)部的邏輯，因而造成試驗人員在邏輯認識上存在誤區(qū)，以為EH油在線試驗、潤滑在線試驗和真空在線試驗是三種沒有關(guān)聯(lián)的獨立試驗，從而出現(xiàn)在線試驗失敗。解決辦法是增加多兩個DI點，ETS在線試驗操作畫面的“EH油壓低試驗”、“潤滑油壓低試驗”、“真空低試驗”三個按鈕分別對應(yīng)三個不同DI點輸入xLP卡，按圖6所示的控制邏輯修改xLP的ETS保護內(nèi)部邏輯并重新固化后該問題得以徹底解決。

4 結(jié)語

總結(jié)此次ETS在線試驗的經(jīng)驗教訓(xùn)，對于象ETS系統(tǒng)等機組重要保護系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)有異常狀況（如此次的壓力開關(guān)故障）時，應(yīng)及時將故障解決后再進行其它試驗或操作，避免造成不必要損失，這也是通過此次在線試驗失敗得到的一點寶貴經(jīng)驗。對于熱工設(shè)備的升級改造，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)備特性改進相應(yīng)的控制邏輯，不能照搬照套原有的控制邏輯，避免給機組安全穩(wěn)定運行留下不必要的安全隱患。