李平 劉功銀

摘要：本文通過對西門子燃驅(qū)壓縮機組的原有超速保護系統(tǒng)進行分析總結(jié)，針對其存在的缺陷，創(chuàng)新性地提出了優(yōu)化升級方案，實施后有效地避免了由于轉(zhuǎn)速信號跳變導(dǎo)致機組緊急停機故障，保障了機組的平穩(wěn)運行。

Abstract： This article analyzes and summarizes the original overspeed protection system of Siemens combustion-driven compressor units， and innovatively proposes an optimized upgrade plan based on its defects. After implementation， it effectively avoids the emergency shutdown of the unit due to the jump of the speed signal. Failure to ensure the smooth operation of the unit.

關(guān)鍵詞：燃驅(qū)壓縮機組;超速保護;升級改造

Key words： combustion drive compressor unit;overspeed protection;upgrading

中圖分類號：TQ441.41? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）17-0135-03

0? 引言

燃氣輪機是一種高速轉(zhuǎn)動的機械，其轉(zhuǎn)動部件的應(yīng)力和轉(zhuǎn)速有著密切的關(guān)系，由于離心力正比于轉(zhuǎn)速的平方，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時，因離心力所造成的應(yīng)力將會迅速增加。當(dāng)轉(zhuǎn)速超出額定轉(zhuǎn)速的20%時，應(yīng)力就接近于額定轉(zhuǎn)速時的1.5倍。葉輪等緊力配合的轉(zhuǎn)動部件的松動轉(zhuǎn)速通常也是按高于額定轉(zhuǎn)速20%來設(shè)計的，如果轉(zhuǎn)速升高到不允許的數(shù)值，會導(dǎo)致燃氣輪機設(shè)備的嚴重損壞。因此，超速保護系統(tǒng)成為燃氣輪機重要的保護裝置之一。西氣東輸二線西門子燃驅(qū)機組采用硬件超速保護和邏輯超速保護兩種方式對機組進行保護。其中，硬件超速保護系統(tǒng)采用羅克韋爾公司的XM系列模塊，該系列模塊完全獨立于機組控制系統(tǒng)，其通過硬線與機組控制系統(tǒng)建立聯(lián)系;邏輯超速保護是由機組控制系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速進行比較和判斷。近年來，我公司西門子燃驅(qū)機組多次發(fā)生由于超速保護系統(tǒng)觸發(fā)導(dǎo)致機組跳閘故障，但是技術(shù)人員經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)實際轉(zhuǎn)速一直很穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)超速現(xiàn)象，是由于其中一個轉(zhuǎn)速信號跳變導(dǎo)致超速保護系統(tǒng)誤觸發(fā)跳閘信號。針對此問題，經(jīng)過對機組超速保護的一系列升級改造，較好地解決了此問題，保證了機組的平穩(wěn)運行。

1? 機組原超速保護系統(tǒng)現(xiàn)狀

西氣東輸西二線西門子燃驅(qū)機組邏輯超速保護由SIS PLC（安全）、PCS PLC（順控）來執(zhí)行，硬件超速保護由超速保護模塊XM220、XM441模塊及安全繼電器系統(tǒng)來實現(xiàn)。西門子燃驅(qū)機組GG的低壓壓氣機共有三個轉(zhuǎn)速信號，分別是NL1、NL2、NL3，其中NL1、NL2進入SIS系統(tǒng)，NL1、NL3進入XM220模塊。轉(zhuǎn)速信號超速保護邏輯如下：

①SIS程序使用NL1、NL2，2個轉(zhuǎn)速信號（模擬量信號）采用高選方式進行聯(lián)鎖，2個探頭只要有1個探頭超過7000RPM，SIS PLC直接執(zhí)行緊急停機邏輯;

②PCS程序中使用超速保護模塊XM220分別輸出的NL1、NL3超速干結(jié)點（數(shù)字量信號），1oo2（二選一）只要有1個轉(zhuǎn)速跳變，也產(chǎn)生跳機信號;

③安全繼電器中使用超速保護繼電器模塊XM441輸出的NL1、NL3超速干結(jié)點信號，1oo2（二選一）只要有1個轉(zhuǎn)速跳變，硬接線產(chǎn)生跳機信號。

SIS、PCS、安全繼電器，由于采用高選或“二選一”邏輯，無法過濾轉(zhuǎn)速信號自身跳變帶來的誤TRIP（跳機）問題。動力渦輪轉(zhuǎn)速探頭PT存在相同的邏輯判斷方式，只要有1個轉(zhuǎn)速探頭跳變，均會導(dǎo)致機組誤“TRIP”。

1.1 PCS程序現(xiàn)狀

表1中，UC1、UC3指XM220，即雙轉(zhuǎn)速信號處理模塊，UC2、UC4指XM441，即繼電器模塊。

由表1可以看出，PCS接入超速保護模塊TRIP信號，“或”邏輯，只要有1個探頭出現(xiàn)trip信號，立即執(zhí)行鎖定停車邏輯。二選一無法避免信號跳變造成停車的問題;“三選二”既保證信號的可靠性，又保證信號的容錯問題。

1.2 SIS程序現(xiàn)狀（表2）

在表2中，n1act為NL1和NL2的高選值，當(dāng)n1act在機組運行時大于7000RPM，控制系統(tǒng)認為GG超速，執(zhí)行跳機邏輯。PT與NL相似，在此不再贅述。考慮到n1act還參與其它的邏輯控制，因此對n1act不做任何改動。但是原邏輯中當(dāng)n1act超過7000RPM會停機，在做三選二優(yōu)化后，有可能使n1act超過7000RPM而不停機，而n1act直接關(guān)系GG滑油的供油量，原邏輯中n1act理論上最大是7000RPM，在此次超速保護系統(tǒng)改造后，n1act有可能超過7000RPM，那么n1act超過7000RPM究竟對GG滑油有沒有影響呢？由圖1可以看出，在啟機過程中，GG滑油的供油量隨著NL轉(zhuǎn)速的上升供油量也在逐漸上升，當(dāng)NL達到5300RPM后，GG滑油的供油量不再增長，因此，即使n1act超過7000RPM，也不會影響GG滑油的供油量。

2? 優(yōu)化方案

本優(yōu)化方案的依據(jù)是轉(zhuǎn)速處理模塊XM220具備轉(zhuǎn)速信號處理、開路檢測、超速判斷等功能，本方案用到Xdcr Fault和Tacho Fault兩種故障監(jiān)測模式，其中Xdcr Fault是指轉(zhuǎn)速傳感器的直流偏置電壓超限，一般的，當(dāng)機組停止運行時，Xdcr Fault都會超過最低電壓Fault Low;Tacho Fault是指沒有檢測到轉(zhuǎn)速。因此需要給XM220一個旁路信號，當(dāng)機組停機后，XM220的報警信號不使能。

而XM442具備對超速信號三選二表決功能，同時將轉(zhuǎn)速信號開路信號等同于超速信號，也能監(jiān)測24V電源是否正常。其中，XM442的繼電器輸出響應(yīng)時間是40毫秒。

2.1 對NL的優(yōu)化

取消原XM220及XM441模塊，安裝三個新XM220及一個XM442模塊。將NL3信號引入超速保護模塊XM220，由XM220對NL1、NL2、NL3進行監(jiān)測，使用繼電器模塊（XM442）經(jīng)三選二表決后輸出的干結(jié)點接入PCS。PCS系統(tǒng)利用原有通道接入表決后干結(jié)點信號執(zhí)行跳機邏輯。刪除原邏輯中超速保護邏輯。原邏輯中有開路二選二跳機邏輯，由于XM442已經(jīng)對開路信號有監(jiān)測功能，因此刪除PCS內(nèi)開路跳機邏輯，只保留開路報警功能。在PCS中新增XM模塊的旁路信號，當(dāng)NL轉(zhuǎn)速低于1500RPM時，取消XM220及XM442的使能信號。

在SIS系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速信號無容錯機制，取消n1act作為超速保護邏輯判斷的依據(jù)，引入NL3轉(zhuǎn)速，當(dāng)NL1、NL2、NL3個轉(zhuǎn)速中有2個>=7000rpm時，執(zhí)行超速保護跳機邏輯。

刪除安全繼電器中原NL1、NL2的超速信號，接入繼電器模塊（XM442）經(jīng)三選二表決后輸出的干結(jié)點，執(zhí)行硬件跳機邏輯。

2.2 對PT的優(yōu)化

取消原XM220及XM441模塊，安裝三個新XM220及一個XM442模塊。將PT2信號接入到超速保護模塊XM220，在PCS中刪除原來的PT3、PT4的單獨超速信號，利用原有通道接入來自XM442三選二邏輯判斷后輸出的干結(jié)點，執(zhí)行TRIP邏輯。刪除原邏輯中超速保護邏輯。刪除PCS內(nèi)信號開路跳機邏輯，只保留信號開路報警功能。在PCS中新增XM模塊的旁路信號，當(dāng)PT轉(zhuǎn)速低于500RPM時，取消XM220及XM442的使能信號。

在SIS系統(tǒng)中，取消PT1、PT2兩者的高選值作為超速保護判斷邏輯，引入PT3轉(zhuǎn)速，當(dāng)PT1、PT2、PT3三個轉(zhuǎn)速中有2個>=5300rpm時，執(zhí)行超速保護跳機邏輯。

刪除安全繼電器中原NL3、NL4的超速信號，接入繼電器模塊（XM442）經(jīng)三選二表決后輸出的干結(jié)點，執(zhí)行硬件跳機邏輯。

3? 結(jié)論

目前，本技術(shù)方案已經(jīng)在西氣東輸烏蘇站二線1#2#機組、煙墩站二線1#、2#、3#機組上實施，效果良好，至今沒有發(fā)生因為轉(zhuǎn)速信號跳變導(dǎo)致的跳機故障，有效地提高了機組平穩(wěn)運行的能力。

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