劉鐵柱 張佳興

某1 050MW汽輪機(jī)組安全監(jiān)視系統(tǒng)保護(hù)回路現(xiàn)狀分析及優(yōu)化措施

劉鐵柱 張佳興

（國(guó)能神福石獅發(fā)電有限公司，福建 泉州 362700）

本文對(duì)某電廠1 050MW汽輪機(jī)組安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI）保護(hù)回路現(xiàn)狀進(jìn)行研究，列舉繼電器檢測(cè)模件、跳閘回路接線和振動(dòng)保護(hù)邏輯中存在的單點(diǎn)保護(hù)問(wèn)題并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，提出優(yōu)化解決措施，在應(yīng)用中提高了TSI保護(hù)回路的可靠性。

汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI）；振動(dòng)；軸位移；跳閘；保護(hù)

0 引言

某電廠1 050MW汽輪發(fā)電機(jī)組采用東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、單抽、抽凝式汽輪機(jī)，型號(hào)為N1050— 26.25/600/600。該汽輪發(fā)電機(jī)組共分11個(gè)軸瓦，其中1～8瓦對(duì)應(yīng)高壓缸、中壓缸和兩個(gè)低壓缸側(cè)，9瓦和10瓦對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)，11瓦對(duì)應(yīng)勵(lì)磁機(jī)側(cè)。汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)（turbine supervisoy instrument, TSI）[1]采用本特利3500系列在線監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸振、蓋振、軸位移、偏心、轉(zhuǎn)速、脹差、熱膨脹等汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的長(zhǎng)期連續(xù)在線監(jiān)測(cè)[2-3]。本文主要針對(duì)在TSI運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行研究并提出相應(yīng)的解決方案，以提高TSI的可靠性。

1 TSI繼電器輸出模件

1.1 模件設(shè)置

該TSI模件機(jī)架配置有一塊3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件和一塊3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件。其中，3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件負(fù)責(zé)接收3500/42M軸承振動(dòng)檢測(cè)模件送來(lái)的軸承振動(dòng)大報(bào)警和跳閘信號(hào)，并輸出1路軸承振動(dòng)大報(bào)警信號(hào)、10路軸承振動(dòng)大跳閘信號(hào)。該繼電器模件通道1對(duì)應(yīng)輸出軸承振動(dòng)大報(bào)警信號(hào)送至分散控制系統(tǒng)（distributed control system, DCS）報(bào)警，通道2～11分別對(duì)應(yīng)輸出1～10瓦軸振大跳閘信號(hào)送至汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)（emergency trip system, ETS）[4]。

3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件負(fù)責(zé)接收3500/42M軸位移檢測(cè)模件送來(lái)的軸位移大報(bào)警和跳閘信號(hào)，并輸出1路軸位移大報(bào)警信號(hào)和3路軸位移大跳閘信號(hào)。該繼電器模件通道1對(duì)應(yīng)輸出軸位移大報(bào)警信號(hào)至DCS報(bào)警，通道2～4分別對(duì)應(yīng)輸出3路軸位移大跳閘信號(hào)至ETS。TSI機(jī)架繼電器模件配置如圖1所示。

圖1 TSI機(jī)架繼電器模件配置

1.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

從該TSI配置可以看出，一旦負(fù)責(zé)汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大保護(hù)輸出的3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件發(fā)生故障而誤發(fā)信號(hào)，將造成輸出至ETS的3路軸振大跳閘信號(hào)誤發(fā)，導(dǎo)致軸承振動(dòng)大保護(hù)誤動(dòng)。

同樣，如果作為汽輪機(jī)軸位移大保護(hù)輸出的3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件發(fā)生故障而誤發(fā)信號(hào)，也會(huì)造成軸位移大保護(hù)誤動(dòng)。

在國(guó)家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》[5]中第9.4.3條款要求“所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用‘三取二’或‘先或后與四取二’的邏輯判斷方式，保護(hù)信號(hào)應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對(duì)獨(dú)立的原則”。該TSI配置方式不滿足要求，TSI裝置的軸承振動(dòng)、軸位移保護(hù)繼電器輸出模件實(shí)際為單點(diǎn)保護(hù)方式。

1.3 優(yōu)化措施

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]中第15.6.1條款規(guī)定“機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：冗余的I/O信號(hào)應(yīng)通過(guò)不同的I/O模件引入”。對(duì)該主機(jī)TSI軸振大信號(hào)、軸位移大信號(hào)設(shè)計(jì)在同一塊模件的問(wèn)題采取冗余保護(hù)分模件處理，以提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性[7]，即在原主機(jī)TSI機(jī)架上增設(shè)一塊3500/33(1-12)-16通道繼電器輸出模件，與原有3500/33(1-13)-16模件和3500/32M(1-14)-4模件組成三條獨(dú)立的I/O模件回路。優(yōu)化后的TSI機(jī)架繼電器模件配置如圖2所示。

同時(shí)調(diào)整相應(yīng)繼電器模件的輸出通道配置，由這3塊繼電器模件分別輸出軸振大停機(jī)信號(hào)、軸位移大停機(jī)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)送往ETS的3路軸振大保護(hù)信號(hào)及3路軸位移大保護(hù)信號(hào)輸出完全獨(dú)立并且冗余，通過(guò)ETS進(jìn)行三取二邏輯判斷，提高保護(hù)邏輯的穩(wěn)定性和可靠性。

圖2 優(yōu)化后的TSI機(jī)架繼電器模件配置

2 輸出跳閘回路接線

2.1 接線設(shè)置

該TSI 3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件由通道2～11分別對(duì)應(yīng)輸出1～10瓦軸振大跳閘信號(hào)，該10路軸振大跳閘信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)TSI柜內(nèi)REL2至REL11共10個(gè)跳閘繼電器，再由這10個(gè)跳閘繼電器輔助觸點(diǎn)分別輸出10路信號(hào)至TSI柜內(nèi)端子排，并在端子排處經(jīng)過(guò)環(huán)接后最終輸出3路軸振大跳閘信號(hào)至ETS。優(yōu)化前的TSI軸振大跳閘回路流程如圖3所示。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

如果TSI柜內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)10個(gè)跳閘繼電器動(dòng)作的10路軸振大跳閘信號(hào)線中任意一路發(fā)生短路，或者10個(gè)繼電器中任意一個(gè)繼電器出現(xiàn)故障導(dǎo)致輔助觸點(diǎn)閉合，又或者在端子排環(huán)接處的10路信號(hào)中任意一路發(fā)生短路[8]，均會(huì)輸出3路軸振大跳閘信號(hào)至ETS，造成ETS保護(hù)誤動(dòng)，機(jī)組跳閘。

2.3 優(yōu)化措施

由這三塊繼電器輸出模件分別輸出六組跳閘信號(hào)，即新增3500/33(1-12)-16通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號(hào)代表“1～5瓦軸振大跳閘信號(hào)1”，通道4輸出一路信號(hào)代表“6～10瓦軸振大跳閘信號(hào)1”，這兩路跳閘信號(hào)在端子排處環(huán)接成第一路軸振大跳閘信號(hào)送至ETS。

同樣地，原有的3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號(hào)代表“1～5瓦軸振大跳閘信號(hào)2”，通道4輸出一路信號(hào)代表“6～10瓦軸振大跳閘信號(hào)2”，這兩路跳閘信號(hào)在端子排處環(huán)接成第二路軸振大跳閘信號(hào)送至ETS。原有的3500/ 33(1-14)-4通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號(hào)代表“1～5瓦軸振大跳閘信號(hào)3”，通道4輸出一路信號(hào)代表“6～10瓦軸振大跳閘信號(hào)3”，這兩路跳閘信號(hào)在端子排處環(huán)接成第三路軸振大跳閘信號(hào)送至ETS。

圖3 優(yōu)化前的TSI軸振大跳閘回路流程

改成此種接線方式后，從繼電器輸出模件到跳閘繼電器，再到柜內(nèi)輸出至ETS的端子排，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)回路獨(dú)立，避免保護(hù)誤動(dòng)。優(yōu)化后的TSI軸振大跳閘回路流程如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后的TSI軸振大跳閘回路流程

3 軸承振動(dòng)大跳閘邏輯

3.1 邏輯設(shè)置

該汽輪發(fā)電機(jī)組1～10瓦每個(gè)瓦都分別裝有向和向兩個(gè)軸承振動(dòng)傳感器，9～11瓦還分別裝有向和向兩個(gè)蓋振傳感器。該機(jī)組TSI的汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大跳閘邏輯設(shè)置為：當(dāng)1～10瓦中任一瓦的任一方向軸承振動(dòng)達(dá)到跳閘值或者9～11瓦中任一瓦的任一方向瓦振達(dá)到跳閘值就會(huì)觸發(fā)軸承振動(dòng)大保護(hù)使汽輪機(jī)跳閘[9]。

3.2 存在風(fēng)險(xiǎn)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果在振動(dòng)傳感器或前置器附近使用對(duì)講機(jī)等大功率通信設(shè)備時(shí)，會(huì)對(duì)傳感器的輸出信號(hào)產(chǎn)生較大干擾，振動(dòng)監(jiān)測(cè)值發(fā)生明顯變化，造成信號(hào)失真，有保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

由于就地傳感器安裝質(zhì)量或前置器及信號(hào)電纜接線松動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)異?；蜻_(dá)到跳閘值，單個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值達(dá)到跳閘值就觸發(fā)跳閘保護(hù)的邏輯設(shè)置屬于典型的單點(diǎn)保護(hù)邏輯，存在較大的保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)[10]，不符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》相關(guān)規(guī)定。

3.3 管控及優(yōu)化措施

嚴(yán)禁在臨近振動(dòng)傳感器或前置器區(qū)域使用對(duì)講機(jī)或手機(jī)等大功率通信設(shè)備，嚴(yán)禁磁性物體靠近振動(dòng)傳感器[11]。安裝振動(dòng)傳感器時(shí)調(diào)整其間隙電壓為DC 10V±0.25V，以保證其測(cè)量的準(zhǔn)確性。檢查信號(hào)電纜接頭有無(wú)油污等雜質(zhì)，使用酒精或?qū)Ｓ们逑磩┣謇砀蓛艉笤龠B接接頭，擰緊后包上絕緣膠帶或熱縮管。

為解決TSI軸振大跳閘邏輯缺陷，經(jīng)過(guò)深入調(diào)研，并征求汽輪機(jī)廠家及設(shè)計(jì)院意見(jiàn)，做出如下保護(hù)邏輯優(yōu)化方案：9～10瓦的振動(dòng)保護(hù)邏輯中已有軸振保護(hù)，不必再設(shè)置瓦振保護(hù)，所以取消9～11瓦的瓦振保護(hù)邏輯，改為DCS顯示及報(bào)警使用[12]。

優(yōu)化后的軸承振動(dòng)大跳閘邏輯為：1～10瓦中任一瓦的任一方向振動(dòng)的跳閘值與上其他瓦的振動(dòng)報(bào)警值觸發(fā)軸承振動(dòng)大跳閘保護(hù)[13]。以1瓦為例，保護(hù)邏輯組態(tài)為：((S03C01P##A2+S03C02P##A2)* (((((S03C03P##A1+S03C04P##A1)+S04C##A1)+S05C##A1)+S06C##A1)+S07C##A1))[14]，即1X跳閘值或1Y跳閘值與上2～10瓦中任一瓦的任一方向報(bào)警值。優(yōu)化后的1瓦軸振大跳閘邏輯如圖5所示。

4 結(jié)論

該電廠通過(guò)增加TSI繼電器輸出模件實(shí)現(xiàn)模件信號(hào)輸出完全獨(dú)立并且冗余，改進(jìn)跳閘回路接線實(shí)現(xiàn)信號(hào)回路獨(dú)立，采取有效的抗干擾措施，優(yōu)化振動(dòng)保護(hù)邏輯中的單點(diǎn)保護(hù)邏輯，消除了TSI保護(hù)回路中的單點(diǎn)保護(hù)問(wèn)題，降低保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)可靠性，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，也可為其他同類型機(jī)組提供參考依據(jù)。

圖5 優(yōu)化后的1瓦軸振大跳閘邏輯

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Status analysis and optimization measures of turbine supervisory instrument protection circuit for a 1 050MW steam turbine generation unit

LIU Tiezhu ZHANG Jiaxing

(CHN Energy Shenfu Shishi Power Generation Co., Ltd, Quanzhou, Fujian 362700)

This paper studies the present situation of the turbine supervisory instrument (TSI) protection circuit of a 1 050MW steam turbine unit. The problems of the single-point signal protection in the relay detection module, trip circuit connection and the protection logic of vibration are enumerated and risks are analyzed. Optimized solutions are put forward. The reliability of TSI protection circuit is improved in the application.

turbine supervisory instrument (TSI); vibration; axial displacement; trip; protection

2022-06-08

2022-09-21

劉鐵柱（1980—），男，福建省泉州市人，本科，工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱控技術(shù)方面的研究工作。