汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與改造方案

1、汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與改造方案某電廠 1# 機(jī)組為 700MW亞臨界機(jī)組，設(shè)備于1996 年正式投入商業(yè)運(yùn)行，汽輪機(jī)為GEC-AL-STHOM公司的產(chǎn)品，型號(hào)是T2A-650-30-4-46, 屬于亞臨界、一次中間再熱、單抽、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ ETS）系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)視汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、軸向位移、 EH 油壓、潤滑油壓、凝汽器真空等參數(shù)。當(dāng)這些參數(shù)超過其運(yùn)行限制值時(shí)， ETS 發(fā)出指令，關(guān)閉全部汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)汽閥門，緊急停機(jī)，以保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行。此外，其還包括操作員手動(dòng)跳閘功能。經(jīng)過近 10 多年的運(yùn)行，電子設(shè)備老化及備品備件的供應(yīng)問題已經(jīng)給電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶

2、來了負(fù)面影響， ETS 的改造勢在必行。該電廠 1# 機(jī)組 ETS 設(shè)備是 ALSTHOM 公司隨汽輪機(jī)一起配套的，系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間變長后，電子設(shè)備也逐漸老化。此外，該系統(tǒng)還存在如下問題：（ 1）由于對(duì)系統(tǒng)缺乏了解，系統(tǒng)故障分析變得困難，而且產(chǎn)品技術(shù)支持周期長、價(jià)格昂貴，狀態(tài)邏輯不開放；（ 2）汽輪機(jī)主汽門、調(diào)門關(guān)閉時(shí)間超標(biāo)；（ 3）備品備件昂貴，訂貨周期長；（ 4）由于和 DCS 系統(tǒng)的接口全部采用硬接線，系統(tǒng)事件記錄不足，給故障分析帶來困難。1ETS 功能設(shè)計(jì)本次改造中采用可編程控制器（PLC）來實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，這原來是由繼電器實(shí)現(xiàn)的。ETS 系統(tǒng)采用雙機(jī) PLC 進(jìn)行邏輯處理，雙機(jī) PLC 同

3、時(shí)工作，任一動(dòng)作均可輸出報(bào)警信號(hào)。 當(dāng)任一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)， PLC 發(fā)出本機(jī)故障報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)切斷其停機(jī)邏輯輸出，而另外一臺(tái)仍能正常工作。該裝置能與其他系統(tǒng)通信，滿足電廠自動(dòng)化需求。PLC 控制系統(tǒng)采用AB 的最新產(chǎn)品，系統(tǒng)機(jī)柜中采用雙套PLC同時(shí)工作的方式，每套PLC 系統(tǒng)均配備冗余處理器、冗余電源模件、數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出模件，以提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。1 ）跳閘保護(hù)功能當(dāng)出現(xiàn)跳閘汽輪機(jī)條件時(shí)，4 個(gè) AST 電磁閥失電， AST 油壓泄掉，汽輪機(jī)跳閘。 出現(xiàn)跳閘汽輪機(jī)條件的參數(shù)應(yīng)包括以下幾類：汽輪機(jī)超速 110%; 軸承潤滑油壓力過低； EH 油壓過低；凝汽器真空過低； TSI 過來的機(jī)

4、械跳閘； DEH 電源故障； DEH 調(diào)門故障關(guān)閉； DEH 軟跳閘；鍋爐 MFT; 發(fā)電機(jī)跳汽輪機(jī)；原 422 柜汽輪機(jī)相關(guān)保護(hù)信號(hào)；原 422 柜發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)相關(guān)保護(hù)信號(hào)；集控室手動(dòng)緊急停機(jī)（一路經(jīng)邏輯，一路硬接線跳機(jī)）。2 ）ETS 系統(tǒng)在線試驗(yàn)功能ETS 系統(tǒng)具有信號(hào)源、試驗(yàn)電磁閥等相關(guān)跳閘通道的在線試驗(yàn)功能， 以便檢查整個(gè)汽輪機(jī)跳閘保護(hù)通道工作是否正常，并保證在線試驗(yàn)不引起機(jī)組跳閘。通過DEH 操作員站的 EST 試驗(yàn)畫面，可以對(duì)各跳閘信號(hào)通道進(jìn)行試驗(yàn)，顯示試驗(yàn)是否成功，并反饋給 DEH.ETS 提供下列信號(hào)的“試驗(yàn)塊”以便對(duì)信號(hào)及ETS 通道進(jìn)行在線試驗(yàn)：潤滑油壓力低試驗(yàn)、EH

5、油壓力低試驗(yàn)、真空低試驗(yàn)。3 ）PLC 設(shè)備具有自啟動(dòng)功能在外部電源故障消除恢復(fù)供電后自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)。4 ）跳閘信號(hào)顯示記憶功能機(jī)組停機(jī)的跳閘信號(hào)出現(xiàn)后， 可在 PLC 上進(jìn)行首出顯示與記憶， 直到機(jī)組重新掛閘或復(fù)位后才消除， 便于正確分析跳閘原因。5 ）ETS 單項(xiàng)保護(hù)切除功能 ETS 具有單項(xiàng)保護(hù)切除功能，當(dāng)某項(xiàng)保護(hù)被切除后，對(duì)應(yīng)的跳閘信號(hào)輸入到 ETS 后，不會(huì)使機(jī)組跳閘停機(jī)，但輸出報(bào)警。6 ）ETS 失電保護(hù)功能 ETS 系統(tǒng)的二路供電電源都失去后，汽輪機(jī)組停機(jī)。2ETS 改造方案2.1PLC 系統(tǒng)2 組 PLC 配置一樣，可單獨(dú)工作， 接受相同輸入信號(hào)， 所有輸出并聯(lián)接入繼電器的線圈驅(qū)

6、動(dòng)回路。其中，第二路PLC 裝入通信程序，與 1809 通信，將 PLC 運(yùn)算的中間量通信至 DCS,供運(yùn)行人員參考。輸入信號(hào)每 8 個(gè)為 1 組，同時(shí)送入兩路 PLC,其另一端并接在一起，接入電源的負(fù)端。2 套 PLC 系統(tǒng)監(jiān)視相同的機(jī)組參數(shù)， 當(dāng)達(dá)到跳閘條件時(shí)， 分別去驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) AST 繼電器，繼電器斷開， AST 組件泄去 AST 母管和 OPC 母管油壓，汽輪機(jī)主汽門和調(diào)門關(guān)閉。2.2 除 PLC 外其他元件1 ）繼電器組件：繼電器組件主要用來擴(kuò)展跳閘的報(bào)警信號(hào)去端子排和 DCS 等。2 ）電源：采用兩路 220VAC （UPS）輸入機(jī)柜上，輸出有兩路220VAC 和一路 24VD

7、C 電源。2.3ETS 系統(tǒng)在線試驗(yàn)功能ETS 系統(tǒng)具有信號(hào)源、 試驗(yàn)電磁閥等相關(guān)跳閘通道的在線試驗(yàn)功能，以便檢查整個(gè)汽輪機(jī)跳閘保護(hù)通道工作是否正常， 并保證在線試驗(yàn)不引起機(jī)組跳閘。通過 DEH 操作員站的 EST 試驗(yàn)畫面， 可以對(duì)各跳閘信號(hào)通道進(jìn)行試驗(yàn)，顯示試驗(yàn)是否成功，并反饋給 DEH.ETS 提供下列信號(hào)的“試驗(yàn)塊” ,以便對(duì)信號(hào)及 ETS 通道進(jìn)行在線試驗(yàn)：潤滑油壓力低試驗(yàn)、 EH 油壓力低試驗(yàn)、真空低試驗(yàn)。2.4 系統(tǒng)可靠性措施既防拒動(dòng)又防誤動(dòng)1 ）在液壓系統(tǒng)中布置4 個(gè) AST 電磁閥，組成“兩或一與”的方式，即如圖 1 所示的模式。這樣就可以大大提高機(jī)組的可靠性。2 ）對(duì)于三低

8、信號(hào)， EH 油壓力開關(guān)、潤滑油壓力開關(guān)、低壓缸 1# 真空低和低壓缸 2# 真空低壓力開關(guān)這 4 種跳閘條件。 每種現(xiàn)場提供 4 個(gè)壓力開關(guān)信號(hào)，組成 1 和 3 一組形成或邏輯，組成 2 和 4 一組形成或邏輯，這兩組信號(hào)中必須至少有一個(gè)動(dòng)作才能跳閘。重要跳閘信號(hào)采用硬邏輯實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停機(jī)信號(hào)、 DEH 超速信號(hào)在設(shè)備中提供了兩路輸入信號(hào)：一路送到 PLC 中作邏輯用；第二路作硬邏輯用，去直接控制AST 電磁閥的電壓，來保證系統(tǒng)的安全性。首出原因記憶對(duì)第一個(gè)引起系統(tǒng)停機(jī)的原因進(jìn)行記憶鎖定，并在畫面上顯示，各跳閘條件的狀態(tài)也在畫面上顯示， 直到操作員進(jìn)行復(fù)位。 在跳閘條件未消除之前，復(fù)位操作無效

9、。在線試驗(yàn)功能試驗(yàn)分兩部分進(jìn)行： 一是對(duì)三低信號(hào)進(jìn)行在線試驗(yàn)， 每個(gè)相應(yīng)的信號(hào)都有 1 個(gè)試驗(yàn)塊，主要是對(duì)壓力開關(guān)進(jìn)行試驗(yàn)；二是對(duì) AST 電磁閥的試驗(yàn)，用來檢查每個(gè) AST 電磁閥的工作情況。提高輸入輸出通道的可靠性對(duì)于三取二信號(hào)跳閘的，三個(gè)信號(hào)分別放在三個(gè)不同的DI 模件輸入中；對(duì)于 4 個(gè)信號(hào)跳閘的，分別放在兩個(gè)不同的 DI 模件輸入中。控制 AST 電磁閥跳閘輸出的放在兩個(gè)模件輸出，試驗(yàn)電磁閥也分兩個(gè)模件卡放置，分成 1 通道和 2 通道，用以分散故障。降低因控制器故障導(dǎo)致的系統(tǒng)誤動(dòng)作概率AST 電磁閥采用“ 110VDC 電源，失電動(dòng)作方式” ,控制 AST 電磁閥的中間繼電器輸出，

10、 接點(diǎn)采用常閉點(diǎn)。 繼電器的線圈采用帶電動(dòng)作跳閘。試驗(yàn)電磁閥采用“ 220VAC 電源，帶電動(dòng)作方式” ,控制試驗(yàn)電磁閥的中間繼電器輸出， 接點(diǎn)采用常開點(diǎn)。 繼電器仿真調(diào)試的線圈是帶電動(dòng)作。2.5 仿真調(diào)試ETS 主要進(jìn)行如下保護(hù)項(xiàng)目的仿真調(diào)試：汽輪機(jī)超速 1; 發(fā)電機(jī)氫/ 油差壓低低；勵(lì)磁機(jī)液位高高；發(fā)電機(jī)液位高高 1;發(fā)電機(jī)液位高高2;EH 油壓低；潤滑油壓低；真空低1; 真空低 2;DEH 超速； DEH 失電；DEH 軟跳閘； DEH 控制器故障； 手動(dòng)跳閘；定子水箱液位低低；潤滑油箱油位低低；汽輪機(jī)軸向位移過大；振動(dòng)大；鍋爐MFT; 發(fā)電機(jī)跳閘；定子水故障1 延時(shí) 5s;定子水故障

11、2 延時(shí) 5s.2.6ETS 軟件功能1 ）與 MFP 的通信調(diào)試。2 ）軟件中常開常閉點(diǎn)的修正（不可用反）。3 ）電磁閥試驗(yàn)的修正。原設(shè)計(jì)方案只對(duì)ASP-1 、ASP-2 中的一個(gè)作為試驗(yàn)許可條件，需要將兩者同時(shí)加入。4 ）潤滑油壓力低、真空壓力低、控制油壓力低開正常運(yùn)行時(shí)用的改為常開接點(diǎn)。5 ）發(fā)電機(jī)跳閘信號(hào)的處理。 原來電氣帶有自檢回路，本身帶 220V電壓，現(xiàn)在信號(hào)電壓為24V, 只能改成純接點(diǎn)方式。6 ）保護(hù)試驗(yàn)條件。 原設(shè)計(jì)無對(duì)側(cè)測點(diǎn)狀態(tài)判斷， 需要增加條件，當(dāng)測試 1# 和 3# 控制油開關(guān)動(dòng)作是正常狀態(tài)時(shí)， 對(duì)應(yīng)的 2# 和 4# 控制油壓力開關(guān)正常才允許測試。7 ）端子之間需

12、要隔離。8 ）操作盤也布置成雙通道。ETS 控制畫面如圖 2 所示。試驗(yàn)時(shí)兩路分別試驗(yàn)， 預(yù)先選擇被試參數(shù)位置，然后按跳閘試驗(yàn)按鈕，相應(yīng)的指示燈亮，兩個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)有互鎖功能，即兩個(gè)通道不允許同時(shí)試驗(yàn)。 盤上的電源指示燈不亮表示電源故障，其余指示燈在跳閘或跳閘試驗(yàn)時(shí)， 相應(yīng)通道的指示燈才亮。按下“試燈按鈕”時(shí)，全部指示燈都亮；進(jìn)行機(jī)械超速試驗(yàn)時(shí)，鑰匙開關(guān)應(yīng)置于抑制位置。3ETS 系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試檢查有關(guān)一次測量元件的一次校驗(yàn)記錄，對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的輸入/ 輸出通道進(jìn)行完好性檢查。電源電纜檢查。 檢查保護(hù)系統(tǒng)所有供電電纜回路的絕緣電阻， 電纜對(duì)地絕緣及線間絕緣應(yīng)符合熱控技術(shù)規(guī)范， 其絕緣電阻值均應(yīng)不小于1M。

13、PLC 系統(tǒng) I/O 通道完好性檢查。主要是對(duì)PLC 的輸入和輸出通道進(jìn)行完好性檢查。采用模擬的方式進(jìn)行，例如：對(duì)于短接開關(guān)量輸入信號(hào)，在 PLC 上檢查顯示狀態(tài)是否正確；對(duì)于有源接點(diǎn)信號(hào)，需要在開關(guān)量輸入通道上加入電壓或者電流信號(hào)， 檢查顯示狀態(tài)是否正確；對(duì)于開關(guān)量輸出，在編程器上發(fā)出不同的指令信號(hào)，用測試工具測試其輸出狀態(tài)的變化。檢查系統(tǒng)跳閘邏輯是否合理， 以適應(yīng)汽輪機(jī)系統(tǒng)對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的要求；檢查系統(tǒng)操作面板操作按鈕和指示燈的可用性和正確性； 檢查系統(tǒng)送到熱工報(bào)警系統(tǒng)的跳閘信號(hào)指示的正確性； 檢查各系統(tǒng)送到保護(hù)系統(tǒng)的跳閘條件的正確性。 檢查系統(tǒng)的跳閘電磁閥和掛閘電磁閥動(dòng)作是否可靠；檢查 ETS 的電源、 PLC 冗余試驗(yàn)。在進(jìn)行 DEH 靜態(tài)聯(lián)調(diào)時(shí)，采取現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際動(dòng)作方式來進(jìn)行 ETS 的在線試驗(yàn)。在進(jìn)行電磁閥的遠(yuǎn)方操作試驗(yàn)時(shí)， 電磁閥的動(dòng)作應(yīng)靈活可靠，其