改造燃機(jī)三大系統(tǒng) 確保電廠本質(zhì)安全

錢育軍

（華能南山電廠，海南 三亞 572000）

創(chuàng)建本質(zhì)安全型企業(yè)是當(dāng)前電力系統(tǒng)的重要目標(biāo)之一，它需要企業(yè)把人員、設(shè)備系統(tǒng)、環(huán)境、人—機(jī)系統(tǒng)、管理等諸多要素的本質(zhì)安全有機(jī)地融合起來(lái)，形成一個(gè)最佳集合體。華能南山電廠近年來(lái)在創(chuàng)建本質(zhì)安全型企業(yè)方面進(jìn)行了大量卓有成效的工作，尤其是著重加強(qiáng)了設(shè)備的綜合治理力度，先后投資100多萬(wàn)元，對(duì)燃機(jī)的超速保護(hù)系統(tǒng)、防火系統(tǒng)和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的技術(shù)和國(guó)產(chǎn)化改造，這在國(guó)內(nèi)燃機(jī)電廠中尚屬首次。通過(guò)改造，有力地確保了電廠設(shè)備系統(tǒng)的本質(zhì)安全。

1 超速保護(hù)系統(tǒng)改造

電廠采用的FT 8-1型雙聯(lián)燃機(jī)屬于輕型航改機(jī)，由雙轉(zhuǎn)子帶動(dòng)力渦輪與發(fā)電機(jī)相連，無(wú)機(jī)械超速保護(hù)，只有電氣超速保護(hù)。電氣超速保護(hù)分為軟、硬保護(hù)2部分。硬超速保護(hù)由動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子的磁性傳感器ST 008和超速保護(hù)開關(guān)采用或門邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)，其輸出信號(hào)直接跳燃機(jī)和解列發(fā)電機(jī)，如圖1所示。燃機(jī)雙聯(lián)運(yùn)行時(shí)，可接入任何一臺(tái)機(jī)組的1個(gè)ST 008超速傳感器信號(hào)；燃機(jī)單聯(lián)運(yùn)行時(shí)，只能接入運(yùn)行機(jī)組的1個(gè)ST 008超速信號(hào)。軟超速保護(hù)采用3種不同轉(zhuǎn)子的多個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)(低壓轉(zhuǎn)子ST 001-002，高壓轉(zhuǎn)子ST 003-005，動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子ST 006-007)，分別選擇微分值最小的輸入控制系統(tǒng)監(jiān)視各自的轉(zhuǎn)子是否超速，然后控制系統(tǒng)再據(jù)此發(fā)出燃機(jī)跳機(jī)或發(fā)電機(jī)解列的命令。

由于硬超速保護(hù)的ST 008輸入信號(hào)單一、可靠性不高，且所有轉(zhuǎn)子的速度傳感器(ST 001-008)不耐高溫，容易失效誤動(dòng)，曾出現(xiàn)過(guò)年跳7次燃機(jī)的不良記錄。

2002年2月，電廠對(duì)燃機(jī)硬超速保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了改造。首先，硬超速保護(hù)改采用美國(guó)W OODW ORD公司生產(chǎn)的PROT ECH 203超速保護(hù)系統(tǒng)，其保護(hù)邏輯如圖2所示。它有A,B,C3個(gè)輸入信號(hào)，分別接入A，B機(jī)的ST 008超速信號(hào)，C機(jī)信號(hào)未接入,設(shè)定保護(hù)正常。當(dāng)A,B,C中有2個(gè)信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)超速時(shí)，機(jī)組才跳閘解列。如果燃機(jī)單聯(lián)運(yùn)行，則設(shè)定退備機(jī)組的ST 008信號(hào)為超速狀態(tài)；當(dāng)運(yùn)行機(jī)組的信號(hào)輸入也為超速狀態(tài)時(shí)，超速保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組將跳機(jī)解列。另外，改造后的硬超速保護(hù)系統(tǒng)還能對(duì)輸入信號(hào)首先進(jìn)行失效判斷。如果失效，信號(hào)將被屏蔽，確保只有真實(shí)的超速信號(hào)才參與超速判斷。因此，無(wú)論FT 8-1燃機(jī)是單聯(lián)還是雙聯(lián)運(yùn)行，該超速保護(hù)系統(tǒng)均能正確動(dòng)作，無(wú)誤動(dòng)作的可能。

其次，所有速度傳感器均采用耐高溫和壽命較長(zhǎng)的新型傳感器，并在輸入回路上安裝控制開關(guān)(超速傳感器ST 008除外)。對(duì)于指示不正常的速度傳感器，可以及時(shí)將其輸入信號(hào)切除，避免誤跳機(jī)。

改造后的FT 8-1雙聯(lián)燃機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)，有效地解決了輸入信號(hào)的無(wú)智能判斷和單一的問題，還采用了更符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的速度傳感器，因此系統(tǒng)可靠性大大提高。自2002年3月改造好后，超速保護(hù)系統(tǒng)再無(wú)誤動(dòng)發(fā)生。

2 防火系統(tǒng)改造

FT8-1雙聯(lián)燃機(jī)的防火系統(tǒng)與9 E，9F型燃機(jī)類似，是按照NFPA12(美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì))有關(guān)CO2滅火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)計(jì)的，分為燃機(jī)箱體火情防護(hù)、天然氣泄漏和控制間煙霧探測(cè)3大系統(tǒng)，如圖3所示。其防火系統(tǒng)由CO2瓶模塊、溫感探測(cè)器、CO2釋放信號(hào)(壓力)開關(guān)、天然氣泄漏探測(cè)器、煙霧探頭等部件組成。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自1994年華能南山電廠投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)后的10年間，防火系統(tǒng)故障多達(dá)25起，機(jī)組多次跳機(jī)解列，累計(jì)損失電量超過(guò)400MW，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)形象多次受損。究其原因，是防火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在多種固有缺陷。

(1) 火情探測(cè)器種類單一，數(shù)量眾多，缺乏綜合判斷功能。這是該系統(tǒng)最大的缺陷。1臺(tái)FT 8-1雙聯(lián)燃機(jī)采用16個(gè)溫度傳感器作為3個(gè)受保護(hù)區(qū)域的箱體(燃機(jī)A，B箱體、發(fā)電機(jī)箱體)溫度是否超標(biāo)的監(jiān)測(cè)器。當(dāng)它們中任何一個(gè)的監(jiān)測(cè)溫度達(dá)到設(shè)定溫度值時(shí)即判斷為著火，CO2系統(tǒng)將發(fā)出火情報(bào)警并向該區(qū)域釋放CO2，同時(shí)將機(jī)組打閘解列。防火系統(tǒng)控制邏輯如圖4所示。很顯然，這種設(shè)計(jì)存在不足，其判據(jù)單一，僅“聽”一面之詞，所以，只要有1個(gè)溫度傳感器故障誤判，防火系統(tǒng)必定引發(fā)跳機(jī)和CO2滅火。此外，同一區(qū)域布置的溫度測(cè)點(diǎn)一般是4個(gè)或6個(gè)，若數(shù)量過(guò)多，必然增加系統(tǒng)故障的概率。

(2) 部分元件工作環(huán)境惡劣，容易誤動(dòng)作。除溫度傳感器和天然氣泄漏探測(cè)器布置在機(jī)組箱體內(nèi)之外，其余的設(shè)備均暴露在外部環(huán)境中，長(zhǎng)期遭受日曬雨淋，經(jīng)常發(fā)生進(jìn)水短路、絕緣老化、安全膜破裂等異常導(dǎo)致的系統(tǒng)誤報(bào)警、誤跳機(jī)、誤噴CO2等情況。

(3) 進(jìn)口防火系統(tǒng)的元件使用15年以來(lái)，性能逐步下降，但受訂貨困難或價(jià)格的影響，一直帶“病”運(yùn)行。

為此，華能南山電廠從2004年10月起陸續(xù)對(duì)原防火系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造。改造方案遵循原來(lái)的控制原理，并盡量保持原有的功能和測(cè)點(diǎn)，僅改善系統(tǒng)的可靠性。即，保留了原來(lái)燃機(jī)箱體火情防護(hù)、天然氣泄漏和控制間煙霧探測(cè)3個(gè)系統(tǒng)，保留了天然氣泄漏跳機(jī)、煙霧探測(cè)報(bào)警功能，同時(shí)增加了火情輔助判斷功能，取消部分跳機(jī)功能。具體改造情況如下。

首先，在受保護(hù)的每一個(gè)區(qū)域再加裝2個(gè)SS-4 A/-2型多頻譜數(shù)字光電火焰探測(cè)器，以實(shí)現(xiàn)在同一區(qū)域內(nèi)至少有1個(gè)溫感和光感探測(cè)器同時(shí)檢測(cè)到火情時(shí)，防火系統(tǒng)才會(huì)自動(dòng)跳機(jī)和滅火；否則，任何單方面監(jiān)測(cè)到的火情僅報(bào)警，不跳機(jī)和滅火，以保證系統(tǒng)的可靠性。改造后的防火系統(tǒng)控制邏輯如圖5所示。

其次，將可燃?xì)怏w泄漏探測(cè)器的變送器移至低溫區(qū)域，以減少干擾因素；給CO2瓶和壓力開關(guān)加裝遮雨、遮陽(yáng)棚，防止CO2瓶溫度超過(guò)60℃時(shí)CO2擠破安全膜噴發(fā)。

第三，將感受CO2母管壓力的跳機(jī)信號(hào)改為報(bào)警信號(hào)，防止壓力開關(guān)誤動(dòng)而導(dǎo)致跳機(jī)滅火；將天然氣泄漏跳機(jī)的整定值從最低爆炸極限濃度60%修改為40%。第四，2008年12月，將部分防火控制器進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，以方便及時(shí)維護(hù)和設(shè)備元件更新。

改造后的FT 8-1燃機(jī)防火系統(tǒng)信號(hào)采集多樣化并具有冗余判斷功能，性能穩(wěn)定，檢測(cè)可靠，無(wú)誤報(bào)、誤動(dòng)作可能存在；同時(shí)，備件供應(yīng)快，檢修周期短，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的改造目的。

3 電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造

FT 8-1燃機(jī)發(fā)電機(jī)組采用英國(guó)BRU SH公司生產(chǎn)的三機(jī)自勵(lì)無(wú)刷勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具有自動(dòng)和手動(dòng)電壓調(diào)節(jié)功能。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器屬于模擬型自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，外圍設(shè)備多，容易老化，機(jī)械部件常常卡澀。從2001年4月至2008年7月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的故障主要集中在功率因數(shù)卡、電動(dòng)設(shè)定電位器、勵(lì)磁監(jiān)視卡和電壓控制卡等元件上。表現(xiàn)為低勵(lì)磁誤動(dòng)作，勵(lì)磁自動(dòng)轉(zhuǎn)換；無(wú)功波動(dòng)大，控制不穩(wěn)定；電動(dòng)設(shè)定電位器來(lái)回頻繁擺動(dòng)等缺陷。累計(jì)出現(xiàn)10次故障，事故率比較高，電廠不得不多次停機(jī)處理。

鑒于電壓調(diào)節(jié)器存在以上不足，華能南山電廠在2009年2月對(duì)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了改造。改造后的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)成熟的微機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，主要由南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的RCS-9410數(shù)字勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和RCS-9420可控硅整流器等裝置組成，具有微機(jī)保護(hù)、容錯(cuò)技術(shù)、冗余控制和快速逆變滅磁的特點(diǎn)。

國(guó)產(chǎn)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器投產(chǎn)近1年來(lái)，運(yùn)行更安全可靠，維護(hù)試驗(yàn)更方便，完全適應(yīng)燃機(jī)電廠調(diào)峰、調(diào)壓、孤網(wǎng)運(yùn)行頻繁的工作特點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

華能南山電廠對(duì)FT 8-1雙聯(lián)燃機(jī)的超速保護(hù)系統(tǒng)、防火系統(tǒng)和電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)施的技術(shù)和國(guó)產(chǎn)化改造，是在創(chuàng)建本質(zhì)型安全企業(yè)方面進(jìn)行的一次有益嘗試。它不僅提高了進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化比例，解決了輸入信號(hào)單一和系統(tǒng)缺乏智能判斷的固有缺陷，還方便了運(yùn)行和維護(hù)，并在改造中體現(xiàn)了安全，在安全中創(chuàng)造了效益。

1 王之魁. 創(chuàng)建本質(zhì)安全型企業(yè)[J].電力安全技術(shù)，2007，9(1).

2 黃雪中，孟廣太. 燃?xì)廨啓C(jī)低壓二氧化碳火災(zāi)保護(hù)系統(tǒng)[J]. 發(fā)電設(shè)備，2008，22(1).

3 熊傳良. 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器工作原理及故障處理[J].燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)，2009，11(2).