300 MW汽輪機組控制保安系統(tǒng)與通流部分的協(xié)同改造

歐艷清，舒力，胡建余

(大唐湘潭發(fā)電有限責任公司，湖南湘潭 411100）

300 MW汽輪機組控制保安系統(tǒng)與通流部分的協(xié)同改造

歐艷清，舒力，胡建余

(大唐湘潭發(fā)電有限責任公司，湖南湘潭 411100）

為適應當今社會對節(jié)能減排的要求，大唐湘潭發(fā)電有限責任公司2號機組于2010年大修期間進行了通流改造，額定負荷由300 MW升級為320 MW。本文針對改造前后汽輪機控制保安系統(tǒng)硬件設備、控制邏輯及接線方式的變化進行詳細的對比解析，并就調試過程中遇到的問題及解決方案進行分析說明。

300 MW機組;控制保安;協(xié)同改造

大唐湘潭發(fā)電有限責任公司2號汽輪機組是東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，型號為N300-16.7/537/537-4，于20世紀90年代投產(chǎn)。經(jīng)過十多年的生產(chǎn)與運轉，該機組已無法滿足當前社會對節(jié)能減排的更高要求。

2010年，公司決定對2號機組通流部分進行大規(guī)模改造，以實現(xiàn)降低能耗、增強機組運行安全穩(wěn)定性能、提高社會效益與經(jīng)濟效益的目的。

根據(jù)改造方案，改造后的機組，額定負荷將由300 MW升級為320 MW。因此，原有的控制保安系統(tǒng)已不能完全適應機組的運行要求，必須進行協(xié)同改造。

1 液壓保護系統(tǒng)的改造

1.1 原液壓保護系統(tǒng)工作原理

1.1.1 低壓保安系統(tǒng)

原低壓保安系統(tǒng)由危急遮斷器、危急遮斷器杠桿、危急遮斷器滑閥、低壓遮斷集成塊、手動遮斷閥、危急遮斷器試驗閥及復位閥組成。

低壓保安系統(tǒng)控制油由機組透平油分4路生成:

①透平油經(jīng)節(jié)流孔進入危急遮斷器滑閥下腔室，接受手動遮斷閥及低壓遮斷集成塊控制;

②透平油經(jīng)節(jié)流孔進入危急遮斷器滑閥上腔室，接受復位閥控制;

③透平油經(jīng)節(jié)流孔進入接口閥上部，形成低壓保安油，接受危急遮斷滑閥控制;

④透平油經(jīng)危急遮斷器試驗閥，用于撞擊子試驗。

第1路控制油主要完成低壓遮斷功能。然后，危急遮斷滑閥在上部油壓作用下移動至下止點，接口閥上部油壓接通排油泄壓，接口閥自動打開，泄掉高壓保安油，快速關閉各進汽閥門，遮斷機組進汽。

控制這路油壓的低壓遮斷集成塊由4只電磁閥先并聯(lián)后串聯(lián)作為前置級，加1個卸荷閥作為放大級組成。接受電氣遮斷信號，掛閘狀態(tài)下一旦帶電，卸荷閥打開，就會排掉滑閥下部油壓。

手動遮斷閥動作則直接排掉危急遮斷器滑閥下油壓，實現(xiàn)機組手動遮斷功能。

第2路控制油實現(xiàn)機組掛閘功能。當復位閥帶電后，泄掉危急遮斷器滑閥上部油壓，滑閥在其底部油壓作用下，上升至上止點，將排油口封住，建立低壓安全油，即產(chǎn)生第3路低壓控制油壓。遮斷狀態(tài)組件3個壓力開關，監(jiān)視壓力建立與否，產(chǎn)生機組“已掛閘”或“已遮斷”信號。

第4路低壓控制油壓主要用來實現(xiàn)機組噴油試驗，活動雙通道危急遮斷器中的2個撞擊子，以保證機械超速功能的完備。

1.1.2 高壓保安系統(tǒng)

高壓保安油由EH油泵輸出壓力油，經(jīng)濾油器進入高壓油管道形成。油壓建立，在DEH控制下，高壓油可以通過伺服閥或電磁閥，進入各進汽閥油動機，驅動各閥門。

汽機掛閘后，由EH油泵及高壓蓄能器共同維持的壓力油，經(jīng)各主汽閥油動機卸荷閥及節(jié)流孔形成高壓保安 (HPT)油，到達高壓遮斷 (HPT)集成塊和接口閥。壓力油經(jīng)各調節(jié)閥油動機卸荷閥及節(jié)流孔形成超速限制 (OSP)油，到達超速限制(OSP)集成塊前，同時通過單向閥與HPT油路相通。

機組遮斷時，HPT集成塊電磁閥帶電或接口閥打開，都可以泄掉HPT油，同時通過單向閥，泄掉OSP油，使各卸荷閥開啟，排掉各進汽閥油動機活塞下壓力油，在彈簧力與蒸汽壓力作用下，各進汽閥快速關閉，遮斷機組進汽。

當發(fā)生甩負荷工況或轉速達到103%額定轉速時，OSP集成塊電磁閥帶電，泄掉OSP油，各調節(jié)汽閥卸荷閥開啟，排掉油動機活塞下壓力油，調節(jié)汽閥快速關閉。2 s脈沖期后，可以重新打開各調節(jié)汽閥。HPT集成塊，OSP集成塊的結構與低壓遮斷 (LPT)集成塊類似，由4個電磁閥組成串并結構。

接口閥與遮斷狀態(tài)組件組成高、低壓系統(tǒng)接口裝置，作用是將低壓保護系統(tǒng)的掛閘及遮斷信號傳遞給高壓系統(tǒng)。

1.2 改造后的液壓保護系統(tǒng)工作原理

在2號機組通流改造中，更換了機組前端箱，極大地簡化了保安油系統(tǒng)結構。

1.2.1 低壓保安系統(tǒng)

低壓保安系統(tǒng)由危急遮斷器、危急遮斷器裝置、遮斷隔離閥組、機械遮斷機構、手動停機機構、復位試驗閥組、機械停機電磁鐵和導油環(huán)等組成，如圖1。

圖1 改造后的液壓保護系統(tǒng)結構圖

該系統(tǒng)中，低壓油只用來實現(xiàn)遠方掛閘及噴油試驗功能。遠方掛閘流程如下:

操作臺發(fā)出掛閘指令，復位試驗閥組中的復位電磁閥 (1YV)帶電動作，將潤滑油引入危急遮斷器裝置活塞側腔室，活塞上行到上止點，使危急遮斷器撐鉤復位，通過杠桿將遮斷隔離閥組的機械遮斷閥復位，高壓保安油的排油口被封住，建立高壓保安油。

壓力開關組件中PS1，PS2，PS3開關檢測到高壓保安油已建立，向DEH系統(tǒng)發(fā)出信號，使復位電磁閥 (1YV)失電，危急遮斷器裝置活塞回到下止點，此時行程開關ZS1，ZS2常開觸點均斷開，掛閘程序完成。

1.2.2 改造后高壓保安系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)取消了接口閥，其功能由遮斷隔離閥組中的機械遮斷閥完成。當危急遮斷裝置動作時，圖1中杠桿右移，ZS2行程開關觸點閉合，機械遮斷閥將高壓保安油接通排油，高壓保安油壓失去，機組快速遮斷進汽。

HPT高壓遮斷模塊與OSP超速限制模塊部分保持不變。遮斷狀態(tài)組件3個壓力開關直接監(jiān)視高壓保安油壓建立與否，送至DEH系統(tǒng)，產(chǎn)生“已掛閘”或“已遮斷”信號。

從可靠性角度考慮，該系統(tǒng)設置有電氣、機械及手動3種冗余的遮斷手段。

電氣遮斷可以由機械停機電磁鐵和高壓遮斷模塊同時完成，因此電氣遮斷功能本身也是冗余的。一旦接受電氣停機信號，同時使機械停機電磁鐵和高壓遮斷模塊帶電。

機械停機電磁鐵帶電動作，通過機械遮斷機構的杠桿使危急遮斷器撐鉤脫扣，機械遮斷閥動作，將高壓保安油的排油口打開，泄掉高壓保安油，快速關閉各主汽、調節(jié)閥門，遮斷機組進汽。

高壓遮斷模塊帶電，直接泄掉高壓保安油，同樣達到機組快速遮斷目的。

機械超速遮斷功能由危急遮斷器、危急遮斷器裝置、遮斷隔離閥組和機械遮斷機構共同完成。動作轉速為額定轉速的110% ～111%(3 300～3 330 r/min)。當轉速達到危急遮斷器設定值時，飛錘擊出，打擊危急遮斷器裝置的撐鉤，使撐鉤脫扣，通過機械遮斷機構使遮斷隔離閥組的機械遮斷閥動作，泄掉高壓保安油，快速關閉各進汽閥，遮斷機組進汽。

機頭前端箱前設有手動停機機構，供就地手動緊急停機用。手拉停機機構拉桿，通過機械遮斷機構使危急遮斷器裝置的撐鉤脫扣，泄掉高壓保安油，實現(xiàn)機組遮斷功能。

2 控制邏輯的變更

針對就地硬件設備的改變，控制邏輯須相應作出調整，以適應新系統(tǒng)的運作需求。此次邏輯組態(tài)調整主要包括2個方面:a.掛閘邏輯;b.噴油試驗邏輯。

2.1 掛閘邏輯的變更

本次通流改造中，液壓保護系統(tǒng)硬件設備作出了較大的調整，取消了原系統(tǒng)中的低壓保安油系統(tǒng)。

改造后的低壓油已經(jīng)沒有“保安”的實質，只用來完成掛閘及試驗的功能。原系統(tǒng)中3個低壓保安油壓監(jiān)視開關PS4，PS5，PS6由高壓保安油壓監(jiān)視開關PS1，PS2，PS3取代。掛閘信號邏輯見圖2。

圖2 新掛閘信號邏輯

掛閘時，復位電磁閥 (1YV)帶電，將透平油引入危急遮斷器裝置活塞側腔室，活塞上行到上止點，使撐鉤復位，通過杠桿將遮斷隔離閥組的機械遮斷閥復位，將高壓保安油的排油口封住，建立高壓保安油。

當壓力開關組件中的開關PS1，PS2，PS3動作，“三取二”形成高壓保安油已建立信號，DEH系統(tǒng)檢測到后，使復位電磁閥 (1YV)失電，危急遮斷器裝置活塞回到下止點，行程開關ZS1的常開觸點復位，DEH系統(tǒng)判定掛閘程序完成。

改造后機組已跳閘信號判定保留原來3個壓力開關“三取二”信號，并增加了行程開關ZS2在跳閘位與之相與。其中油壓開關監(jiān)視高壓保安系統(tǒng)狀態(tài)，行程開關監(jiān)視低壓保安系統(tǒng)狀態(tài)，增強了信號的穩(wěn)定性和可靠性。調試時，務必將ZS1，ZS2的位置確定好，其中ZS1最好定在杠桿上止點和下止點實現(xiàn)動作和復位，避免由于杠桿卡在中間位而ZS1發(fā)出誤信號。掛閘脈沖指令信號的長短根據(jù)機組實際掛閘過程時間而定，一般略長于實際掛閘時間即可。

2.2 噴油試驗方式的變更

若汽輪機的轉速太高，由于離心應力的作用，會損壞汽輪機。雖然DEH系統(tǒng)中配置了超速限制及保護功能，但如果DEH轉速信號故障或超速模件 (MFP)故障，就會失去DEH電氣超速保護功能，因此實現(xiàn)機械超速保護功能就顯得尤為重要。

為防止在機組出現(xiàn)超速時，因為卡澀而致飛錘不能迅速飛出遮斷汽輪機，需要定期對飛錘進行活動實驗。噴油試驗就是在機組正常運行時，將低壓透平油注入危急遮斷器飛錘腔室，將飛錘壓出但不遮斷汽輪機的試驗。此試驗方式的變更，是通過控制邏輯，結合就地設備來完成的。

2.2.1 原噴油試驗方式

改造前的機械超速系統(tǒng)采用了冗余設計。2個飛錘，2個危機遮斷器閥，用杠桿將它們聯(lián)系起來。通過移動杠桿，使噴出的飛錘不會遮斷汽輪機。

以1號飛錘試驗為例，操作員發(fā)出指令后，2YV電磁閥帶電，透平油進入活塞室，使杠桿右移，油壓開關PS3檢測到杠桿右移成功，則使1YV電磁閥帶電，透平油注入1號飛錘腔室，將飛錘壓出，相應磁阻傳感器檢測到信號后，則試驗成功，電磁閥1YV，2YV失電。

2.2.2 改造后噴油試驗方式

改造后的噴油試驗系統(tǒng)主要由2YV(噴油試驗電磁閥)，4YV(噴油試驗隔離閥)，ZS4(噴油試驗隔離閥在試驗位)、ZS5(噴油試驗隔離閥在正常位)組成，結構參見圖1。

飛錘試驗時，按下“飛錘噴油試驗”按鈕，將“試驗鑰匙”開關旋到“試驗”位置。此時邏輯使遮斷隔離閥組的隔離控制閥4YV帶電，高壓保安油的排油被截斷。遮斷隔離閥組上設置的行程開關ZS4的常開觸點閉合、ZS5的常開觸點斷開，邏輯檢測到信號后，使復位試驗閥組的噴油電磁閥2YV帶電，透平油壓力油被注入危急遮斷器飛錘腔室，危急遮斷器飛錘擊出，打擊危急遮斷器撐鉤，使之脫扣。行程開關ZS2動作，邏輯即確認試驗成功，使復位試驗閥組的噴油電磁閥2YV失電、復位電磁閥1YV帶電15 s，復位危急遮斷器撐鉤。行程開關ZS1的常開觸點閉合、ZS2的常開觸點斷開后，隔離控制閥4YV失電，飛錘噴油試驗完畢。

不難看出，改造后的噴油試驗在活動飛錘的同時，整個機械超速遮斷系統(tǒng)進行了連鎖的動作試驗，極大地提高了試驗的可靠性和全面性。

3 控制回路接線方式的變更

圖3 改造前跳閘回路接線圖

原系統(tǒng)中存在4個低壓跳閘電磁閥:6YV，7YV，8YV，9YV，接線方式如圖3。圖中R1，R2，R3，R4為DEH系統(tǒng)跳閘繼電器輸出接點，ETS1，ETS2，ETS3，ETS4為ETS系統(tǒng)跳閘繼電器輸出接點。DEH或ETS系統(tǒng)跳閘繼電器冗余輸出接點閉合后，4個低壓跳閘電磁閥帶電，實現(xiàn)跳閘功能。

改造后機械停機電磁鐵3YV取代原來4個低壓跳閘電磁閥，完成電氣跳閘任務。系統(tǒng)相對簡化，為保障機組運行的安全可靠性能，保留了原來所有的跳閘輸出接點?？刂苹芈方泳€方式如圖4。跳閘輸出接點采取串并結構，1組DEH系統(tǒng)跳閘輸出接點與ETS系統(tǒng)跳閘輸出接點并聯(lián)后，再與第2組同樣并聯(lián)接點串聯(lián)，既防誤動，也防拒動。

圖4 改造后跳閘回路接線圖

調試過程中，發(fā)現(xiàn)ETS系統(tǒng)跳閘輸出接點并不會因為機組跳閘成功而復位，導致在停機狀態(tài)下，機械停機但電磁鐵3YV將長期帶電。由于3YV功率比較大，將使得線圈容易過熱損壞。

在DEH控制回路中加入繼電器R5，R6。機組跳閘成功后，行程開關ZS2常開觸點閉合，使繼電器R5，R6帶電動作，切斷ETS系統(tǒng)跳閘控制回路電源。機組掛閘后，繼電器R5，R6失電，重新接通ETS系統(tǒng)跳閘控制回路電源，使得3YV不管在機組停機狀態(tài)還是運行狀態(tài)，都不再長期帶電，且能保證其設計功能的實現(xiàn)。

4 結束語

大唐湘潭發(fā)電有限責任公司2號機組通流改造后，各類指標都得以優(yōu)化，經(jīng)濟性能明顯提高?？刂票０蚕到y(tǒng)經(jīng)過多次保護試驗，均能正常動作。機組經(jīng)過長時間運行，未發(fā)生任何影響機組安全穩(wěn)定運行的問題，改造效果良好，為同類型機組的類似升級改造積累了寶貴的經(jīng)驗。

TK264.2

B

1008-0198(2011)03-0056-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.019

2011-01-28