600MW機(jī)組“防非?！睙峁は到y(tǒng)優(yōu)化改造

賀揚(yáng)

(江蘇國信揚(yáng)州發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇揚(yáng)州225131)

0 引言

江蘇國信揚(yáng)州發(fā)電有限責(zé)任公司裝設(shè)2臺(tái)600 MW機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)三井巴布科克能源公司技術(shù)生產(chǎn)的HG1956/25.4－YM型、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π形、超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐;汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)制造的超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機(jī);公用分散控制系統(tǒng)(DCS)、數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)、給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)(MEH)、危急遮斷系統(tǒng)(ETS)及給水泵汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)(METS)均采用艾默生公司的Ovation系統(tǒng)，為一體化設(shè)計(jì)。電廠熱工系統(tǒng)是運(yùn)行中的重要系統(tǒng)，如果不夠完善，可能會(huì)引起機(jī)組的誤動(dòng)或拒動(dòng)，對(duì)機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。自機(jī)組投產(chǎn)以來，分階段對(duì)熱工系統(tǒng)的隱患進(jìn)行了排查，對(duì)存在的問題進(jìn)行了分析，提出了有效的整改方案并利用大、小修的機(jī)會(huì)進(jìn)行了實(shí)施。

1 存在的主要問題及改造方案

1.1 控制系統(tǒng)

1.1.1 公用系統(tǒng)控制分列改造式，#3，#4機(jī)組各為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，公用系統(tǒng)掛在#3機(jī)組網(wǎng)絡(luò)上，#4機(jī)組可通過核心交換機(jī)對(duì)公用系統(tǒng)進(jìn)行訪問。公用系統(tǒng)共設(shè)2對(duì)DPU，其中#31DPU為循環(huán)水遠(yuǎn)程及空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，#32DPU為公用電氣系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。雖然公用系統(tǒng)采取了從2臺(tái)機(jī)組分別供電的方式，但由于4臺(tái)循環(huán)水泵及5臺(tái)空氣壓縮機(jī)全部包括在#31DPU中，因此，除非2臺(tái)機(jī)組同時(shí)停運(yùn)，否則公用分散控制系統(tǒng)(DCS)無法停下來進(jìn)行試驗(yàn)、檢修等工作。

改造方案:由于運(yùn)行方式能夠滿足循環(huán)水泵和空氣壓縮機(jī)進(jìn)行分列，因此，利用2臺(tái)機(jī)組停機(jī)的機(jī)會(huì)對(duì)#31DPU進(jìn)行了分列改造。在#4機(jī)組上增加了1對(duì)控制器及相應(yīng)的電源模塊、通信卡件、I/O卡件及背板、預(yù)制電纜等，用于#4機(jī)組4A/4B循環(huán)水泵、空氣壓縮機(jī)34D/34E及其相關(guān)設(shè)備的控制;循環(huán)水泵房的遠(yuǎn)程柜利用原來的遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展機(jī)柜作為#4機(jī)組的遠(yuǎn)程I/O柜，增加相應(yīng)電源模塊、通信卡件、I/O卡件及背板、預(yù)制電纜等，并通過新敷設(shè)的光纜連接在#4機(jī)組的#31DPU上。將對(duì)應(yīng)的控制器及機(jī)柜的電源進(jìn)行改造，由原來2臺(tái)機(jī)組各給公用控制器供一路電改為分別由各自的機(jī)組供2路冗余電源。公用電氣系統(tǒng)由于無法分列則不進(jìn)行改造。

1.1.2 主保護(hù)三取二信號(hào)徹底分散

圖1 Ovation系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

存在的問題:Ovation控制系統(tǒng)每個(gè)DPU最多帶1個(gè)擴(kuò)展柜，主柜和擴(kuò)展柜分別帶4條支線，每條支線上最多可插8塊I/O模件。參與MFT保護(hù)

存在的問題:Ovation控制系統(tǒng)采用以太網(wǎng)方的總風(fēng)量低及省煤器入口流量低“三取二”信號(hào)雖然分列在不同的卡件中，但3個(gè)信號(hào)所在的開關(guān)量輸入卡在同一支線上，如果支線發(fā)生故障，也會(huì)導(dǎo)致鍋爐主燃料跳閘(MFT)保護(hù)的誤動(dòng)和拒動(dòng)。

改造方案:將總風(fēng)量低及省煤器入口流量低MFT信號(hào)分散到A，B，C3個(gè)不同支線的不同卡件上，保證在一條支線故障的情況下保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)或拒動(dòng)。

1.1.3 MFT跳輔機(jī)保護(hù)優(yōu)化

MFT跳各類輔機(jī)共有3套保護(hù):第1套是MFT繼電器直接輸出到輔機(jī)的跳閘繼電器;第2套為MFT跳閘繼電器輸出到輔機(jī)控制邏輯所在的DPU，通過邏輯輸出到輔機(jī)的跳閘繼電器;第3套為MFT信號(hào)通過DPU1輸出開關(guān)量信號(hào)到輔機(jī)控制邏輯所在的DPU，通過邏輯輸出到輔機(jī)的跳閘繼電器。

存在的問題:第3套保護(hù)和第2套保護(hù)在輔機(jī)控制邏輯所在的DPU側(cè)接在同一開關(guān)量輸入卡件的同一通道上，信號(hào)流程如圖2所示。在第2套保護(hù)中，1個(gè)MFT跳閘繼電器輸出多個(gè)接點(diǎn)，分別到不同的DPU，一旦該繼電器誤動(dòng)作，則所輸出的所有DPU的輔機(jī)均跳閘，可能會(huì)導(dǎo)致跳機(jī)，存在安全隱患。

改造方案:由于第2套保護(hù)與第3套和第1套保護(hù)在功能上重復(fù)且存在誤動(dòng)隱患，因此取消第2套保護(hù)，拆除第2套保護(hù)MFT繼電器進(jìn)各個(gè)DPU開關(guān)量輸入卡件的接線。改造后的信號(hào)流程如圖3所示。

1.1.4 MFT保護(hù)動(dòng)作跳輔機(jī)信號(hào)分散改造

存在的問題:MFT動(dòng)作后跳A/B/C/D層燃料、跳A/B側(cè)風(fēng)機(jī)及跳A/B給水泵汽輪機(jī)的信號(hào)集中在同一卡件上，如果卡件出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致多層燃料或兩側(cè)輔機(jī)均誤動(dòng)或失去保護(hù)，誤動(dòng)、拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)較高。

改造方案:將不同燃料層和兩側(cè)輔機(jī)信號(hào)分散到不同支線的不同卡件上，保證在1條支線或1塊卡件故障的情況下不會(huì)造成大面積輔機(jī)誤動(dòng)或拒動(dòng)。

1.1.5 MFT動(dòng)作信號(hào)優(yōu)化改造

存在的問題:MFT動(dòng)作信號(hào)送各個(gè)DPU，但實(shí)際邏輯中1個(gè)信號(hào)送多個(gè)DPU，跳多個(gè)DPU所控制的現(xiàn)場設(shè)備，如果該信號(hào)發(fā)生誤動(dòng)，則會(huì)引起多個(gè)輔機(jī)誤跳，誤動(dòng)影響面擴(kuò)大，而且信號(hào)需通過網(wǎng)絡(luò)傳遞，增加了網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)荷。

改造方案:由于MFT送各個(gè)DPU信號(hào)僅作用于本DPU設(shè)備，即原信號(hào)所在DPU號(hào)與現(xiàn)場設(shè)備所在DPU號(hào)一致的，邏輯信號(hào)無需修改，原信號(hào)所在DPU號(hào)與現(xiàn)場設(shè)備所在DPU號(hào)不一致的，需將原信號(hào)修改成設(shè)備所在DPU的MFT信號(hào)。這樣，即使單個(gè)信號(hào)誤動(dòng)也僅影響到本DPU的輔機(jī)，對(duì)其他DPU的輔機(jī)沒有影響;另外，由于MFT跳各輔機(jī)信號(hào)均取自本DPU，減小了網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷，提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

1.1.6 軟件優(yōu)化

對(duì)系統(tǒng)I/O點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)檢查，將系統(tǒng)內(nèi)有沖突的無效點(diǎn)刪除，將點(diǎn)組態(tài)中不合適的選項(xiàng)修改或取消，減少系統(tǒng)內(nèi)頻發(fā)事件的量，減少系統(tǒng)負(fù)荷。由于模擬量控制中諸多功能塊存在質(zhì)量判斷功能，如果設(shè)置不當(dāng)，當(dāng)某一個(gè)現(xiàn)場測點(diǎn)故障時(shí)，有可能使故障擴(kuò)大化，引發(fā)煤量、風(fēng)量等調(diào)節(jié)異常，甚至引起機(jī)組甩負(fù)荷或停機(jī)。將閉環(huán)控制回路中的質(zhì)量判斷功能梳理并修改，使機(jī)組在測點(diǎn)故障時(shí)能朝著安全的方向運(yùn)行。

1.2 單點(diǎn)保護(hù)

1.2.1 汽輪機(jī)跳閘送MFT信號(hào)改造

存在的問題:汽輪機(jī)跳閘信號(hào)從ETS柜通過網(wǎng)絡(luò)通信至DCS柜，在邏輯中轉(zhuǎn)換成3個(gè)開關(guān)量輸出信號(hào)，送至本柜的3個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)。該“三取二”信號(hào)的源頭實(shí)際為單點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)，汽輪機(jī)跳閘觸發(fā)MFT保護(hù)為假“三取二”保護(hù)。

改造方案:從ETS柜中將汽機(jī)跳閘信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成3個(gè)開關(guān)量輸出信號(hào)，通過硬接線接至原3個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)上，取消原3個(gè)開關(guān)量輸出信號(hào)的接線。

1.2.2 汽輪機(jī)單點(diǎn)保護(hù)改造

存在的問題:DEH跳閘、高壓缸排汽溫度高、軸承溫度高及振動(dòng)大等跳閘條件中，現(xiàn)場信號(hào)均接至DEH柜，在DEH柜內(nèi)經(jīng)過邏輯判斷后各送1個(gè)開關(guān)量硬接線信號(hào)至ETS柜，保護(hù)信號(hào)為單點(diǎn)保護(hù)。

改造方案:由于改造需要增加的信號(hào)較多，柜內(nèi)增加卡件花費(fèi)較大且有一定難度，為保證留有一定的I/O點(diǎn)余量，采取了以下折中方案:在DEH柜內(nèi)各增加一硬接線跳閘信號(hào)，同時(shí)增加一軟跳閘信號(hào)，硬接線信號(hào)直接從DEH柜通過電纜接至ETS柜，軟信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)從DEH柜通信至ETS柜。新增硬接線信號(hào)、原硬接線單點(diǎn)信號(hào)、軟通信信號(hào)組成“三取二”邏輯，保證保護(hù)的可靠性。通過分析，認(rèn)為該方案既經(jīng)濟(jì)，又能滿足安全性要求。

1.2.3 主、輔機(jī)軸承溫度元件改造

存在的問題:三大風(fēng)機(jī)、大機(jī)、給水泵汽輪機(jī)、凝結(jié)水泵、閉冷泵軸承溫度測量元件為熱電阻元件，參與跳主、輔機(jī)保護(hù)，斷線或端子接觸不好的情況下會(huì)導(dǎo)致阻值變大，控制系統(tǒng)會(huì)判斷溫度升高，引起保護(hù)誤動(dòng)。盡管邏輯內(nèi)已經(jīng)設(shè)置了防溫度突升的保護(hù)，但溫度慢慢爬升的情況是不能避免的。

改造方案:對(duì)于風(fēng)機(jī)軸承溫度，經(jīng)現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)原有同樣位置的3個(gè)溫度元件，因此，可改造為“三取二”保護(hù);對(duì)于風(fēng)機(jī)的電機(jī)軸承溫度及給水泵汽輪機(jī)的軸承溫度而言，由于無法開孔安裝第2個(gè)元件，因此，采用雙熱電阻“二取二”保護(hù);對(duì)于凝結(jié)水泵、閉冷泵而言，由于溫度元件所在位置振動(dòng)較大，因此，更換為雙熱電偶“二取二”保護(hù);對(duì)于大機(jī)軸承溫度而言，同樣可更換為熱電偶“二取二”保護(hù);另外，溫度元件引線部分為金屬絲包裹的柔性導(dǎo)線，由于內(nèi)部潤滑油沖刷或振動(dòng)時(shí)與剛性部分的碰磨會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線在汽輪機(jī)內(nèi)部斷裂，運(yùn)行中無法處理，因此對(duì)引線部分進(jìn)行了全鎧裝化改造。經(jīng)分析研究，將引線改制成直徑3.0～3.5mm的全鎧裝化引線。全鎧裝化的引線在剛性和柔性上均能滿足實(shí)際安裝和使用的要求，更結(jié)實(shí)耐用，運(yùn)行中不易斷裂，使用壽命長。

由于以上元件大部分采用了雙溫度元件，因此增加了每個(gè)信號(hào)達(dá)到報(bào)警值的光字牌報(bào)警，一旦出現(xiàn)問題，立即采取處理措施。

1.2.4 軸向位移保護(hù)改造

存在的問題:系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)僅在汽輪機(jī)的一側(cè)安裝2套軸向位移元件，采用二取一保護(hù)，誤動(dòng)幾率大。

改造方案:在平行與原軸向位移元件的汽輪機(jī)另外一側(cè)，同樣安裝2套元件，邏輯上采用單側(cè)“二取一”后再和另外一側(cè)“二取一”信號(hào)相與，即先“二取一”，再“二取二”。

2 改造綜合考慮的因素

以上改造涉及機(jī)組重要保護(hù)，在方案設(shè)置上綜合考慮了安全性和經(jīng)濟(jì)性，在保證保護(hù)安全和充分的基礎(chǔ)上，盡量減少改造所需要的費(fèi)用。

(1)減少需增加的卡件數(shù)量。在“三取二”保護(hù)信號(hào)分散的項(xiàng)目中，在保證通道分散到3個(gè)支線不同卡件的基礎(chǔ)上，首先考慮用空通道，然后采用信號(hào)對(duì)調(diào)的方法，最后再考慮增加卡件。這樣，可以減少改造費(fèi)用并節(jié)省系統(tǒng)資源。

(2)優(yōu)化信號(hào)來源，減少需增設(shè)的電纜。在保護(hù)單點(diǎn)保護(hù)改造項(xiàng)目上，經(jīng)綜合考慮，減少了1個(gè)硬接線信號(hào)，采用“兩硬一軟”、“三取二”的方式，該方式不但節(jié)省了系統(tǒng)資源和電纜費(fèi)用，而且非常安全、可靠。一方面，由于Ovation系統(tǒng)通信方式非常安全，一般不會(huì)出現(xiàn)通信故障的情況，即使出現(xiàn)通信故障，2個(gè)硬接線信號(hào)也能滿足保護(hù)要求;另一方面，如果一個(gè)硬接線信號(hào)發(fā)生故障，另一個(gè)硬接線信號(hào)和軟通信信號(hào)也能保證保護(hù)可靠動(dòng)作。

(3)利用系統(tǒng)現(xiàn)有信號(hào)滿足保護(hù)要求。在部分保護(hù)改造項(xiàng)目中，在系統(tǒng)中篩選出了能夠完全代表保護(hù)含義的信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化組合，在沒有產(chǎn)生任何材料費(fèi)用的基礎(chǔ)上大大提高了保護(hù)的可靠性。

(4)保證現(xiàn)場安裝方式，減少機(jī)務(wù)改動(dòng)量。在軸承溫度元件改造時(shí)，盡管測溫元件的類型發(fā)生了變化，但在加工元件時(shí)，要求嚴(yán)格按原有元件的外形尺寸制造。改造后的元件尺寸大小和安裝方式同原有的熱電阻相同，無需對(duì)原來軸承上的測量孔進(jìn)行加工，機(jī)務(wù)無改動(dòng)量。

3 實(shí)施過程中注意事項(xiàng)

(1)實(shí)施前仔細(xì)核對(duì)信號(hào)通道和來源，避免產(chǎn)生錯(cuò)誤的改動(dòng)。由于此次改造項(xiàng)目較多，有些項(xiàng)目之間還涉及通道互換，因此，在改造前需在現(xiàn)場對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)，防止出現(xiàn)保護(hù)信號(hào)缺失或混亂的情況。

(2)實(shí)施過程中需嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，防止信號(hào)誤動(dòng)。對(duì)電纜的絕緣、接地情況需嚴(yán)格測試;對(duì)端子的標(biāo)志和接線的緊固需嚴(yán)格驗(yàn)收;對(duì)現(xiàn)場元件的安裝質(zhì)量也必須嚴(yán)格控制，在電纜、儀表管的走向上除了嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范施工外，還需將設(shè)備損壞的因素降至最低。

(3)加強(qiáng)改造后的驗(yàn)收工作，把好最后一道關(guān)卡。改造后通道和邏輯的驗(yàn)收工作是改造能否成功投運(yùn)的最后一道關(guān)卡。首先，在邏輯修改完成后需進(jìn)行靜態(tài)測試，采用從信號(hào)源頭發(fā)信的方法保證通道的正確性，利用模擬信號(hào)的方法檢查邏輯修改的正確性;其次，隨各項(xiàng)聯(lián)鎖保護(hù)試驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，模擬實(shí)際保護(hù)動(dòng)作的環(huán)境來保證改造的完整性和正確性。

4 結(jié)束語

江蘇國信揚(yáng)州發(fā)電有限責(zé)任公司“防非?！睙峁は到y(tǒng)優(yōu)化改造歷時(shí)3年，分5個(gè)階段按系統(tǒng)的重要程度進(jìn)行了大規(guī)模的排查和整改，機(jī)組熱工自動(dòng)化水平和熱工保護(hù)的安全性得到了很大提高。隨著今后脫硝系統(tǒng)的改造、脫硫旁路擋板的取消，江蘇國信揚(yáng)州發(fā)電有限責(zé)任公司計(jì)劃將改造的成功經(jīng)驗(yàn)和方法推廣到其他輔機(jī)以及脫硫保護(hù)的優(yōu)化中，使整個(gè)機(jī)組熱工系統(tǒng)的功能更加合理、可靠。