汽輪機(jī)側(cè)單點(diǎn)保護(hù)技術(shù)改造分析

韓國(guó)強(qiáng)

（華能國(guó)際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

為了確保大容量火電機(jī)組的安全運(yùn)行，對(duì)機(jī)組保護(hù)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，故障保護(hù)動(dòng)作正確性與機(jī)組設(shè)備的安全緊密相關(guān)，保護(hù)動(dòng)作不正確，輕者會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成影響，使機(jī)組負(fù)荷受阻或停運(yùn)，重者則會(huì)造成運(yùn)行設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。所謂單點(diǎn)保護(hù)，是指在機(jī)組重要設(shè)備保護(hù)回路中，直接導(dǎo)致保護(hù)回路動(dòng)作的唯一硬件測(cè)量信號(hào)或軟件控制回路。目前，由于設(shè)計(jì)等方面原因，溫度、壓力、流量測(cè)點(diǎn)安裝存在單一性，元件易出現(xiàn)接觸不良或短線、斷線故障，從而使保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。為了提高保護(hù)動(dòng)作可靠性，通過增加就地設(shè)備數(shù)量，并完善、優(yōu)化單點(diǎn)保護(hù)邏輯，盡可能消除機(jī)組運(yùn)行中就地設(shè)備、線路故障引起隱患發(fā)生，并通過三取二邏輯判斷后輸出繼電器動(dòng)作，來(lái)消除保護(hù)誤動(dòng)的發(fā)生。

1 單點(diǎn)保護(hù)存在的問題

華能國(guó)際電力股份有限公司上安電廠6臺(tái)機(jī)組存在不同程度的單點(diǎn)保護(hù)情況（保護(hù)動(dòng)作通過單個(gè)測(cè)量設(shè)備判斷后實(shí)現(xiàn)），如果測(cè)量設(shè)備出現(xiàn)問題，則正常運(yùn)行設(shè)備會(huì)失去最后一道保護(hù)屏障，保護(hù)誤動(dòng)可能造成機(jī)組主、輔機(jī)跳閘停運(yùn)，保護(hù)拒動(dòng)則會(huì)對(duì)就地設(shè)備造成不同程度的損壞。

a.溫度測(cè)量保護(hù)由單支溫度元件實(shí)現(xiàn)。該火電廠一單元1A汽泵推力瓦溫度測(cè)量為單點(diǎn)測(cè)量，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，曾經(jīng)出現(xiàn)過由于測(cè)量回路故障，溫度顯示到達(dá)保護(hù)動(dòng)作值，造成汽泵跳閘的問題。三單元排汽裝置溫度保護(hù)、二單元凝泵推力瓦溫度保護(hù)、三單元電泵推力瓦溫度保護(hù)存在著相同的隱患。

b.壓力、流量等測(cè)量保護(hù)由單個(gè)開關(guān)或變送器實(shí)現(xiàn)。該火電廠三單元定子冷卻水保護(hù)原設(shè)計(jì)為流量開關(guān)動(dòng)作與單臺(tái)流量變送器測(cè)量流量低同時(shí)出現(xiàn)后，汽輪機(jī)跳閘，由于單點(diǎn)流量測(cè)量故障率高，因此主機(jī)保護(hù)存在著重要設(shè)備隱患。二單元小汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力、排汽壓力保護(hù)存在著相同的隱患。

c.機(jī)柜盤連信號(hào)（如從TSI柜至DCS機(jī)柜的信號(hào)）采用一路進(jìn)行判斷。該火電廠抗燃油壓低至小機(jī)保護(hù)信號(hào)為一路單點(diǎn)保護(hù)信號(hào)，如果通道故障或電纜出現(xiàn)問題極易發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的情況。

d.電氣設(shè)備運(yùn)行信號(hào)（如前置泵運(yùn)行信號(hào)消失聯(lián)跳小汽輪機(jī)）由單個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判斷。2012年5B汽泵跳閘，原因?yàn)榍爸帽眠\(yùn)行信號(hào)消失，運(yùn)行信號(hào)從6kV抽屜斷路器閉合信號(hào)取出，原設(shè)計(jì)為單點(diǎn)，直接導(dǎo)致該故障的發(fā)生。

e.DEH、ETS跳閘節(jié)點(diǎn)使用單個(gè)繼電器輸出進(jìn)行判斷，若繼電器繞組出現(xiàn)故障，跳閘指令無(wú)法輸出，導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)。該火電廠三單元抗燃油壓低至小汽輪機(jī)保護(hù)、DEH和ETS跳閘節(jié)點(diǎn)的輸出均為單點(diǎn)保護(hù)信號(hào)，也存在同樣隱患。

2 單點(diǎn)保護(hù)的技術(shù)改造方案

為了提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，針對(duì)以上提出的單點(diǎn)保護(hù)情況進(jìn)行梳理，利用機(jī)組檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制組態(tài)進(jìn)行改造，提高了保護(hù)動(dòng)作的可靠性和準(zhǔn)確性。

2.1 單點(diǎn)溫度保護(hù)的改造

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備增加溫度測(cè)量元件，所有的單點(diǎn)溫度測(cè)量改為雙點(diǎn)測(cè)量方式。通過鋪設(shè)控制電纜，將新增溫度測(cè)量信號(hào)引至DCS，并修改組態(tài)。改造后一單元汽泵推力瓦溫度保護(hù)邏輯，見圖1。

圖1 改造后一單元汽泵推力瓦溫度保護(hù)邏輯

汽泵推力瓦溫度測(cè)點(diǎn)064A，原保護(hù)組態(tài)為溫度85℃報(bào)警，達(dá)到90℃延時(shí)6s汽泵跳閘。由圖1可見，增加064A－2溫度測(cè)點(diǎn)后，相應(yīng)保護(hù)邏輯完善為：當(dāng)雙側(cè)點(diǎn)都沒有壞質(zhì)量時(shí)，一支元件達(dá)到跳閘值延時(shí)6s，并且另外一支元件達(dá)到報(bào)警值時(shí)設(shè)備保護(hù)動(dòng)作，當(dāng)一支測(cè)點(diǎn)壞質(zhì)量時(shí)，另外一支測(cè)點(diǎn)達(dá)到跳閘值延時(shí)6s設(shè)備保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)雙測(cè)點(diǎn)測(cè)量偏差過大時(shí)，大屏幕發(fā)光字報(bào)警信號(hào)。將該測(cè)點(diǎn)由單支改為雙測(cè)點(diǎn)溫度元件，使保護(hù)互相冗余，在畫面進(jìn)行顯示，完善相應(yīng)保護(hù)邏輯，并傳動(dòng)試驗(yàn)成功，確保了回路動(dòng)作的可靠性和準(zhǔn)確性，為汽泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了有利保障。進(jìn)行上述改造的還有三單元排汽裝置溫度保護(hù)邏輯。

原保護(hù)組態(tài)為排汽裝置溫度單點(diǎn)達(dá)到100℃時(shí)快速關(guān)閉低壓旁路系統(tǒng)，將其更換為雙支熱電阻元件后，相應(yīng)組態(tài)修改為當(dāng)雙測(cè)點(diǎn)都沒有壞質(zhì)量時(shí)，一支元件達(dá)到跳閘值100℃，并且另外一支元件達(dá)到報(bào)警值90℃時(shí)快速關(guān)閉低壓旁路系統(tǒng)；當(dāng)一支測(cè)點(diǎn)壞質(zhì)量時(shí)，另外一支測(cè)點(diǎn)達(dá)到跳閘值100℃時(shí)快速關(guān)閉低壓旁路系統(tǒng)，確保低壓旁路系統(tǒng)各閥門動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠。進(jìn)行上述改造的還有一單元電泵、汽泵機(jī)械密封水溫度保護(hù)，二單元凝泵推力瓦溫度保護(hù)，三單元電泵推力瓦溫度保護(hù)等。

2.2 單點(diǎn)壓力和流量保護(hù)的改造

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備增加壓力、流量開關(guān)或變送器，每一單點(diǎn)保護(hù)新增2臺(tái)測(cè)量裝置，將所有的單點(diǎn)測(cè)量改為三測(cè)量方式。通過鋪設(shè)控制電纜，將新增測(cè)量信號(hào)引至DCS，修改組態(tài)為三取二表決判斷方式。進(jìn)行上述改造的還有三單元定子冷卻水保護(hù)邏輯。

原發(fā)電機(jī)定子冷卻水流量低保護(hù)為3個(gè)流量低開關(guān)三取二保護(hù)動(dòng)作和單臺(tái)流量變送器定子冷卻水流量低于63t/h相與，延時(shí)60s保護(hù)動(dòng)作。由于定子冷卻水管路流量波動(dòng)經(jīng)常引起開關(guān)動(dòng)作，造成定子冷卻水流量低假象。此次檢修將其改造為3個(gè)流量變送器流量低于63t/h三取二，延時(shí)60s保護(hù)動(dòng)作，通過變送器的阻尼可以很好濾去系統(tǒng)波動(dòng)造成的定子冷卻水流量低假象，并且能夠時(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)視定子冷卻水流量。

只有當(dāng)3個(gè)測(cè)量信號(hào)中2個(gè)及以上達(dá)到保護(hù)定值時(shí)，斷水保護(hù)才會(huì)動(dòng)作，并設(shè)計(jì)了3測(cè)量信號(hào)異或報(bào)警，當(dāng)3個(gè)測(cè)量信號(hào)狀態(tài)不一致時(shí)發(fā)出大屏幕光子牌報(bào)警信號(hào)，該項(xiàng)設(shè)備改造，提高了發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)投入的可靠性。進(jìn)行上述改造的還有二單元小汽輪機(jī)潤(rùn)滑油壓力、排汽壓力保護(hù)等。

2.3 單點(diǎn)盤連保護(hù)的改造

鋪設(shè)盤連電纜，將機(jī)柜間的單個(gè)盤連信號(hào)增加為3組，修改組態(tài)為三取二表決判斷方式。改造后三單元抗燃油壓低至小汽輪機(jī)保護(hù)邏輯，見圖2。

圖2 改造后三單元抗燃油壓低至小汽輪機(jī)保護(hù)邏輯

抗燃油壓低至小汽輪機(jī)保護(hù)信號(hào)，原為一路單點(diǎn)保護(hù)信號(hào)，為此特增加電纜和繼電器通道，并設(shè)計(jì)DCS邏輯，改為三取二判斷。

由圖2可見，只有當(dāng)3個(gè)測(cè)量信號(hào)中2個(gè)及以上達(dá)到保護(hù)定值時(shí)，保護(hù)才會(huì)動(dòng)作，并設(shè)計(jì)了3測(cè)量信號(hào)異或報(bào)警，當(dāng)3個(gè)測(cè)量信號(hào)狀態(tài)不一致時(shí)發(fā)出大屏幕光子牌報(bào)警信號(hào)，該項(xiàng)設(shè)備改造，提高了保護(hù)動(dòng)作的可靠性和準(zhǔn)確性。進(jìn)行上述改造的還有二、三單元TSI保護(hù)，小汽輪機(jī)DCS、MEH盤連保護(hù)；三單元MFT跳小汽輪機(jī)等。

2.4 單點(diǎn)電氣運(yùn)行信號(hào)的改造

通過與電氣專業(yè)協(xié)商，由電氣專業(yè)在原一路運(yùn)行信號(hào)的基礎(chǔ)上再提供兩路節(jié)點(diǎn)，熱工專業(yè)鋪設(shè)電纜，將DCS的單個(gè)運(yùn)行信號(hào)增加為三組，修改組態(tài)為三取二表決判斷方式。改造后三單元前置泵運(yùn)行信號(hào)消失跳小汽輪機(jī)保護(hù)邏輯，見圖3。

圖3 改造后二單元前置泵運(yùn)行信號(hào)消失跳小機(jī)保護(hù)邏輯

由圖3可見，只有當(dāng)3個(gè)測(cè)量信號(hào)中2個(gè)及以上動(dòng)作時(shí)，才認(rèn)為設(shè)備正在運(yùn)行，并設(shè)計(jì)了三測(cè)量信號(hào)異或報(bào)警，當(dāng)3個(gè)運(yùn)行信號(hào)狀態(tài)不一致時(shí)發(fā)出大屏幕光子牌報(bào)警信號(hào)，該項(xiàng)設(shè)備改造，提高了保護(hù)動(dòng)作的可靠性和準(zhǔn)確性。進(jìn)行上述改造的還有三單元小汽輪機(jī)前置泵運(yùn)行信號(hào)等。

2.5 單個(gè)DEH和ETS跳閘節(jié)點(diǎn)輸出的改造

通過研究DEH、ETS跳閘回路，增加了跳閘繼電器，并修改ETS回路配線和DCS組態(tài)。改造后三單元、ETS至DEH跳閘保護(hù)邏輯，見圖4，進(jìn)行上述改造還有三單元DEH至ETS跳閘保護(hù)邏輯。

DEH至ETS跳閘、ETS至DEH跳閘，以上為一路單點(diǎn)保護(hù)信號(hào)，如果通道故障或電纜出現(xiàn)問題極易發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的情況，由圖4可見，增加電纜和繼電器通道，并設(shè)計(jì)DCS邏輯，將單個(gè)跳閘節(jié)點(diǎn)改造為三取二判斷后輸出動(dòng)作，有效提高了ETS回路動(dòng)作的可靠性和準(zhǔn)確性。進(jìn)行上述改造的還有二單元DEH、ETS跳閘回路，三單元汽機(jī)跳閘快切廠用電回路等。

圖4 改造后三單元ETS至DEH跳閘保護(hù)邏輯

3 改造效果

a.通過對(duì)該火電廠單點(diǎn)保護(hù)回路的改造，從根本上消除了溫度、壓力、流量等測(cè)量保護(hù)由單支溫度元件實(shí)現(xiàn)，機(jī)柜盤連信號(hào)、電氣設(shè)備運(yùn)行信號(hào)采用一路進(jìn)行判斷，跳閘節(jié)點(diǎn)使用單個(gè)繼電器輸出進(jìn)行判斷等問題。

b.在確保重要保護(hù)不發(fā)生拒動(dòng)的前提下，對(duì)單點(diǎn)保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，通過合理采用閉鎖條件，使信號(hào)檢測(cè)回路具有邏輯判斷能力。

c.采用多重化的熱工信號(hào)攝取方法，減少檢測(cè)回路自身的誤動(dòng)作率，優(yōu)化邏輯組態(tài)，有效降低了熱工信號(hào)系統(tǒng)和熱工保護(hù)系統(tǒng)的誤動(dòng)作率，減少了火電廠主、輔機(jī)各類不安全事件特別是機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)，提高機(jī)組運(yùn)行效率，避免了不必要的資源浪費(fèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)論保護(hù)回路是軟件還是硬件，凡是局部單一設(shè)備可能造成整個(gè)機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的，都可視作單點(diǎn)保護(hù)，都應(yīng)在保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能避免。目前，該火電廠通過實(shí)施單點(diǎn)保護(hù)改造，提高了保護(hù)動(dòng)作的可靠性，機(jī)組運(yùn)行效果良好，既保證了保護(hù)不發(fā)生拒動(dòng)，又極大減少了保護(hù)誤動(dòng)的次數(shù)。