汽輪機危機遮斷系統(tǒng)故障分析及電源優(yōu)化

林 濤，尚洪奎，徐計常

（華能嘉祥發(fā)電有限公司，山東 濟寧 272400）

0 引言

華能嘉祥發(fā)電有限公司 2×330 MW機組鍋爐為上海鍋爐廠制造，型號為 SG1036／17.50－M882，亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛、控制循環(huán)、平衡通風、固態(tài)排渣、汽包型燃煤鍋爐。汽輪機為上海汽輪機廠制造，型號為 N300－16.7／538／538，300MW 單軸、雙缸雙排汽、亞臨界、一次中間再熱、凝汽式汽輪機。汽輪機在VWO工況下的出力為331.9 MW，主蒸汽流量為1025 t／h。發(fā)電機為山東濟南發(fā)電設備廠生產(chǎn)，型號為WX25R－127，額定功率330 MW，空冷發(fā)電機，采用靜態(tài)勵磁。

汽輪機危機遮斷系統(tǒng)ETS（Emergency Trip System）采用上海汽輪機廠配套產(chǎn)品，它接受來自汽輪發(fā)電機組安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI），鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）及其它系統(tǒng)主要參數(shù)，進行邏輯運算處理后，統(tǒng)一輸出停機、跳電等保護信號及各種報警信號。ETS控制系統(tǒng)是電廠熱控設備中最主要的保護設備之一，無論其誤動或拒動都會造成極其嚴重的惡果，故提高ETS控制系統(tǒng)的準確性、快速性、可靠性非常重要［1］。據(jù)目前ETS配置結(jié)構(gòu)而言，汽輪機危機遮斷系統(tǒng)多采用冗余PLC實現(xiàn)保護邏輯，分立元件搭建式邏輯回路已被替代，ETS保護裝置的可靠性明顯提高，故障率顯著降低；AST電磁閥一、二通道分別有UPS及保安段分別供電，相對系統(tǒng)的安全系數(shù)大大提高，誤動幾率明顯下降；交流電源供電回路為UPS電源及保安段電源經(jīng)中間繼電器切換后供給PLC及I／O卡件，可靠性相對較差，交流電源則成為ETS控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。

1 系統(tǒng)概述

ETS系統(tǒng)保護功能有：汽輪機電超速保護；軸向位移保護；軸承振動大保護；脹差大保護；潤滑油壓低保護；EH油壓低保護；低真空保護；DEH失電停機保護；MFT跳閘保護；發(fā)電機跳閘保護；手動停機保護。該主控制器采用MODICON昆騰140PLC系列產(chǎn)品冗余配置，與DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換采用硬接線方式。保護邏輯雙通道冗余設計，電源系統(tǒng)為雙路供電。ETS裝置內(nèi)部雙路自動切換電源，對單元回路冗余供電。ETS裝置報警功能可通過汽輪機操作盤上的ETS操作面板上的試驗按鈕試驗，在試驗或檢修過程中跳閘保護功能仍然有效，ETS裝置設計線路簡單可靠，確保機組安全運行［2］。

2 事故經(jīng)過及分析

2012年7月5日凌晨，1號發(fā)電機有功234 MW，主蒸汽壓力15.4 MPa，主蒸汽溫度540℃，1號機組投AGC“R”模式，1號發(fā)變組出口5012、5013斷路器合閘運行，01號備變正常充電備用。7月5日03：46：13，1號機組A送風機A相引線漏雨發(fā)生接地短路故障，A分支零序過流保護動作；由于零序電流保護定值整定錯誤，造成保護越級動作，備變投切失敗，致使 6 kV廠用 IA段失電；7月 5日 03：46：15，保安段電壓有382 V降至224 V，供給ETS電源相電壓降至129 V，由于熱工電源交流切換裝置設計有中間繼電器切換，為失電切換，無欠壓切換功能，故在未達到繼電器切換的條件下PLC重啟，輸出指令復位，汽輪機跳閘。

3 危急遮斷系統(tǒng)（ETS）優(yōu)缺點

3.1 ETS系統(tǒng)的優(yōu)點

上海汽輪機有限公司（STC）生產(chǎn)的危急遮斷系統(tǒng)（ETS），功能完善，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高，維護量少。在現(xiàn)場運行中得到一致好評。該ETS系統(tǒng)的直流電源比較安全可靠。保安段電源、UPS電源任一路交流電源正常供給均能保證其直流電源的正常。從圖1可以看到，兩路電源可以實現(xiàn)無擾切換。

圖1 ETS系統(tǒng)直流電源原理圖

3.2 ETS系統(tǒng)的缺點

交流電源板要求兩路獨立的交流電源供給，一路電源為UPS，另一路為保安電源。如果一路電源失去，另一路將無擾切換，不影響機組的安全運行。這一點已從機組檢修后電源切換試驗中得到驗證，電源切換裝置可以實現(xiàn)斷電源無擾切換。從上面某電廠發(fā)生的機組跳閘事故中可以看到該系統(tǒng)無法避免因電壓降低而實現(xiàn)電源無擾切換。現(xiàn)結(jié)合圖2對該系統(tǒng)交流電源進行簡要分析。

（1）上述提到的某電廠ETS系統(tǒng)電源正常由400V保安1A段電源供電，UPS電源為備用。

（2）當來自400V保安1A段的工作電源失電時，交流繼電器RAC1失電，UPS備用電源通過RAC1常閉點實現(xiàn)電源切換功能。

（3）主、副PLC及I／O卡件由切換后的公用電源供電。DO卡件中輸出汽輪機跳閘信號的出口繼電器設計為常開接點。機組正常運行中，該出口繼電器長期帶電，其常開接點閉合，通過該接點提供AST電磁閥交流110 V工作電壓。當DO卡件的供電電源短時失電時，出口繼電器線圈失磁，其常開接點立即斷開，AST電磁閥則失電“遮斷”。

（4）交流繼電器RAC1動作電壓，PLC工作電壓，AST電磁閥的工作電壓具有不穩(wěn)定性。在實際運行中很難保證電壓的統(tǒng)一性。因事故使供電電壓降低時，在電源切換過程中易發(fā)生擾動，造成PLC自啟動，DO輸出卡件出現(xiàn)瞬間失電或AST電磁閥工作不正常，使AST電磁閥打開導致跳機事故發(fā)生。

圖2 改造前ETS交流電源原理圖

4 交流電源切換裝置的改造及實驗

4.1 改造

對ETS控制系統(tǒng)進行改造，將ETS控制系統(tǒng)電源改造為UPS電源供主PLC，保安段電源供副PLC。

由UPS電源為主電源，400 V保安A段電源為副電源，經(jīng)繼電器切換后，為主PLC、I／O輸出卡電源模塊1供電。 UPS電源直接為 AST－1、AST－3電磁閥電源變壓器提供電源。

400V保安1A段直接為副PLC、I／O輸出卡電源模塊2及AST－2、AST－4電磁閥電源變壓器提供電源。

改造后ETS交流電源原理如圖3所示。

4.2 試驗

斷開UPS電源，ETS系統(tǒng)一通道遮斷，汽機不跳閘；斷開保安電源，ETS系統(tǒng)二通道遮斷，汽機不跳閘；斷開ETS控制柜AK3開關，副控PLC工作，汽機不跳閘；斷開ETS控制柜AK4開關，主控PLC工作，汽機不跳閘。

圖3 改造后ETS交流電源原理圖

從以上試驗可以看到，ETS系統(tǒng)只要有一路電源存在，就能保證ETS正常運行，其安全可靠性大大提高。

5 結(jié)語

ETS系統(tǒng)作為機組的主要保護手段，拒動或誤動會造成極其嚴重的后果，所以必須加強對系統(tǒng)的檢測和試驗，確保ETS系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的可靠工作，必須利用每次停機檢修的機會對系統(tǒng)進行全面檢查、試驗。由于生產(chǎn)現(xiàn)場的振動、高溫等原因，經(jīng)過長期運行，控制回路的接線及控制電纜絕緣可能出現(xiàn)安全隱患，所以線路檢查及系統(tǒng)部件檢查、校驗就成為保護系統(tǒng)的檢查重點。

［1］王志祥.熱工保護與順序控制［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］白建云.火電廠順序控制與熱工保護［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］高峰.機組聯(lián)鎖保護系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，2004.