燃氣輪機發(fā)電機功率信號回路邏輯改進

潘益民

(江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011)

0 引言

現(xiàn)代燃氣輪機發(fā)電控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個高度自動化的系統(tǒng)，其穩(wěn)定運行主要依賴于軟、硬件的先進性和可靠性，而一些關(guān)鍵信號采集的精準性與穩(wěn)定性是系統(tǒng)調(diào)節(jié)、計算與穩(wěn)定運行的前提。根據(jù)原設(shè)計，E級燃氣輪機發(fā)電機出口處設(shè)置有3只有功變送器，其發(fā)出的3個發(fā)電機出口有功功率信號均為標準的4～20 mA信號，被燃氣輪機控制系統(tǒng)(TCS)采集后，經(jīng)過邏輯合成，形成確定的功率反饋信號參與燃燒調(diào)整計算過程。因此，功率標準信號十分重要，必須達到精準、穩(wěn)定且可靠。

1 問題的提出

根據(jù)原設(shè)計，江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司E級燃氣輪機發(fā)電機出口功率標準信號被TCS采集后，經(jīng)過該系統(tǒng)在邏輯上進行“3取中”的邏輯合成后，形成1個確定的功率反饋信號參與燃燒調(diào)整計算過程。另外，E級燃氣輪機發(fā)電機出口處的3只有功變送器所采用的PT回路接線使用同一組線圈電壓，而出口實際配置有2組一次繞組相互獨立的電壓互感器(PT)。這一方面是一個缺乏冗余度的問題:一旦該組PT一次或二次回路斷線，致使3只有功變送器輸出的功率信號值同時出現(xiàn)較大波動，經(jīng)過“3取中”邏輯合成后的確定功率信號值也隨之波動，就可能引起燃氣輪機燃燒調(diào)整上的較大波動而導(dǎo)致跳機;另一方面，該設(shè)計沒有充分發(fā)揮設(shè)備配置的冗余性能，存在一定局限性;再者，原設(shè)計的3只有功變送器所采用的直流電源取自同一路電源，因此變送器電源冗余度也存在問題，一旦該路電源出現(xiàn)故障，致使3只有功變送器同時失去電源，后果嚴重性幾乎等同于PT一次或二次回路斷線。因此，為提高功率反饋信號的安全性和穩(wěn)定性，必須對該型燃氣輪機發(fā)電機出口功率信號回路與邏輯配置進行改進。

2 改進方案

2.1 功率變送器及所用PT二次接線的重新組合

針對目前該型E級燃氣輪機發(fā)電機僅有3只有功變送器，且其PT電壓回路接線僅使用同一組線圈電壓的現(xiàn)狀，考慮到出口實際已安裝有一次繞組分別獨立的2組PT，無需額外增加冗余PT組別，因此，在原有3只(#1，#2，#3)有功變送器的基礎(chǔ)上，新增加1只同型號有功變送器(#4)，將原有的2組PT及4個有功變送器全部使用上，即把4個有功變送器重新分成2對組合(如#1和#3組合，#2和#4組合)，每對組合選擇相同PT一次繞組對應(yīng)多組二次繞組中某一組別的電壓接線，這樣確保2對組合使用不同PT一次繞組對應(yīng)的二次繞組電壓接線，從而保證較高的冗余度，例如其中原有的#1和#3有功變送器來自1個PT(原設(shè)計2YH一次繞組對應(yīng)二次繞組中的第1繞組)，原有的#2和新增的#4有功變送器來自另外一個PT(原設(shè)計1YH一次繞組對應(yīng)二次繞組中的第1繞組，此處需新增1根電纜)。

2.2 功率信號的合成邏輯改進

為滿足上述措施的實施，需在TCS的功率信號采集板卡上新增1個采集通道，用于采集#4有功變送器的信號，4個功率采集信號的合成邏輯輸出由原來的“3取中”改為:#3和#4有功變送器輸出值“取高”后的輸出值再與#1和#2有功變送器輸出值“取中”后輸出，以此作為4個功率采集信號的合成邏輯輸出。

2.3 功變送器所用電源冗余度的改進

針對4只有功變送器電源的冗余度問題，對上述2對有功變送器的電源回路進行重新設(shè)計:4個有功變送器仍分成2對組合(即#1和#3組合，#2和#4組合)，每對組合使用同一路直流電源接線，這樣確保2對組合使用不同路別的電源接線，從而保證較高的冗余度。例如其中原有的#1和#3有功變送器來自原設(shè)計的一路電源，原有的#2和新增的#4有功變送器使用新增一路直流電源(這里需新增1根電源電纜至主廠房直流配電屏)，且應(yīng)確保新增的1路110 V直流(DC)電源與原設(shè)計的110 V DC電源取自主廠房不同110 V DC段。

3 改進方案實施要點和效果

3.1 發(fā)電機模擬量變送器屏(GAP)上的安全措施

燃氣輪機發(fā)電機GAP屏上交、直流電源電纜應(yīng)先從源頭解除，并在源頭做好明顯斷開點和醒目標志。燃氣輪機發(fā)電機GAP屏內(nèi)部分接線拆除前先準備好被拆變送器的端子接線圖紙并核對無誤，特別注意拆線前應(yīng)先用4～20 mA信號發(fā)生器檢驗燃氣輪機發(fā)電機GAP屏端子排上#1，#2，#3有功變送器輸出(4～20 mA)具體端子和TCS內(nèi)部各個采樣邏輯通道是否一一對應(yīng)，并做好詳細記錄，確保二次回路無電壓后再開始拆線。拆線前應(yīng)記錄好原箱內(nèi)的接線回路號、電纜號及端子號，拆線時與新、舊圖紙核對無誤后，保留號碼管及電纜標牌等。

3.2 改進回路的安裝接線

修改后的原理接線單線框圖如圖1所示，變送器應(yīng)按工藝要求安裝牢固，二次接線應(yīng)嚴格按修改后的批準圖紙施工，施工接線應(yīng)符合工藝要求。

3.3 TCS內(nèi)組態(tài)邏輯修改

在TCS內(nèi)，對4只有功變送器輸出采樣值的組態(tài)邏輯進行修改和安裝，修改后的邏輯如圖2、圖3所示。

3.4 功率信號回路和采集通道的靜態(tài)校驗

TCS內(nèi)邏輯修改完成后，為驗證組態(tài)邏輯的正確性，調(diào)試人員須用4～20 mA信號發(fā)生器進行靜態(tài)通道校驗，確保新增的TCS柜上#4有功變送器輸入通道4～20mA信號值與#4有功變送器在TCS內(nèi)對應(yīng)通道采樣值(一次值)之間的對應(yīng)關(guān)系(通道比例系數(shù))和原有#1，#2，#3有功變送器輸入信號與TCS通道采樣值之間的對應(yīng)關(guān)系完全一致，記錄測試結(jié)果。

圖1 修改后的4只有功變送器電氣原理單線框圖

圖2 修改后變送器輸出采樣值的組態(tài)邏輯

圖3 TCS柜上新增 #4有功變送器輸入端子接線

3.5 變送器和TCS的靜態(tài)聯(lián)調(diào)試驗

在完成燃氣輪機發(fā)電機GAP屏內(nèi)二次接線施工、TCS內(nèi)邏輯修改及靜態(tài)通道校驗后，調(diào)試人員在二次接線絕緣試驗全部合格的情況下，按原理圖紙對燃氣輪機發(fā)電機GAP屏內(nèi)交、直流電源回路送電，并驗證電源標志、極性和幅值是否正確。在各個變送器電源上電正常后，進行靜態(tài)模擬PT二次電壓和電流互感器(CT)二次電流試驗，以帶二次回路通流來校核變送器輸出是否正常、與TCS的采樣邏輯通道是否一一對應(yīng)，詳細記錄見表1。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)模擬機組在額定負荷運行情況下的幾種狀況:(1)任意1組PT的某一相或三相斷線;(2)任意1個有功變送器輸出不正常(如失電、輸出回路斷線等情況);(3)任意2個有功變送器輸出不正常(如失電、輸出回路斷線等情況)。上述工作應(yīng)由專業(yè)人員配合檢查，并做好TCS采樣計算邏輯輸出的詳細記錄，驗證修改后的回路通道和TCS修改邏輯計算功能的準確性。詳細記錄見表2。

3.6 開機時變送器用PT回路測試和核相試驗

在開機動態(tài)試驗中，燃氣輪機發(fā)電機建立空載額定電壓后，按原理圖對PT二次回路電壓進行測試和核相試驗，以驗證PT二次接線回路和極性的正確性。

3.7 并網(wǎng)帶負荷試驗

確認PT二次回路電壓測試和核相試驗合格后，告知運行燃氣輪機發(fā)電機變壓器組可以正常并網(wǎng)。并網(wǎng)帶上一定負荷后，在TCS后臺監(jiān)控畫面上觀察燃氣輪機發(fā)電機出口#1～#4有功變送器輸出值是否顯示正確并基本一致，做好記錄。

表1 燃氣輪機發(fā)電機出口有功變送器回路改進試驗記錄1

表2 燃氣輪機發(fā)電機出口有功變送器回路改進試驗記錄2

3.8 改進方案的實施效果和評價

通過表2可以看出，考慮單次故障類型的8個統(tǒng)計樣本對應(yīng)ACTLD輸出結(jié)果抗故障的準確率已高達100%，考慮綜合性故障類型的15個統(tǒng)計樣本對應(yīng)ACTLD輸出結(jié)果抗故障的準確率為86.67%，考慮罕見2次重疊故障類型的7個統(tǒng)計樣本對應(yīng)ACTLD輸出結(jié)果抗故障的準確率也已達71.43%，與改進前幾乎為0%的抗故障的準確概率相比，該改進方案效果顯著，如進一步完善故障樣本的基數(shù)統(tǒng)計，該改進方案抗故障的準確概率還可進一步提高。由于TCS中對#1和#2功率變送器信號進行“取中”，致使#1和#2功率變送器信號同時出現(xiàn)故障時的ACTLD出現(xiàn)較大誤差，建議再新增#5功率變送器(其所用PT二次回路和變送器電源接線可并接于前述2對組合中的任意1對組合的對應(yīng)回路上)信號輸出，TCS再分別對#1和#2，#3和#4功率變送器信號“取高”后輸出，將這三者輸出信號再進行“取中”并輸出，該輸出作為ACTLD的邏輯計算輸出結(jié)果，這樣改進后，仍按上述統(tǒng)計方法，抗簡單1次故障類型的準確概率為100%，抗綜合性故障類型的準確概率高達95%，抗罕見2次重疊故障類型的準確概率將高達90.9%。

4 結(jié)論

現(xiàn)代燃氣輪機發(fā)電控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行對機組安全運行乃至滿負荷經(jīng)濟運行極為重要，而一些關(guān)鍵信號，如功率信號采集的精準與穩(wěn)定性又是系統(tǒng)調(diào)節(jié)計算與穩(wěn)定運行的前提，功率信號采集環(huán)節(jié)的任何缺陷都可能影響到設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行。實踐證明上述改進方案可行，并提出再新增一個#5功率變送器的建議，以進一步增加冗余度，為進一步提高功率信號采集可靠性和運行穩(wěn)定性提供技術(shù)保障。

［1］吳凡.發(fā)電機功率異常引發(fā)燃氣輪機超溫跳機的原因分析［J］.華電技術(shù)，2010，31(3):70-72，82.

［2］金華.DEH、CCS功率測量回路存在的問題及改進措施［J］.貴州電力技術(shù)，2006(6):77-78.