基于汽機(jī)ETS電跳機(jī)保護(hù)信號(hào)誤動(dòng)的原因探究

廣東省粵瀧發(fā)電有限責(zé)任公司 廣東云浮 527217

摘要：作為汽車機(jī)的危機(jī)危急遮斷系統(tǒng)，ETS發(fā)揮著報(bào)警或停機(jī)信號(hào)，進(jìn)行邏輯處理，輸出指示燈報(bào)警信號(hào)或汽輪機(jī)遮斷信號(hào)的作用。因此，保證ETS信號(hào)的正確性顯得尤為關(guān)鍵。本文針對(duì)汽機(jī)的ETS在投入電跳機(jī)保護(hù)時(shí)誤發(fā)跳機(jī)信號(hào)的問題，詳細(xì)分析其原因，發(fā)現(xiàn)電跳機(jī)保護(hù)信號(hào)電纜在投入保護(hù)瞬間的電容充電現(xiàn)象，會(huì)把汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)PLC的DI通道電壓拉低，向動(dòng)作值附近靠近，從而導(dǎo)致ETS誤動(dòng)。基于信號(hào)誤動(dòng)的原因，實(shí)驗(yàn)研究證明，采用充電電阻巧妙地解決ETS保護(hù)誤動(dòng)隱患。

關(guān)鍵詞：汽車ETS電跳機(jī)；信號(hào)誤動(dòng)；原因分析

某電廠2×135MW汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)（ETS）保護(hù)裝置由上海汽輪機(jī)有限公司（STC）提供，該套ETS由可編程邏輯控制器（PLC）進(jìn)行汽輪機(jī)遮斷，采用雙冗余PLC實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，即主PLC（MPLC）和輔助PLC（BPLC）。其保護(hù)原理為：當(dāng)主PLC（MPLC）和輔助PLC（BPLC）輸入通道同時(shí)掃描到電跳機(jī)回路觸點(diǎn)閉合，主PLC（MPLC）和輔助PLC（BPLC）經(jīng)過邏輯運(yùn)算后由其輸出通道斷開AST電磁閥的電源，使AST電磁閥失電動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)保護(hù)預(yù)警[1]。

1.事件經(jīng)過

某電廠#2機(jī)組并網(wǎng)后投入ETS電跳機(jī)保護(hù)的瞬間機(jī)組誤跳閘。查#2機(jī)組DCS的SOE記錄，發(fā)現(xiàn)#2機(jī)組跳閘情況很奇異，甚至可以說跳閘的有些不符合邏輯，具體情況如表1：

表1 #2機(jī)組跳閘情況

時(shí)間（12時(shí)13分～）#2機(jī)組跳閘情況

56秒841毫秒（投入K1時(shí)間）ETS裝置發(fā)汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉、MFT指令

56秒940毫秒發(fā)變組出口開關(guān)2201跳閘

57秒10毫秒發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)跳閘

57秒22毫秒汽機(jī)主汽門關(guān)閉

58秒867毫秒（投入K2時(shí)間）ETS裝置發(fā)出發(fā)電機(jī)出口開關(guān)跳閘信號(hào)

經(jīng)檢查，ETS裝置首出邏輯畫面顯示“電跳機(jī)”（說明：主汽門關(guān)閉信號(hào)不進(jìn)ETS首出邏輯，所以即便是汽輪機(jī)先跳閘也不會(huì)在首出畫面顯示），檢查汽機(jī)跳閘前后各參數(shù)正常，檢查#2機(jī)ETS未發(fā)現(xiàn)問題。后聯(lián)系電氣專業(yè)檢查#2發(fā)變組出口開關(guān)2201輔助觸點(diǎn)及就地端子箱，聯(lián)系機(jī)務(wù)專業(yè)重點(diǎn)檢查EH油、潤(rùn)滑油系統(tǒng)有無泄漏[2]。電氣和機(jī)務(wù)專業(yè)檢查后未發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。后向中調(diào)申請(qǐng)空載合2201開關(guān)，試投電跳機(jī)保護(hù)正常。但具體原因一時(shí)無法確定，#2機(jī)組重新并網(wǎng)，再次投入ETS電跳機(jī)保護(hù)正常。

2.原因分析

從機(jī)務(wù)專業(yè)上分析，導(dǎo)致汽機(jī)跳閘又不會(huì)首出的原因有兩種：（1）隔膜閥故障，導(dǎo)致隔膜閥的潤(rùn)滑油壓低過動(dòng)作值，導(dǎo)致EH油卸壓，汽機(jī)跳閘；（2）EH油系統(tǒng)故障，導(dǎo)致危急遮斷油油壓偏低，EH油卸壓，汽機(jī)跳閘。以上兩種情況都可導(dǎo)致汽機(jī)無法再次掛閘。然而如果是振動(dòng)大、潤(rùn)滑油壓低等其它保護(hù)跳閘ETS首出會(huì)記錄。所以由于機(jī)務(wù)專業(yè)設(shè)備故障導(dǎo)致機(jī)組跳閘的可能可以排除。

從電氣專業(yè)上分析，原因有三種：（1）由于#2機(jī)組剛并網(wǎng)，在投電跳機(jī)保護(hù)的瞬間2201開關(guān)跳閘，導(dǎo)致汽機(jī)跳閘；（2）在投ETS電跳機(jī)保護(hù)后，電跳機(jī)保護(hù)回路電纜短路，導(dǎo)致汽機(jī)跳閘。但后來用搖表測(cè)量線間、線對(duì)地絕緣正常。排除此原因；（3）#2機(jī)ETS電跳機(jī)回路有干擾信號(hào)竄入，導(dǎo)致#2機(jī)組跳閘。但通過示波器在線觀察電跳機(jī)回路電纜電壓波形，擾動(dòng)電壓最大只有0.3V。檢查接地良好。在上述跳閘情況中，經(jīng)過電氣專業(yè)檢查開關(guān)，并進(jìn)行開關(guān)的分合試驗(yàn)說明開關(guān)故障導(dǎo)致機(jī)組跳閘的可能性不大。

從熱工控制上分析，AST電磁閥失電即能實(shí)現(xiàn)汽機(jī)跳閘，AST電磁閥失電原因游散：（1）AST電磁閥雙路110VAC電源在投入保護(hù)過程中恰好故障，導(dǎo)致汽機(jī)跳閘。但測(cè)量AST的雙路電源時(shí)都顯示正常，因此可以排除這個(gè)原因；（2）ETS開關(guān)量雙路輸出卡件（通道）在投入保護(hù)過程中恰好故障，導(dǎo)致汽機(jī)跳閘。通過檢查和測(cè)試卡件工作正常，所以這種可能也排除；（3）在投入保護(hù)過程中恰好輸入回路瞬間掃描到電跳機(jī)接通信號(hào)，通過ETS輸出卡件發(fā)出AST電磁閥失電指令，使汽機(jī)跳閘，排除了以上兩種可能性，只有這種原因?qū)е绿鴻C(jī)。

調(diào)查當(dāng)時(shí)投保護(hù)人員已確認(rèn)2201開關(guān)在合閘狀態(tài)，且操作完全按照操作票正常執(zhí)行，排除誤操作的可能。排除人為因素，就只剩下保護(hù)回路自身的問題。由于電跳機(jī)回路電纜總長(zhǎng)有300米，存在電容效應(yīng)，在投入電跳機(jī)保護(hù)時(shí)有導(dǎo)致信號(hào)通道電壓瞬間拉低的可能，以致ETS系統(tǒng)誤判，進(jìn)而誤跳機(jī)[3]。因此，#2機(jī)組異常跳閘的原因可以鎖定在電跳機(jī)回路設(shè)計(jì)缺陷。

3.電跳機(jī)回路電容效應(yīng)分析及試驗(yàn)

3.1理論分析

圖1是電跳機(jī)輸入回路的工作原理圖，當(dāng)K1、K2閉合的情況下（即保護(hù)投入狀態(tài)）只要現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)輔助接點(diǎn)S閉合，光耦接通，PLC掃描到S閉合信號(hào)。換句話說也就是光耦的正負(fù)極之間有電流流過，并電流大于2.5mA足夠接通光耦，則認(rèn)為S閉合[4]。

圖1 電跳機(jī)輸入回路的工作原理圖

然后再驗(yàn)證回路是否有誤認(rèn)S閉合的可能性，如果將K1、K2到S間的信號(hào)電纜看作是一個(gè)電容，實(shí)測(cè)電容容量為49nF。K1本身也可以看作是一個(gè)電容，在K2投入的瞬間，即使在K1沒有投入的情況下，實(shí)際上電源的正負(fù)極之間有電流流過，造成瞬間誤判導(dǎo)致跳機(jī)。

3.2投保護(hù)試驗(yàn)

用CAAP2000錄波儀分別測(cè)量PLC的I/O通道24VDC電源電壓、電跳機(jī)DI通道電壓、電跳機(jī)信號(hào)電纜電壓，觀察在K1、K2開關(guān)投入瞬間PLC通道電壓變化情況。從中發(fā)現(xiàn)電跳機(jī)保護(hù)投入的瞬間PLC通道電壓瞬間降到11.46VDC，持續(xù)1ms后恢復(fù)正常。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，PLC通道電壓在每次投保護(hù)時(shí)谷值都有不一致，范圍在11.13VDC～12.46VDC。在不接地線情況下測(cè)得PLC通道最低電壓為10.15VDC。這說明接地線對(duì)通道壓降有一定影響。

甩開發(fā)變組出口開關(guān)至ETS柜的電纜，只測(cè)量發(fā)變組保護(hù)屏至ETS柜的電纜在保護(hù)投入瞬間電壓，此段電纜長(zhǎng)度約為50米。結(jié)果發(fā)現(xiàn)PLC通道電壓下降幅度不大，谷值在19.97VDC附近。

從以上試驗(yàn)可以判定，在投入電跳機(jī)保護(hù)瞬間，PLC通道在給電纜進(jìn)行充電，導(dǎo)致PLC通道電壓突降，但不是每次都會(huì)降至I/O通道判斷的門檻值，所以不是每次投保護(hù)時(shí)都會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

4.解決方案

針對(duì)ETS誤動(dòng)原因，可以采用充電電阻，對(duì)電纜進(jìn)行充電，以提高在保護(hù)投切的的瞬間PLC通道掃描電壓的穩(wěn)定性。具體措施如下圖2。

圖2 電跳機(jī)保護(hù)回路增加充電電阻R1、R2示意圖

在K1、K2上并接合適的電阻，使其在K1、K2斷開時(shí)對(duì)電纜進(jìn)行充電。在閉合K1、K2后充電電阻被旁路掉，不影響PLC對(duì)2201開關(guān)輔助接點(diǎn)信號(hào)的掃描。

確定整改措施后，關(guān)鍵是問題是串入電阻多大電阻合理。本著串入電阻不影響PLC的判斷為原則，通過在PLC輸入回路里串入滑線變阻器試驗(yàn)電跳機(jī)保護(hù)回路串入多大阻值合適。結(jié)果表明：串入電阻值在4490Ω以下時(shí)PLC，可以掃描到開關(guān)量的狀態(tài)，當(dāng)電阻值大于5190Ω時(shí)PLC認(rèn)為外回路處于斷開狀態(tài)。

5.實(shí)施效果

確定電阻后，觀察接入電阻后投入電跳機(jī)保護(hù)時(shí)PLC通道、信號(hào)電纜電壓波形，發(fā)現(xiàn)在接入電阻的情況下投入電跳機(jī)保護(hù)，對(duì)通道電壓影響非常小。比不加充電電阻時(shí)要平緩很多。而增加充電電阻后進(jìn)行開關(guān)分閘試驗(yàn)，分閘后電壓降時(shí)間為0.2ms。保護(hù)回路動(dòng)作時(shí)依然可以實(shí)現(xiàn)快速可靠。

總結(jié)

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，加裝保護(hù)回路充電電阻對(duì)保護(hù)裝置和保護(hù)邏輯無影響。滿足保護(hù)的快速性，實(shí)施起來方便，成本可以忽略不計(jì)，巧妙解決長(zhǎng)電纜充電導(dǎo)致PLC誤判的問題。此方法適用于所有PLC、單片機(jī)的開關(guān)量長(zhǎng)電纜輸入信號(hào)投切保護(hù)回路。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱夏寧.汽機(jī)ETS電跳機(jī)保護(hù)信號(hào)誤動(dòng)的原因分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2013，17.

[2]王永玲，周文龍，蔣育平.135MW機(jī)組機(jī)械危急遮斷器的優(yōu)化[J].發(fā)電設(shè)備，2013，04.

[3]江浩.ETS系統(tǒng)常見故障及可靠性研究[J].機(jī)電技術(shù)，2012，03.

[4]劉昕，初東，王長(zhǎng)友.汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的改造[J].冶金動(dòng)力，2014，08