1000MW超超臨界機(jī)組汽動給水泵單點(diǎn)保護(hù)項(xiàng)目分析與優(yōu)化

方鋒 程濤

摘 要：介紹某電廠2×1000MW 超超臨界機(jī)組汽動給水泵的保護(hù)系統(tǒng)控制方案及功能，通過對汽動給水泵保護(hù)系統(tǒng)的分析，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范提出保護(hù)系統(tǒng)單點(diǎn)保護(hù)項(xiàng)目的邏輯優(yōu)化方案，提高了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中汽動給水泵的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：汽動給水泵；保護(hù)優(yōu)化

引言

陜西榆能集團(tuán)橫山煤電有限公司（榆能高興莊電廠）為2×1000MW 超超臨界機(jī)組，#2機(jī)組于2018年12月13日通過168h試運(yùn)行進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行，#1機(jī)組目前處于基建期，計(jì)劃于2019 年6月份投入商業(yè)運(yùn)行。電廠的鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)均采用東方電氣股份有限公司的設(shè)備。汽輪機(jī)為高效超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、雙背壓、間冷凝汽式N1000-28/600/620（D1000Q）汽輪機(jī)。每臺機(jī)組配1×100%BMCR容量的汽動給水泵，兩臺機(jī)組共用一臺啟動電動給水泵，給水泵汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的G40-1.0-3型汽輪機(jī)。本文主要從汽動給水泵的保護(hù)角度出發(fā)，介紹控制及保護(hù)系統(tǒng)的組成，提出單點(diǎn)保護(hù)項(xiàng)目的優(yōu)化方案，提高運(yùn)行中給水泵汽輪機(jī)的安全可靠性。

1汽動給水泵保護(hù)系統(tǒng)的組成

榆能橫山煤電有限公司2×1000MW超超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)由DCS和DEH組成，分別采用和利時(shí)控制有限公司的HOLLiAS-MACS 6.5.3分散控制系統(tǒng)和ABB控制公司的Symphony Plus系統(tǒng)。給水泵電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MEH）是 DEH控制系統(tǒng)的一部分，能夠控制機(jī)組完成從啟動、升速到并網(wǎng)帶負(fù)荷及停機(jī)的全過程。

橫山煤電有限公司單元機(jī)組設(shè)計(jì)為一臺100%BMCR容量汽動給水泵，所以汽動給水泵保護(hù)動作會導(dǎo)致鍋爐MFT主保護(hù)動作，相當(dāng)于汽動給水泵保護(hù)間接的成了機(jī)組主保護(hù)。表1給出了汽動給水泵單點(diǎn)保護(hù)的12個(gè)項(xiàng)目，可以看出主要涉及：j推力瓦或軸承金屬溫度，k汽動給水泵前置泵和汽機(jī)的軸承振動，所以本文主要討論軸瓦溫度和軸承振動單點(diǎn)保護(hù)的優(yōu)化方案。

表1 汽動給水泵單點(diǎn)保護(hù)條件

2推力瓦或軸承金屬溫度保護(hù)項(xiàng)目的優(yōu)化

2.1推力瓦或軸承金屬溫度保護(hù)設(shè)置的現(xiàn)狀

汽動給水泵所有推力瓦金屬、軸承金屬溫度等單點(diǎn)保護(hù)的信號處理方式是，每個(gè)AI信號經(jīng)過和利時(shí)的DQ功能塊判斷，每秒鐘升速超過5℃就輸出DQ壞質(zhì)量信號，同時(shí)RLA引腳輸出超速率信號，經(jīng)過RS觸發(fā)器后輸出過速率報(bào)警，該報(bào)警信號經(jīng)過人工確認(rèn)后才能復(fù)位，見圖1、見圖2（以部分溫度保護(hù)項(xiàng)目為例）。也就是說，保護(hù)信號只經(jīng)過了超速率限制，如果溫度變化超過5℃/s，單點(diǎn)就能立即觸發(fā)汽動給水泵跳閘。

2.2標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的要求

2.2.1中國電力企業(yè)聯(lián)合會主編的《電力熱控系統(tǒng)故障分析與可靠性控制》[1]中要求，為避免單個(gè)部件和設(shè)備故障造成機(jī)組跳閘，在新建機(jī)組邏輯設(shè)計(jì)或運(yùn)行機(jī)組檢修時(shí)，應(yīng)采用容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方法，對運(yùn)行中容易出現(xiàn)故障的設(shè)備、部件、元件，從控制邏輯上進(jìn)行優(yōu)化和完善，通過預(yù)先設(shè)置的邏輯措施來避免控制邏輯的失效：j通過增加測點(diǎn)的方法，將單點(diǎn)保護(hù)的邏輯改為信號三取二選擇邏輯；k無法實(shí)現(xiàn)j的，通過對單點(diǎn)信號間的因果關(guān)系研究，加入實(shí)證信號改為二選二邏輯；l無法實(shí)施j和k的但測點(diǎn)信號，通過專題討論，在信號報(bào)警后能夠通過運(yùn)行人員操作、保證設(shè)備安全的前提下可改為報(bào)警；m實(shí)施上述措施的同時(shí)，對進(jìn)入保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)的模擬量信號，合理設(shè)置變化速率保護(hù)、延時(shí)時(shí)間和縮小量程（提高壞值信號剔除作用靈敏性）等故障診斷功能，設(shè)置保護(hù)聯(lián)鎖壞值切除和報(bào)警邏輯，減少或消除因接線松動、干擾信號或設(shè)備故障引起的信號突變而導(dǎo)致控制對象異常動作。

2.2優(yōu)化方案：熱電阻或熱電偶溫度測量元件易受到安裝環(huán)境的影響而發(fā)生斷線、短路、接線松動或接觸不良等故障，大多數(shù)DCS的測點(diǎn)質(zhì)量判斷模塊能有效識別溫度快速變化故障，但對于接線松動和接觸不良或信號干擾等表現(xiàn)為溫度大幅變化的故障，不具有質(zhì)量判斷和切除功能。為了提高壞值信號剔除作用的靈敏性有必要通過縮小量程的方法屏蔽保護(hù)信號的輸出。

具體做法是，在圖1的DQ功能塊內(nèi)，定義限幅報(bào)警“OM”功能為：“TRUE”，并在設(shè)置量程上限“MU”和下限“MD”，上下限的設(shè)置一般為保護(hù)跳閘值的一倍和0℃[2]，當(dāng)溫度超出OM設(shè)定范圍時(shí)，DQ引腳輸出“1”，模擬量輸出AV引腳輸出保持上周期的值，當(dāng)溫度回到OM設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，DQ引腳正常輸出。正常情況下，溫度的變化是一個(gè)緩慢的過程，為了防止保護(hù)誤動，同時(shí)考慮給每一路溫度保護(hù)輸出增加3s的時(shí)間延時(shí)增加信號的可靠性，之后再輸出，見圖3。

3振動大保護(hù)的優(yōu)化

3.1振動大保護(hù)的現(xiàn)狀

汽泵前置泵的推力側(cè)軸承、齒輪箱側(cè)軸承以及汽動給水泵的四個(gè)軸承的16個(gè)振動測點(diǎn)均為出廠默認(rèn)的 “單點(diǎn)保護(hù)”，即在軸瓦的X/Y方向（左右45°）各安裝一個(gè)電渦流傳感器，當(dāng)X/Y方向任一探頭檢測到軸振動值達(dá)到跳機(jī)值而且DQ品質(zhì)判斷正常后動作跳機(jī)見圖4，圖5（以部分振動項(xiàng)目為例）。品質(zhì)判斷引腳內(nèi)只有速率限制，未進(jìn)行限幅“OM”設(shè)置。

3.2標(biāo)準(zhǔn)要求

3.2.1 《GBT 11348.2-2012旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定》[3]要求，為了避免不必要的停機(jī)實(shí)際上通常采用多個(gè)傳感器控制邏輯，并在觸發(fā)機(jī)器自動停機(jī)的任何自控動作之前，規(guī)定一個(gè)時(shí)間延遲，因此，如果收到振動停機(jī)信號，而且至少被兩個(gè)獨(dú)立的傳感器確認(rèn)超過了規(guī)定的有限的延遲時(shí)間才可以觸發(fā)停機(jī)。典型的延遲時(shí)間是1s-3s。為了慎重可以在報(bào)警值和停機(jī)值之間插入第二次報(bào)警，以警示操作人員正在接近停機(jī)值，他們可以采取任何校正措施，避免滿負(fù)荷停機(jī)。

3.2.2電力行業(yè)熱工自動化委員會組織編寫的《火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控》[4]中推薦采用的方案是：設(shè)計(jì)振動保護(hù)邏輯時(shí)，相鄰任一軸承報(bào)警值和本軸承保護(hù)值進(jìn)行“與”邏輯判斷或本軸承的X（Y）報(bào)警值與本軸承的Y（X）跳閘值進(jìn)行“與”邏輯判斷。這個(gè)要求屬于當(dāng)前電廠機(jī)組在硬件和軟件設(shè)計(jì)上均無法實(shí)現(xiàn)軸振動大通過兩個(gè)以上獨(dú)立回路判斷得到跳機(jī)指令情況下的折中方案。

3.3優(yōu)化方案

本臺汽動給水泵軸承較短，考慮采用本軸承品質(zhì)判斷內(nèi)的速率“RL”、“RLT”和限幅“MU”、“MT”限制后的X（Y）報(bào)警值與本軸承品質(zhì)判斷內(nèi)的速率“RL”、“RLT”和限幅“MU”、“MT”限制后的Y（X）跳閘值進(jìn)行“與”邏輯判斷輸出跳閘值，見圖6，優(yōu)化后的軸承振動保護(hù)方案（以部分振動項(xiàng)目為例）。

限幅限制面板設(shè)置方法：若輸入當(dāng)前值A(chǔ)V大于量程上限MU或輸入當(dāng)前值A(chǔ)V小于量程下限MD，則超物理量程標(biāo)志OM輸出1，DQ為TRUE，輸出為抑制，AV值回到物理量程范圍內(nèi)時(shí)DQ自動失效。

速率限制面板設(shè)置方法：一般RL設(shè)置為5，RLT設(shè)為1，ACUT不用勾選，表示每秒鐘變化5時(shí)表示需要進(jìn)行超速率判斷；若本周期采集值A(chǔ)V相比上周期的基準(zhǔn)值變化大于速率報(bào)警限5，則產(chǎn)生速率報(bào)警：RLA=1、RPV為AV變化的差值。當(dāng)有速率報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，RLA=1，超速報(bào)警恢復(fù)有兩種方式：如果RLS=TRUE，超速報(bào)警RLA保持，需要檢修人員通過操作面板（RLR項(xiàng)）手動復(fù)位；如果RLS=FALSE，超速報(bào)警RLA自動恢復(fù)，接下來的每個(gè)周期，判斷是否產(chǎn)生了超速率報(bào)警，本方案RLS勾選為TRUE。只要超速報(bào)警產(chǎn)生（RLA=TRUE），輸出值保持超速前的最后一個(gè)好值，并且DQ置為TRUE。輸出品質(zhì)判斷為抑制狀態(tài)。

考慮到實(shí)際運(yùn)行中同一軸承X、Y向振動同時(shí)大的可能性較小，因此，和報(bào)警值相與的跳閘值應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況摸索一個(gè)較小的值，作為最終的保護(hù)動作值，以減少保護(hù)拒動的可能性。

4結(jié)束語

軸承或軸瓦金屬溫度目前只能在保護(hù)邏輯上做優(yōu)化。建議電渦流傳感器的生產(chǎn)廠家積極開展新產(chǎn)品的研發(fā)工作，能夠根據(jù)新國標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)出一種新傳感器，傳感器的體積可與原來的相同，在該傳感器上設(shè)置兩個(gè)電渦流傳感器或增加另外的非接觸式測量手段，實(shí)現(xiàn)在同一位置有兩種獨(dú)立的測量手段的目的，從根本上解決單點(diǎn)測量的問題。安全生產(chǎn)是電廠工作的重中之重，單臺汽動給水泵的保護(hù)系統(tǒng)也相當(dāng)于主保護(hù)，對汽動給水泵的保護(hù)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化是生產(chǎn)中持續(xù)探索的工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹峰.電力熱控系統(tǒng)故障分析與可靠性控制[M].北京：中國電力出版社，2019：372.

[2] 沈曉群，楊震力.單點(diǎn)溫度保護(hù)系統(tǒng)的容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)[J].熱力發(fā)電，2009，38（09）：83-85.

[3] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 11348.2-2012 旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定（第2部分）[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012：11.

[4] 電力行業(yè)熱工自動化技術(shù)委員會.火電廠熱控系統(tǒng)可靠性配置與事故預(yù)控[M].北京：中國電力出版社，2010：42.

作者簡介：方鋒（1972-），男（漢族），陜西渭南市，陜西榆林能源集團(tuán)橫山煤電有限公司，本科，工程師，主要從事安全管理和電廠自動化技術(shù)研究。

程濤（1983-），男（漢族），陜西商洛市，陜西榆林能源集團(tuán)橫山煤電有限公司，本科，助理工程師，主要從事電廠自動化技術(shù)研究。