西門子SGT-4000F 型燃?xì)廨啓C(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)研究

鄭彥豪

（國家電投鄭州燃?xì)獍l(fā)電有限公司，河南 鄭州 450000）

1 燃?xì)廨啓C(jī)保護(hù)系統(tǒng)的工作原理

西門子SGT-4000F 型燃?xì)廨啓C(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的燃機(jī)本體共配置有103 支熱工儀表，燃機(jī)在運(yùn)行期間狀態(tài)是否安全，主要是由上述儀表檢測判斷得出的。通過保護(hù)系統(tǒng)動作使燃機(jī)天然氣進(jìn)氣ESV閥、預(yù)混閥、值班閥等迅速關(guān)閉斷開，進(jìn)而切斷燃機(jī)燃料使得燃機(jī)得以快速停機(jī)，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行過程中，跳機(jī)電磁閥、主氣門ESV閥、預(yù)混閥、值班閥的跳機(jī)電磁閥24 V 主電源都是由SCHLOSSER 系統(tǒng)輸出提供的。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可以將SCHLOSSER 系統(tǒng)看作是一條保護(hù)鏈路，在這個(gè)鏈路中的每個(gè)常閉接點(diǎn)斷開時(shí)，都將會導(dǎo)致機(jī)電磁閥失電，燃料閥門將會迅速關(guān)閉。

設(shè)備運(yùn)行期間，鍋爐保護(hù)、緊急停機(jī)按鈕、電氣保護(hù)、壓氣機(jī)入口門保護(hù)、天然氣泄漏保護(hù)、喘振保護(hù)、火檢保護(hù)、過燃料保護(hù)、超速保護(hù)作為燃機(jī)的重要保護(hù)都是以硬接線方式被直接接入保護(hù)鏈路的。而軸瓦振動、軸瓦溫度、排氣溫度等保護(hù)則是在T3000 控制系統(tǒng)內(nèi)組態(tài)計(jì)算后共同通過一條常閉接點(diǎn)輸出到保護(hù)鏈路之中的。這個(gè)鏈路的電源是由轉(zhuǎn)速超速系統(tǒng)給出的，也就是說在沒有超速發(fā)生的情況下，這個(gè)電源通過的一個(gè)個(gè)常閉接點(diǎn)作為SCHLOSSER 系統(tǒng)輸出給閥門跳機(jī)電磁閥供電。

SCHLOSSER 保護(hù)系統(tǒng)具有兩套獨(dú)立的輸出回路，只有兩條輸出都正常運(yùn)行的情況下，跳機(jī)電磁閥才能得到電源，反之，如果以上任意一點(diǎn)保護(hù)動作發(fā)生時(shí)，常閉接點(diǎn)就將會斷開，掛閘電源會因此而失電，閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)將失去液壓油，閥門在彈簧作用力的影響下將會快速關(guān)閉，切斷燃料供應(yīng)，這樣就可以達(dá)到保護(hù)跳閘的目的。

2 燃?xì)廨啓C(jī)主要保護(hù)系統(tǒng)的功能

燃機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的主要任務(wù)就是對機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行不暢、出現(xiàn)異常情況時(shí)，可以第一時(shí)間采取措施將主燃料閥門關(guān)閉，斷開跳機(jī)，保證機(jī)組的安全，其主要保護(hù)功能包含有以下方面的內(nèi)容。

2.1 超速保護(hù)

燃機(jī)配置有6 支A5S 霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器，安裝于壓氣機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)速測量齒輪的兩側(cè)，通過鎧裝導(dǎo)線電纜計(jì)入測速模塊E1655 進(jìn)行檢測，然后將檢測到的數(shù)據(jù)傳送到T3000 控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)和保護(hù)控制，其中為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性，所有中間接點(diǎn)都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行焊接。安裝的三塊E1655模塊內(nèi)都有兩只彼此獨(dú)立的超速保護(hù)跳閘繼電器，當(dāng)燃機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速超過保護(hù)路閘值3 240 r/min 時(shí)，運(yùn)算處理回路驅(qū)動超速保護(hù)跳閘繼電器Ⅰ和Ⅱ時(shí)，其各自輸出的三副失電跳機(jī)的接點(diǎn)，將會與其余兩塊E1655 內(nèi)的超速保護(hù)跳閘繼電器相同的三副接點(diǎn)以“先與后或”的邏輯關(guān)系共同構(gòu)成了兩條都以“三取二”邏輯方式工作的超速保護(hù)跳閘輸出通道。在設(shè)備具體運(yùn)行過程中，超速保護(hù)系統(tǒng)擁有兩套獨(dú)立的系統(tǒng)[1]。

2.2 緊急停機(jī)按鈕保護(hù)

西門子SGT-4000F 型燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)了5 組急停按鈕，分別位于燃機(jī)罩殼一層?xùn)|北角、西北角。燃機(jī)罩殼二層?xùn)|南角、西南角以及集控室內(nèi)的急停按鈕盤。如果機(jī)組運(yùn)行期間出現(xiàn)異常情況，負(fù)責(zé)機(jī)組運(yùn)行的工作人員可以隨時(shí)手動觸發(fā)跳機(jī)，使得機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

在燃?xì)廨啓C(jī)中，每支按鈕中有兩副常閉節(jié)點(diǎn)，五支按鈕的節(jié)點(diǎn)串聯(lián)在一起，分兩路分別接入硬回路保護(hù)卡的兩個(gè)通道中，機(jī)組運(yùn)行期間，任何一個(gè)按鈕被按下，都將會導(dǎo)致觸發(fā)回路失電的情況出現(xiàn)，因此導(dǎo)致觸發(fā)急停保護(hù)動作跳機(jī)。

2.3 火檢保護(hù)

燃機(jī)設(shè)計(jì)有兩個(gè)火焰檢測器，用于監(jiān)視燃機(jī)燃燒狀態(tài)?；鹧鏅z測器分別安裝于燃機(jī)燃燒室兩側(cè)，火焰檢測器通常是由一個(gè)光學(xué)傳感器裝置和一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器組成的，傳感器裝置將火焰信號通過光纖電纜輸入光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器則會將光信號轉(zhuǎn)換成電子信號發(fā)送到TCS 電子保護(hù)柜內(nèi)的評估裝置上，評估裝置可以評估天然氣火焰的強(qiáng)度，判斷火焰是否處于正常的狀態(tài)。

火焰保護(hù)則主要由以下三條組成：一是發(fā)出ESV 閥打開指令后12 s 內(nèi)兩個(gè)火焰檢測器都沒有檢測到火焰信號，那么就表示點(diǎn)火失敗，需要迅速將燃機(jī)斷開。二是在燃機(jī)運(yùn)行期間，如果兩個(gè)火焰檢測器檢測均為無火焰，那么也需要迅速將燃?xì)鈹嚅_。三是在燃機(jī)停止運(yùn)行后，如果ESV 閥打開指令消失10 s后任意一個(gè)火焰檢測器檢測到有火，則說明反跳現(xiàn)象出現(xiàn)，需要迅速將燃機(jī)斷開。

此外，機(jī)組運(yùn)行期間還可能會出現(xiàn)燃燒室燃燒不穩(wěn)定的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的外在表現(xiàn)為燃燒室內(nèi)壓力增加，頻率范圍內(nèi)的脈動幅值上升。針對這種情況必須要第一時(shí)間予以處理，以便更好地對燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行保護(hù)，可以通過檢查壓力脈動振幅評價(jià)燃燒室燃燒是否處于正常狀態(tài)。如果確實(shí)出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的情況，需要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，如可以通過調(diào)整水閥改變注水量穩(wěn)定燃燒，或者是對燃料量進(jìn)行調(diào)整保證燃燒的穩(wěn)定，以保證燃?xì)廨啓C(jī)有效運(yùn)行。

2.4 喘振保護(hù)

燃機(jī)運(yùn)行期間，喘振顯現(xiàn)對于系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運(yùn)行也是一個(gè)極為致命的危害，喘振是一個(gè)持續(xù)時(shí)間非常短的事件，因此，變送器的響應(yīng)速度和保護(hù)邏輯必須設(shè)計(jì)成為快速反應(yīng)，這樣才能對喘振現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確的評估。西門子通過測量進(jìn)氣管道和壓氣機(jī)入口之間的壓差，然后確定壓氣機(jī)氣流沖擊產(chǎn)生的喘振劇烈程度。在正常的運(yùn)行期間，進(jìn)氣管的壓力往往高于壓氣機(jī)進(jìn)口壓力，而當(dāng)喘振發(fā)生之后，由于倒流現(xiàn)象出現(xiàn)，將會使得產(chǎn)生差壓出現(xiàn)逆向升高的趨勢。

西門子SGT-4000F 型燃?xì)廨啓C(jī)在壓氣機(jī)的五級設(shè)有2 個(gè)防喘氣閥，9 級設(shè)有1 個(gè)防喘放氣閥，防止壓氣機(jī)喘振現(xiàn)象的發(fā)生，并且在壓氣機(jī)入口處設(shè)置有3 個(gè)喘振保護(hù)差壓開關(guān)，用于檢測壓氣機(jī)的喘振情況。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，防喘振保護(hù)一共可以分為以下4 條：一是兩支5 級防喘閥在4 Hz 至39.8 Hz之間關(guān)閉時(shí)，需要中斷燃機(jī)。二是燃機(jī)沖車至47 Hz以上后3 個(gè)在防喘閥都沒有關(guān)閉延時(shí)100 s 后，要實(shí)施停機(jī)保護(hù)，避免設(shè)備出現(xiàn)故障?；蛘呤窃谠O(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，任意一臺防喘閥開啟都會導(dǎo)致保護(hù)停機(jī)現(xiàn)象出行。三是喘振保護(hù)差壓開關(guān)在轉(zhuǎn)速大于42 Hz時(shí)，如果大氣與壓氣機(jī)入口壓差地域3 kPa 則需要中斷燃機(jī)。四是當(dāng)燃機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于42 Hz 時(shí)，TCS系統(tǒng)計(jì)算輸入至SCHLOSSR 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速高于42 Hz信號異常，需要中斷燃機(jī)。

2.5 燃機(jī)排氣溫度保護(hù)

燃機(jī)的溫度保護(hù)主要是通過對排氣溫度的監(jiān)視顯示出來的，由24 根K 分度三支熱電偶在及排氣擴(kuò)散段沿著圓周分布測量，所有熱電偶的B、C 支用于排氣溫度計(jì)算，A 支備用。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)處于正常運(yùn)行的情況下時(shí)，燃燒室及透平的溫度必須要控制在合理的范圍內(nèi)，否則可能會對燃燒室各種部件的強(qiáng)度及使用壽命造成不良影響。排氣溫度保護(hù)送至T3000 軟回路保護(hù)，T3000 軟回路保護(hù)再通過硬接線送至SCH0SSER 系統(tǒng)，排氣溫度保護(hù)包含有以下方面的內(nèi)容：一是如果相鄰3 支熱電偶的B 支和C 支測量信號低于平均值50 ℃時(shí)，機(jī)組進(jìn)入停機(jī)程序。二是如果相鄰4 支熱電偶的B 支和C 支測量信號低于平均值50 ℃時(shí)，或者是任意兩組連續(xù)3 個(gè)點(diǎn)溫度低于平均值50 ℃時(shí)，那么機(jī)組也將會進(jìn)入跳閘程序。三是如果任意2～4 支熱電偶的B 支和C 支同時(shí)超過平均值50 ℃，那么也需要中斷機(jī)組的運(yùn)行。四是如果任意一熱電偶中的B 支和C 支同時(shí)壞掉，也需要將燃?xì)廨啓C(jī)保護(hù)停機(jī)。

2.6 防喘放氣閥的控制與保護(hù)

針對防喘放氣閥的控制與保護(hù)，主要需要從兩個(gè)方面著手：一是要做好防喘閥的開環(huán)控制工作。機(jī)組啟動的初期，為了檢驗(yàn)防喘閥是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一般都會設(shè)置功能測試環(huán)節(jié)，工作人員在對防喘放氣閥進(jìn)行控制和保護(hù)時(shí)，就可以先進(jìn)行功能測試，測試不同轉(zhuǎn)速情況下，機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，防喘放氣閥是否能夠正常運(yùn)行，以便更好地對防喘放氣閥進(jìn)行有效保護(hù)。二是發(fā)揮好防喘放氣閥的保護(hù)功能作用。在對防喘閥進(jìn)行控制和保護(hù)時(shí)，可以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，在燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷運(yùn)行期間，如果有一個(gè)防喘放氣閥沒有關(guān)閉，機(jī)組的負(fù)荷因此自動下降，然后自動停機(jī)，則說明防喘放氣閥的保護(hù)功能作用正常發(fā)揮，反之則說明其保護(hù)功能失效。此外，燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)之后，當(dāng)電網(wǎng)頻率突然下降時(shí)，為了有效地對燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免喘振現(xiàn)象出現(xiàn)，需要立即將所有的防喘放氣閥打開，防止燃?xì)廨啓C(jī)跳閘停機(jī)現(xiàn)象出現(xiàn)。

3 燃機(jī)跳閘分析判斷

燃機(jī)跳閘是其感受到危險(xiǎn)之后的一種應(yīng)急措施。燃?xì)廨啓C(jī)緊急停機(jī)系統(tǒng)由2 個(gè)硬接線跳閘系統(tǒng)組成，每個(gè)硬接線跳閘系統(tǒng)分別監(jiān)控3 個(gè)轉(zhuǎn)速，使得燃機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)能夠安全可靠運(yùn)行。緊急停機(jī)系統(tǒng)都是建立在3 取2 邏輯結(jié)構(gòu)之上的，3 個(gè)監(jiān)控模塊中的每個(gè)監(jiān)控模塊都會對轉(zhuǎn)速進(jìn)行三通道監(jiān)測，并設(shè)計(jì)有硬接線保護(hù)電路，將所有的保護(hù)電路組合在每個(gè)監(jiān)控模塊中，經(jīng)過3 取2 判斷輸出3 個(gè)跳閘回路。跳閘回路包含有火線保護(hù)、FS-AP 跳閘回路、AP 跳閘回路、硬接線跳閘系統(tǒng)、天然氣泄漏檢測和喘振保護(hù)，每個(gè)跳閘回路都需要經(jīng)過3 取2 的邏輯判斷。整個(gè)監(jiān)控模塊通過測試模塊對保護(hù)回路進(jìn)行循環(huán)測試，測試過程中發(fā)現(xiàn)回路故障時(shí)，就會將故障報(bào)警發(fā)送到T3000 報(bào)警系統(tǒng)中。硬接線跳閘系統(tǒng)中的3 個(gè)跳閘回路輸出到閥控回路中，關(guān)閉經(jīng)濟(jì)跳閘閥、預(yù)混閥和值班閥，對閥控回路中跳閘回路和打開指令進(jìn)行了3 取2 判斷，帶電打開，則失電跳閘[2]。

針對燃機(jī)跳閘問題，西門子并沒有像常規(guī)的汽輪機(jī)那樣設(shè)計(jì)首出功能，而是采用獨(dú)立的ADDFFEM SOE 卡件，對相關(guān)問題進(jìn)行分析，該卡件通過全廠主時(shí)鐘光纖單獨(dú)同步時(shí)間，其最快的采集周期只需要花費(fèi)0.1 s 的時(shí)間。當(dāng)在運(yùn)行中燃機(jī)因?yàn)槟硞€(gè)原因遮斷時(shí)候，SOE 卡件就可以迅速對相關(guān)信息進(jìn)行采集，兵器可以將所采集到的信息輸送至T3000的ASD 報(bào)警系統(tǒng)，提前給出預(yù)警提示，負(fù)責(zé)燃機(jī)機(jī)組運(yùn)行的工作人員可以查閱該系統(tǒng)所提供的信息，就能夠快速找出跳機(jī)前的跳機(jī)原因，然后鎖定跳閘故障，并及時(shí)地采取有效措施予以維修。

但是，當(dāng)ADDFEMSOE 卡件出現(xiàn)故障的時(shí)候，需要運(yùn)行或者是熱工人員在T3000 報(bào)表里面查詢跳閘時(shí)刻前后5 s 左右的事件率手段分析判斷，所以這就要求電廠人員對保護(hù)系統(tǒng)組成非常熟悉，這樣才能保證操作的正確性，在平時(shí)機(jī)組停機(jī)時(shí)，可以模擬出發(fā)保護(hù)跳閘，然后檢查并核對ASD 報(bào)警的跳閘原因，并快速有效地解決故障。

4 結(jié)語

要想切實(shí)發(fā)揮西門子SGT-4000F 型燃?xì)廨啓C(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的作用優(yōu)勢，就需要深入地對保護(hù)控制系統(tǒng)的工作原理、保護(hù)功能等進(jìn)行分析，了解跳閘出現(xiàn)的原因，然后結(jié)合機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，科學(xué)合理地應(yīng)用保護(hù)控制系統(tǒng)，發(fā)揮其作用價(jià)值。