600 MW超臨界機(jī)組ETS系統(tǒng)研究與應(yīng)用

揭其良 郭軼娜 紀(jì)斯宇 孫 哲 韓國(guó)安

（1.華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江杭州310030；2.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧沈陽(yáng)110003）

0 引言

汽輪機(jī)主保護(hù)系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的重要組成部分，為大型機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠保證[1]。華電某電廠2×600 MW超臨界機(jī)組ETS緊急跳閘系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)，由哈爾濱汽輪機(jī)廠配套供貨。整套裝置采用冗余控制方式[2]：首先，由UPS電源和保安段雙電源供電，以確保供電可靠性；其次，跳閘邏輯為雙套設(shè)計(jì)，以確保汽輪機(jī)主保護(hù)的可靠性；再次，跳閘試驗(yàn)回路也劃分為A側(cè)與B側(cè)兩部分，以確保所設(shè)試驗(yàn)項(xiàng)目能夠在線進(jìn)行，即一側(cè)保護(hù)項(xiàng)目在做跳閘試驗(yàn)時(shí)，檢查相關(guān)保護(hù)選項(xiàng)能否正常動(dòng)作，但試驗(yàn)本身并不引起實(shí)際停機(jī)，另一側(cè)保護(hù)邏輯仍在正常工作狀態(tài)。在線試驗(yàn)既不會(huì)影響ETS系統(tǒng)的正常停機(jī)功能，又能分項(xiàng)在線測(cè)試保護(hù)功能。ETS系統(tǒng)的各項(xiàng)保護(hù)動(dòng)作結(jié)果就是斷開(kāi)4個(gè)AST電磁閥的電源，泄掉保安油壓，實(shí)現(xiàn)停機(jī)[3]。

1 ETS裝置結(jié)構(gòu)

ETS裝置集成于一個(gè)控制柜中，從正面看，主要分4個(gè)部分：由上至下依次為電源、操作面板、PLC框架A和PLC框架B；從背面看，左側(cè)上半部分是信號(hào)輸入端子，下半部分是電源端子，右側(cè)是輸出繼電器。電源框架裝有2個(gè)24 V電源模塊，2個(gè)電源模塊分別由AC220 V UPS電源和AC220 V保安電源供電，2路電源分別由各自的電源開(kāi)關(guān)控制，只要有一個(gè)24 V電源模塊正常工作，即可滿足ETS裝置的正常工作需求。PLC框架A和PLC框架B裝有同樣的控制模塊，是2個(gè)互相冗余的控制系統(tǒng)，ETS的控制邏輯就裝在這兩個(gè)相同的控制系統(tǒng)中，采用雙系統(tǒng)的目的是提高汽輪機(jī)主保護(hù)的可靠性。操作面板上主要設(shè)有光子牌、操作按鈕和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。ETS系統(tǒng)形成的停機(jī)或試驗(yàn)指令通過(guò)輸出繼電器驅(qū)動(dòng)AST電磁閥或相應(yīng)的試驗(yàn)電磁閥，實(shí)現(xiàn)停機(jī)或完成所做的試驗(yàn)。汽輪機(jī)跳閘信號(hào)通過(guò)繼電器送到SOE畫(huà)面顯示。

2 ETS系統(tǒng)在線試驗(yàn)

2.1 跳閘功能塊的工作原理

跳閘功能塊實(shí)際是一個(gè)電磁閥組，安裝在汽輪機(jī)機(jī)頭的右側(cè)，一共設(shè)有6個(gè)DC220 V電磁閥，其中2個(gè)是OPC電磁閥，4個(gè)是AST電磁閥。OPC電磁閥在正常工況下處于失磁狀態(tài)，當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)3 090 r/min時(shí)，OPC電磁閥勵(lì)磁，瞬間關(guān)斷調(diào)節(jié)汽門(mén)，防止汽機(jī)超速。而AST電磁閥在正常情況下是勵(lì)磁狀態(tài)，泄油回路被關(guān)斷，建立保安油壓，使主汽門(mén)和調(diào)節(jié)汽門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)。一旦汽機(jī)保護(hù)動(dòng)作或直流220 V電源消失，4個(gè)AST電磁閥就會(huì)同時(shí)失磁，開(kāi)通泄油回路，泄掉保安油壓，關(guān)斷所有主汽門(mén)和調(diào)節(jié)汽門(mén)，實(shí)現(xiàn)安全停機(jī)。

2.2 在線試驗(yàn)方法

汽輪機(jī)主保護(hù)系統(tǒng)的在線試驗(yàn)是指機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行的試驗(yàn)，目的是檢查保護(hù)系統(tǒng)是否工作正常，實(shí)質(zhì)上就是檢查4個(gè)AST電磁閥能否正常控制泄油回路。在停機(jī)情況下，可以強(qiáng)制某一個(gè)保護(hù)信號(hào)使得4個(gè)AST電磁閥動(dòng)作，讓汽機(jī)實(shí)際跳閘。但在線試驗(yàn)要求：既要檢查AST電磁閥工作正常與否，又不能造成錯(cuò)誤停機(jī)。為此，在跳閘功能塊中設(shè)置了2個(gè)節(jié)流孔J1和J2，并外接了2個(gè)壓力開(kāi)關(guān)K1和K2。P1點(diǎn)壓力為14.2 MPa左右，經(jīng)節(jié)流孔J1和J2節(jié)流使P2點(diǎn)壓力控制在7.1 MPa左右，2個(gè)壓力開(kāi)關(guān)的設(shè)定值是K1≥10.3 MPa，K2≤5.2 MPa。

為了實(shí)現(xiàn)在線試驗(yàn)?zāi)康?，?個(gè)AST電磁閥分成“AST1、AST3試驗(yàn)”和“AST2、AST4試驗(yàn)”兩組，分別進(jìn)行試驗(yàn)：

當(dāng)進(jìn)行“AST1、AST3 試驗(yàn)”時(shí)，20-1/AST、20-3/AST 動(dòng)作，P2點(diǎn)壓力變?yōu)?4.2 MPa，壓力開(kāi)關(guān)K1動(dòng)作，ETS機(jī)柜操作面板上的“ASP-1＞10.3 MPa”光字牌點(diǎn)亮，表示A側(cè)試驗(yàn)正常；當(dāng)進(jìn)行“AST2、AST4試驗(yàn)”時(shí)，20-2/AST、20-4/AST動(dòng)作，P2點(diǎn)壓力變?yōu)? MPa，壓力開(kāi)關(guān)K2動(dòng)作，ETS機(jī)柜操作面板上的“ASP-2＜5.2 MPa”光字牌點(diǎn)亮，表示B側(cè)試驗(yàn)正常。在線試驗(yàn)時(shí)，雖然P2點(diǎn)油壓隨試驗(yàn)變化，但由于節(jié)流孔J1和J2的作用，P1點(diǎn)油壓只有少量變化，并不會(huì)引起停機(jī)。

2.3 在線試驗(yàn)項(xiàng)目

機(jī)組停機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目共有18項(xiàng)，但并不是所有項(xiàng)目都要進(jìn)行在線試驗(yàn)。因?yàn)樵囼?yàn)的主要目的是檢驗(yàn)AST電磁閥是否工作正常，所以有一兩個(gè)試驗(yàn)選項(xiàng)就能滿足要求。本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了3個(gè)在線試驗(yàn)項(xiàng)目，分別是EH油壓力低、潤(rùn)滑油壓力低和真空低。因?yàn)檫@3個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的保護(hù)信號(hào)通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)或真空開(kāi)關(guān)傳送，進(jìn)行這3項(xiàng)試驗(yàn)不僅可以檢驗(yàn)AST電磁閥，而且檢驗(yàn)了這些壓力開(kāi)關(guān)及真空開(kāi)關(guān)定值的精確性和保護(hù)動(dòng)作的可靠性。它們都有各自的試驗(yàn)功能塊，3種試驗(yàn)功能塊的工作原理基本相同。無(wú)論采用就地試驗(yàn)還是遠(yuǎn)方試驗(yàn)，都要嚴(yán)格按在線試驗(yàn)的步驟進(jìn)行，以防造成誤停機(jī)。

2.4 在線試驗(yàn)步驟

在線試驗(yàn)必須遵守單側(cè)單獨(dú)進(jìn)行的原則，否則會(huì)造成誤停機(jī)。尤其是就地手動(dòng)試驗(yàn)，一定要格外小心。正常的在線試驗(yàn)步驟如下：（1）將功能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)右旋至“在線試驗(yàn)”位置。（2）按下“AST1、AST3試驗(yàn)”或“AST2、AST4試驗(yàn)”帶燈按鈕，以上兩個(gè)按鈕是互為閉鎖的，先按下的有效，按鈕燈點(diǎn)亮，后按下的無(wú)效，按鈕燈不亮。閉鎖的目的是防止2個(gè)通道同時(shí)操作造成誤停機(jī)，當(dāng)然，正確的操作只能是任選其一。（3）如果第2步選定了“AST1、AST3試驗(yàn)”，則選按A側(cè)3項(xiàng)試驗(yàn)中的一個(gè)按鈕進(jìn)行試驗(yàn)，此時(shí)，按B側(cè)的3個(gè)試驗(yàn)按鈕無(wú)效。例如按下“A側(cè)EH油壓力低”按鈕，該按鈕燈會(huì)點(diǎn)亮；隨后，光字牌“EH油壓低1”“ASP-1＞10.3 MPa”會(huì)亮起，表示該項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果正常。（4）如果第2步選定了“AST2、AST4試驗(yàn)”，則選按B側(cè)3項(xiàng)試驗(yàn)中的一個(gè)按鈕進(jìn)行試驗(yàn)，此時(shí)，按A側(cè)的3個(gè)試驗(yàn)按鈕無(wú)效。例如按下“B側(cè)真空低”按鈕，該按鈕燈會(huì)點(diǎn)亮；隨后光字牌“真空低2”“真空低4”“ASP-2＜5.2 MPa”會(huì)亮起，表示該項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果正常。（5）按下“復(fù)位”按鈕，恢復(fù)光字牌的報(bào)警信號(hào)。（6）重復(fù)2至5步，完成其他試驗(yàn)項(xiàng)目。（7）將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋回到“運(yùn)行”位置，結(jié)束試驗(yàn)。

3 靜態(tài)調(diào)試

在機(jī)組靜態(tài)調(diào)試過(guò)程中，主要開(kāi)展以下工作：

（1）會(huì)同熱控安裝人員檢查、更正電纜接線。（2）檢測(cè)ETS機(jī)柜電源回路的絕緣，給機(jī)柜送電。（3）測(cè)量各等級(jí)電壓，并為ETS系統(tǒng)送電。（4）會(huì)同安裝公司單體調(diào)試人員對(duì)ETS系統(tǒng)的全部I/O信號(hào)逐個(gè)進(jìn)行傳送，確保信號(hào)傳送準(zhǔn)確、保護(hù)設(shè)備動(dòng)作可靠。（5）配合汽機(jī)專(zhuān)業(yè)調(diào)試人員對(duì)全部保護(hù)項(xiàng)目一一進(jìn)行模擬或?qū)嶋H操作試驗(yàn)。（6）配合汽機(jī)、鍋爐、電氣專(zhuān)業(yè)調(diào)試人員進(jìn)行機(jī)爐電大聯(lián)鎖試驗(yàn)。經(jīng)反復(fù)調(diào)整試驗(yàn)，靜態(tài)調(diào)試使ETS系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為機(jī)組安全啟動(dòng)準(zhǔn)備了條件。

4 動(dòng)態(tài)投運(yùn)

在機(jī)組投運(yùn)過(guò)程中，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際工況，全部保護(hù)相繼投入運(yùn)行。在機(jī)組初次投運(yùn)時(shí)，實(shí)際做了“手動(dòng)停機(jī)”“超速”等試驗(yàn)。同時(shí)，也做了“在線保護(hù)試驗(yàn)”，試驗(yàn)結(jié)果正常。

5 結(jié)語(yǔ)

本機(jī)組在試運(yùn)期間，經(jīng)歷了很多次啟、停，不止一次地出現(xiàn)過(guò)汽輪機(jī)主保護(hù)動(dòng)作，結(jié)果非常準(zhǔn)確、可靠?？梢?jiàn)，ETS系統(tǒng)能夠滿足機(jī)組安全運(yùn)行需要。本系統(tǒng)的缺點(diǎn)是監(jiān)視和操作不方便，因?yàn)樵诓僮鲉TDAS系統(tǒng)上位機(jī)上沒(méi)有監(jiān)視畫(huà)面[4]，也沒(méi)有任何操作手段，不能隨時(shí)觀察保護(hù)系統(tǒng)的工作現(xiàn)狀及保護(hù)項(xiàng)目的投入或切除狀態(tài)。汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)的各項(xiàng)保護(hù)投切，需要對(duì)照?qǐng)D紙認(rèn)真查找和核對(duì)，過(guò)程十分麻煩，而且容易造成誤操作。最理想的解決辦法就是將ETS系統(tǒng)升級(jí)改造，與DCS、DEH系統(tǒng)融為一體。