防止汽輪機(jī)溫度損壞誤跳機(jī)的方法研究及應(yīng)用

張中生

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東 湛江 524033）

余熱發(fā)電汽輪發(fā)電機(jī)組是利用煉焦過程中余熱輸送給鍋爐，產(chǎn)生溫度550℃、壓力10MPa 的高溫高壓蒸汽作為源動(dòng)能。其既能降低鋼鐵生產(chǎn)的總成本費(fèi)用，又能從紅焦中回收熱能產(chǎn)生蒸汽獲得直接經(jīng)濟(jì)效益[1]。

自2015 年12 月2#汽輪機(jī)投運(yùn)以來，間斷性發(fā)生過三次由于汽輪機(jī)本體溫度檢測值錯(cuò)誤導(dǎo)致的聯(lián)鎖誤動(dòng)作跳機(jī)事故，總共造成經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)25 萬元；同時(shí)，由于負(fù)荷高，逆功率保護(hù)多次動(dòng)作，超速現(xiàn)象也伴隨出現(xiàn)，對汽輪機(jī)壽命及安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大影響。

經(jīng)過現(xiàn)場環(huán)境分析、聯(lián)鎖邏輯梳理、以及檢測回路硬件檢查，總結(jié)出以下幾個(gè)原因：①由于此汽輪機(jī)為高溫高壓機(jī)組，工況復(fù)雜，現(xiàn)場環(huán)境溫度高、振動(dòng)較大，接線端子箱接線分布較密，不易點(diǎn)檢，長時(shí)間運(yùn)行易磨損損壞；②對邏輯聯(lián)鎖梳理后發(fā)現(xiàn)，此汽輪機(jī)溫度探頭多，且均為單點(diǎn)觸發(fā)聯(lián)鎖跳機(jī)，存在很大不合理；③對檢測回路檢查發(fā)現(xiàn)，溫度變送器硬件設(shè)置不全，對斷線、短路等故障輸出未進(jìn)行設(shè)置。

1 汽輪機(jī)本體溫度探頭安裝分布及原始聯(lián)鎖邏輯簡介

此汽輪機(jī)本體聯(lián)鎖條件含：轉(zhuǎn)速、軸位移、振動(dòng)、溫度、脹差五部分；其控制系統(tǒng)分散：溫度信號(hào)傳送至霍尼韋爾DCS 系統(tǒng)判斷聯(lián)鎖保護(hù)；振動(dòng)、位移、脹差信號(hào)送至ETS（緊急遮斷系統(tǒng)）柜，經(jīng)本特利3500 進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)；而轉(zhuǎn)速信號(hào)則主要送至電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制及超速保護(hù)聯(lián)鎖。

汽輪機(jī)共有五個(gè)支撐軸瓦（含勵(lì)磁末端），均配置有瓦溫及油溫檢測，而且在一瓦前端有定位推理瓦及工作推力瓦，為檢測其瓦塊狀態(tài)，分別設(shè)置了12 個(gè)溫度探頭（定位推力瓦2 個(gè)，工作推力瓦10 個(gè)）。

原始軟件聯(lián)鎖邏輯中，瓦溫僅作為顯示，回油溫度采取了“或”的邏輯參與聯(lián)鎖，此邏輯造成因單傳感器損壞而“誤動(dòng)作”的可能性極大。

2 汽輪機(jī)聯(lián)鎖誤動(dòng)作跳機(jī)原因分析

在發(fā)生因溫度檢測探頭損壞導(dǎo)致汽輪機(jī)聯(lián)鎖誤動(dòng)作跳機(jī)事件后，從汽輪機(jī)軟件聯(lián)鎖邏輯、硬件選型、溫度變送器設(shè)置多方面出發(fā)，對現(xiàn)場情況進(jìn)行了綜合分析，分析原因如下：

（1）由于溫度探頭使用于汽輪機(jī)軸瓦中，設(shè)計(jì)溫度安裝孔本身較小，因此探頭及接線直徑較細(xì)，易損壞，同時(shí)，接線端子箱位于汽輪機(jī)本體上，由于機(jī)組為高溫高壓機(jī)組，接線箱較小，走線密集，現(xiàn)場振動(dòng)大等原因，造成點(diǎn)檢不便，易發(fā)生端子松動(dòng)及傳感器信號(hào)線斷裂。

（2）通過溫度檢測回路分析，熱電阻溫度電阻信號(hào)發(fā)送到控制室DCS 機(jī)柜，通過MINI

MCR-SL-PT100-UI-NC 型溫度變送器轉(zhuǎn)換后傳送到CPU 進(jìn)行控制、檢測，此變送器是可通過撥碼開關(guān)進(jìn)行設(shè)置異常情況（斷線、短路等）下輸出電流為最低，由于機(jī)組溫度高高時(shí)才跳機(jī)，因此，此設(shè)置可有效避免溫度探頭損壞而導(dǎo)致誤動(dòng)作；由于設(shè)置不當(dāng)，易造成機(jī)組聯(lián)鎖誤動(dòng)作。

（3）軟件聯(lián)鎖考慮不全，對機(jī)組相關(guān)的聯(lián)鎖條件未根據(jù)工藝進(jìn)行正確組態(tài)，單點(diǎn)跳機(jī)邏輯易造成因檢測探頭損壞而誤動(dòng)作跳機(jī)，對機(jī)組完全運(yùn)行存在極大隱患。

3 避免誤動(dòng)作的方法研究及應(yīng)用

經(jīng)從現(xiàn)場硬件配置、軟件聯(lián)鎖條件進(jìn)行原因分析后，為避免此類事件再次發(fā)生，針對分析出的原因探索出了以下方法并應(yīng)用。

3.1 傳感器信號(hào)線細(xì)，易損壞；接線端子箱振動(dòng)大，接線松動(dòng)

針對此原因，采取將傳感器信號(hào)線盡量放大來解決，不僅需要耐磨，而且還需要能夠方便于端子接線，防松動(dòng)，即信號(hào)線直徑應(yīng)大一些；但又應(yīng)考慮現(xiàn)場安裝，走線空間，最終通過選型，找到一種比此類傳感器信號(hào)線大出1mm 的設(shè)備，不僅能夠滿足現(xiàn)場應(yīng)用條件，同時(shí)也能減小損壞概率。

另外，針對接線端子因振動(dòng)大，松動(dòng)問題也因接線直徑放大而得到緩解。

3.2 溫度變送器硬件設(shè)置

溫度檢測回路溫度變送器為MINIMCR-SL-PT100-UI-NC 型溫度變送器，經(jīng)查詢資料，發(fā)現(xiàn)其可通過撥碼開關(guān)進(jìn)行故障狀態(tài)檢測輸出值的設(shè)定，因此，我們通過對溫度變送器的組態(tài)，使溫度變送器在接收到短路、斷路、接地等熱電阻信號(hào)時(shí)溫度變送器輸出最低值，由于我們溫度聯(lián)鎖為高高聯(lián)鎖，所以在熱電阻故障時(shí)輸出最低值不會(huì)觸發(fā)聯(lián)鎖。

3.3 軟件聯(lián)鎖梳理及完善

通過梳理完成的原軟件聯(lián)鎖清單，可發(fā)現(xiàn)其多為單點(diǎn)聯(lián)鎖跳機(jī)，結(jié)合現(xiàn)場工況：高溫高壓，且振動(dòng)大等情況，均增大了溫度傳感器損壞的概率，因此，為降低汽輪機(jī)誤動(dòng)作的可能性，必須對軟件進(jìn)行優(yōu)化[2,3]。

經(jīng)對汽輪機(jī)各瓦溫、油溫溫度探頭安裝位置分布，及原軟件邏輯條件梳理完成后，以汽輪機(jī)保護(hù)為首要目標(biāo)，其次結(jié)合目前溫度安裝位置、降低誤動(dòng)作概率，盡量采取冗余模式進(jìn)行組態(tài)；具體如下：

3.3.1 工作推力瓦、定位推力瓦回油溫度軟件聯(lián)鎖邏輯優(yōu)化

工作推力瓦、定位推力瓦已分別安裝兩個(gè)溫度探頭，且安裝位置相近，檢測目的一致，因此，其邏輯組態(tài)不應(yīng)為“或”，應(yīng)該為“與”；為強(qiáng)化避免傳感器由于干擾或者損壞造成誤動(dòng)作，在邏輯中加入2s 延時(shí)；

3.3.2 各軸瓦回油溫度聯(lián)鎖

為防止由于潤滑油經(jīng)油冷卻器冷卻后未達(dá)到機(jī)組運(yùn)行需求，對軸瓦降溫、潤滑效果帶來影響，原軟件邏輯也采取了“或”邏輯，但通過現(xiàn)場查看，所有潤滑油均經(jīng)過同一冷卻器冷卻后對各軸瓦進(jìn)行油冷卻及潤滑，因此，若油冷卻器冷卻效果不佳，各軸回油溫度均會(huì)上升，為了更好保護(hù)機(jī)組運(yùn)行，在優(yōu)化時(shí)加入“5選3”邏輯，既可以保護(hù)汽輪機(jī)，也能很好降低由于溫度損壞造成誤動(dòng)作的概率。

圖1 軸瓦回油溫度邏輯聯(lián)鎖

3.3.3 各瓦瓦溫充分利用

原軟件聯(lián)鎖未對各軸承瓦溫進(jìn)行考慮，只將各瓦回油溫度進(jìn)行邏輯“或”聯(lián)鎖，在3.3.2 中，考慮到油冷卻器冷卻效果不佳及溫度探頭損壞問題，但未考慮到各軸承單瓦實(shí)際溫度高保護(hù)問題，因此，對于各軸單瓦溫度高情況，經(jīng)分析，可與各軸瓦溫進(jìn)行聯(lián)鎖：當(dāng)實(shí)際瓦溫高時(shí)，其油溫也必然會(huì)高，因此，做出以下優(yōu)化邏輯：

圖2 各軸瓦溫、油溫邏輯聯(lián)鎖

3.3.4 定位推力瓦、工作推力瓦溫度聯(lián)鎖邏輯完善

從工藝及汽輪機(jī)運(yùn)行工況可知，在正常運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)會(huì)被蒸汽推向發(fā)電機(jī)側(cè)，即推力盤死靠工作推力瓦面工作，但由于氣缸、轉(zhuǎn)子相互膨脹，也有可能轉(zhuǎn)子推力盤靠近定位推力瓦面工作，因此為了防止工作推力瓦、定位推力瓦巴氏合金被嚴(yán)重磨損，應(yīng)對其進(jìn)行保護(hù)；也是通過溫度檢測探頭進(jìn)行觀察，而原程序未將其考慮聯(lián)鎖，僅作為顯示，這是不合理的，經(jīng)充分考慮后，決定對其進(jìn)行完善。

圖3 工作推力瓦、定位推力瓦軟件邏輯聯(lián)鎖

4 結(jié)語

針對汽輪機(jī)因溫度探頭損壞，時(shí)常發(fā)生軟件聯(lián)鎖誤動(dòng)作情況，應(yīng)從現(xiàn)場設(shè)備選型、安裝、硬件設(shè)置、軟件聯(lián)鎖等多方面考慮，綜合完善才能降低誤動(dòng)作發(fā)生的概率，主要方法還是需要對關(guān)鍵聯(lián)鎖點(diǎn)進(jìn)行冗余配置，這樣才能在軟件聯(lián)鎖中進(jìn)行冗余組態(tài)，也可通過硬件組態(tài)降低誤動(dòng)作概率，如：加裝可設(shè)置故障時(shí)信號(hào)固定輸出裝置等。上述完善工作已完成進(jìn)半年，未因溫度損壞造成機(jī)組跳機(jī)事件發(fā)生。

但是，在對聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行改動(dòng)時(shí)一定要慎重，最重要的原則，是要保證當(dāng)意外發(fā)生時(shí)確保聯(lián)鎖能正確動(dòng)作，保證裝置的安全停車，這樣才能最大限度地保證聯(lián)鎖邏輯有效。

通過溫度損壞誤動(dòng)作處理，下一步將對重要聯(lián)鎖保護(hù)點(diǎn)進(jìn)行梳理：脹差、軸位移、轉(zhuǎn)速、凝汽器液位計(jì)等，目前也完成脹差、凝汽器液位計(jì)冗余配置；有效防止了因儀表檢測探頭損壞造成誤動(dòng)作的概率，保證了汽輪機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。