4號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)改造可靠性研究

荊麗萍

摘 要 本文總結(jié)了我廠4號(hào)機(jī)ETS系統(tǒng)改造的原因、改造的方案、改造的過程以及取得的效果，探討了DCS系統(tǒng)在熱工保護(hù)系統(tǒng)中對比PLC控制的優(yōu)越性，對電廠機(jī)組熱工保護(hù)系統(tǒng)的改造具有重要的參考意義，具有較重要的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞 DCS;通道擴(kuò)展;冗余配置

前言

ETS是汽輪機(jī)緊急跳閘保護(hù)系統(tǒng)的簡稱。其功能是：當(dāng)汽輪機(jī)監(jiān)視的重要參數(shù)越限時(shí)，關(guān)閉汽輪機(jī)的主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥，使汽輪機(jī)處于安全狀態(tài)。ETS系統(tǒng)對于保護(hù)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。

1改造機(jī)組概況

華電青島發(fā)電有限公司#4機(jī)組為2006年投產(chǎn)的上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱，凝汽式汽輪機(jī)[1]。

2ETS系統(tǒng)原狀

原#4機(jī)組汽機(jī)保護(hù)控制裝置采用施耐德PLC控制器，該套ETS裝置由上海彭宇科技有限公司進(jìn)行系統(tǒng)集成。該系統(tǒng)控制柜中有一套可編程邏輯控制器（PLC）組件，一個(gè)轉(zhuǎn)速控制箱，其中包括三個(gè)有處理和顯示功能的轉(zhuǎn)速報(bào)警器，一臺(tái)上位機(jī)、一個(gè)交流電源箱，一個(gè)直流電源箱以及位于控制柜背面的輸入輸出端子[2]。

3改造的必要性

原#4機(jī)組汽機(jī)保護(hù)控制裝置采用施耐德PLC控制器，原設(shè)計(jì)配置了很多單點(diǎn)保護(hù)（振動(dòng)大跳閘、DEH失電跳閘等），PLC系統(tǒng)無備用通道擴(kuò)展，底板無備用插槽，擴(kuò)展能力不足，無法增加輸入輸出點(diǎn)實(shí)現(xiàn)冗余。

無法滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中9.4.3 條要求，即所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用‘三取二的邏輯判斷方式，保護(hù)信號(hào)應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對獨(dú)立的原則，確因系統(tǒng)原因測點(diǎn)數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護(hù)誤動(dòng)措施”。

目前ETS硬件及電源配置無法滿足要求，存在較大熱工保護(hù)安全隱患，全面升級(jí)改造具有緊迫性且意義重大[3]。

4改造目的

通過技術(shù)改造，解決ETS控制系統(tǒng)的可靠性問題，完善保護(hù)系統(tǒng)功能，提高機(jī)組安全性。

5改造方案

我廠在解決ETS控制系統(tǒng)不可靠問題的解決方案是優(yōu)選DCS系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)），該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)通道擴(kuò)展、卡件及電源冗余、人機(jī)界面清晰操作方便、系統(tǒng)兼容性強(qiáng)等功能，并且具有使用通用性備品備件的優(yōu)勢，減少了維護(hù)成本費(fèi)用，提高了系統(tǒng)安全可靠性。具體實(shí)施方案如下：

（1）取消原#4機(jī)組汽機(jī)保護(hù)控制裝置所有控制柜硬件模件、配件等，更換為新的控制系統(tǒng)。控制器按冗余配置進(jìn)行設(shè)計(jì)。增加WINDOWS平臺(tái)工程師站1臺(tái)、操作員站一臺(tái)、歷史站一臺(tái)。

（2）原#4機(jī)組汽機(jī)保護(hù)控制裝置就地到控制柜的電纜保留使用，不再重新敷設(shè)。

（3）汽機(jī)保護(hù)控制裝置改造后和DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，所有保護(hù)條件按冗余配置進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（4）#4機(jī)組汽機(jī)保護(hù)控制裝置能通過機(jī)組DCS的操作員站實(shí)時(shí)監(jiān)測，完成保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。通信接口應(yīng)為雙向冗余（包括冗余通信接口模件），冗余的通信接口在任何時(shí)候都應(yīng)同時(shí)工作。其中的任一通信接口故障不對過程監(jiān)控造成影響。數(shù)據(jù)通信可靠并具有快速響應(yīng)/更新時(shí)間（≤1秒）。

（5）改造后汽機(jī)保護(hù)控制裝置配置當(dāng)前市場主流、高性能冗余控制器1對;ETS邏輯保護(hù)開關(guān)量輸入卡件實(shí)現(xiàn)全部三取二冗余配置，更好實(shí)現(xiàn)卡件的分散排列，提高系統(tǒng)安全性;配備ETS開關(guān)量輸出卡件加繼電器，替換原PLC卡件。取消原ETS系統(tǒng)轉(zhuǎn)速箱，改用高性能測速卡3塊。具有保護(hù)系統(tǒng)通道在線試驗(yàn)功能及畫面顯示。改造后每個(gè)卡件備用通道不少于20%，同類型卡件備品不少于在裝卡件的20%（不少于1塊）。

（6）改造后保護(hù)配置如下：①EH油壓低（四取二）;②潤滑油壓低（四取二）;③凝汽器真空低（四取二）;④軸向位移大（四取二）;⑤MFT（三取二）;⑥發(fā)電機(jī)保護(hù)跳閘（三取二）;⑦高排壓力高（三取二）;⑧DEH請求停機(jī)（三取二）;⑨DEH電源全部失去（四取二）;⑩ETS超速（三取二）;?遠(yuǎn)控手動(dòng)跳閘（四取二）;?發(fā)電機(jī)解列（三取二）;?汽機(jī)振動(dòng)大（三取二）;?潤滑油箱油位低（三取二）。

（7）DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用完全冗余配置、合理的分散度和診斷至通道級(jí)的自診斷功能，使其具有高度的可靠性。系統(tǒng)內(nèi)任一組件發(fā)生故障，均不影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。在主控制器失效、網(wǎng)絡(luò)失效、I/O模件失效、信號(hào)失效、端子線頭松動(dòng)、熔絲失效、部分失電的情況下，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮在這些情況下的在線診斷、在線隔離、在線更換、在線修復(fù)、在線更改邏輯、在線復(fù)置、在線服役的安全方法，使修復(fù)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（8）改造項(xiàng)目中提供的分散處理單元、電源模件、通訊卡件及過程I/O卡件全部冗余配置。

（9）改造后的試驗(yàn)電磁閥回路。試驗(yàn)回路繼電器接收DCS邏輯試驗(yàn)指令，驅(qū)動(dòng)AST跳閘繼電器或試驗(yàn)繼電器，跳閘繼電器再驅(qū)動(dòng)110VAC電磁閥動(dòng)作;試驗(yàn)繼電器驅(qū)動(dòng)220VAC電磁閥動(dòng)作。

6新控制系統(tǒng)的調(diào)試

在所有接線安裝工作完成后，開始進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試主要項(xiàng)目有：①檢查電源的正確性與絕緣測量，合格后方可送電。②根據(jù)ETS控制原理圖及端子接線圖逐一檢查每個(gè)I/O接線，直到準(zhǔn)確無誤。③檢查操作面板的狀態(tài)指示燈的正確性。動(dòng)態(tài)調(diào)試主要有：①分步試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在設(shè)備運(yùn)行前由熱控檢修人員與相關(guān)專業(yè)配合，在調(diào)試部協(xié)調(diào)下進(jìn)行連鎖保護(hù)的傳動(dòng)試驗(yàn)及操作交底。②連鎖、保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，各條件必須在就地滿足，以保證設(shè)備的安全保護(hù)功能可靠。③對在試運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，做好記錄，并及時(shí)解決。

7結(jié)束語

該項(xiàng)改造后，ETS保護(hù)實(shí)現(xiàn)DCS控制，管理集中分散度強(qiáng)冗余配置，功能更為強(qiáng)大，可靠性大幅提升，汽機(jī)保護(hù)以CRT為中心進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)測，運(yùn)行人員可以在DCS系統(tǒng)在線運(yùn)行畫面上進(jìn)行監(jiān)視操作或在線試驗(yàn)，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了控制水平，汽機(jī)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)接入DCS系統(tǒng)SOE事故追憶，在機(jī)組故障時(shí)為運(yùn)行人員準(zhǔn)確快速處理事故合事故的分析提供了重要依據(jù)，有利于汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證了發(fā)電企業(yè)安全生產(chǎn)的可控在控。

參考文獻(xiàn)

[1] 華電青島發(fā)電有限公司4號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)改造技術(shù)協(xié)議.

[2] 新華過程控制公司軟硬件資料.

[3] Q/113-104.05-2014.華電青島發(fā)電有限公司300MW熱工檢修規(guī)程[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.