M701F燃?xì)廨啓C(jī)BPT溫度保護(hù)邏輯解讀和優(yōu)化

念小文

(中海福建燃?xì)獍l(fā)電有限公司，福建 莆田 351156)

三菱M701F燃?xì)廨啓C(jī)采用干式低氮燃燒器，燃?xì)廨啓C(jī)的周向共有20個(gè)燃燒器，為了防止燃?xì)廨啓C(jī)透平初溫過高或溫度變化趨勢過快損傷燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室和透平葉片，M701F燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)置了20個(gè)葉片通道溫度(blade path temperature，BPT)來監(jiān)測保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)的熱通道部件[1]。在機(jī)組運(yùn)行過程中,如果各個(gè)燃燒器中的燃燒情況不同 ,可能引起燃燒溫度和燃?xì)鉁囟鹊淖兓?經(jīng)過透平葉片后,以一定的滯后角的形式反映到置于透平末級動(dòng)葉后的 BPT 變化上。當(dāng)各 BPT 的分散度達(dá)到一定值,或者某個(gè) BPT 偏差較大時(shí),可以認(rèn)定相應(yīng)的燃燒器存在燃燒不良或者燃燒器損壞的情況[2]。

M701F燃?xì)廨啓C(jī)在控制系統(tǒng)中設(shè)置了報(bào)警、自動(dòng)停機(jī)、機(jī)組跳閘等BPT保護(hù)邏輯。據(jù)了解，由于M701F燃?xì)廨啓C(jī)BPT溫度相關(guān)保護(hù)邏輯不完善，國內(nèi)多家M701F燃?xì)廨啓C(jī)電廠在基建或后期運(yùn)維過程中，發(fā)生BPT溫度保護(hù)誤動(dòng)作情況導(dǎo)致機(jī)組非停。

1 BPT溫度保護(hù)誤動(dòng)作案例

1.1 某電廠BPT 溫度偏差大機(jī)組跳閘

某電廠出現(xiàn) 6號 BPT偏差大導(dǎo)致跳機(jī)事故，事后對 6號 BPT數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，未見異常。但檢查事件順序發(fā)現(xiàn)，當(dāng)日機(jī)組并網(wǎng)后 ,多次出現(xiàn)“6號 BPT超限報(bào)警”，最后一次“6號 BPT超限報(bào)警”復(fù)歸300 s后出現(xiàn)“6號 BPT偏差大跳機(jī)”。檢查發(fā)現(xiàn)，BPT趨勢數(shù)據(jù)取自 TCS(turbine control system)系統(tǒng)，而非 TPS(turbine protection system)系統(tǒng)，且 6號 BPT 數(shù)據(jù)和其他 BPT相比未見異常，基本能夠判斷出 6號 BPT熱電偶本身應(yīng)該沒問題。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)6號 BPT溫度TPS側(cè)溫度回路中間端子箱處連接到信號轉(zhuǎn)換器的接線接觸不良 ,出現(xiàn)“虛接”而導(dǎo)致保護(hù)回路的 6號 BPT數(shù)據(jù)異常，機(jī)組跳閘[2]。

1.2 某電廠BPT 溫度變化趨勢大機(jī)組自動(dòng)停機(jī)

某電廠機(jī)組正常運(yùn)行中，TCS報(bào)“6號 BPT溫度變化趨勢大自動(dòng)停機(jī)”，觸發(fā)機(jī)組自動(dòng)停機(jī)。事后查曲線，發(fā)現(xiàn)6號BPT溫度TCS側(cè)溫度存在異常跳變，跳變時(shí)間持續(xù)約60 s，跳變溫度最低至445 ℃，而TPS側(cè)溫度則顯示正常，為594 ℃。

機(jī)組停運(yùn)后檢查6號BPT溫度元件線路及通道，元件接線端子、中間端子箱接線端子、卡件接線端子均未發(fā)現(xiàn)異常；檢查6號BPT溫度元件本體，發(fā)現(xiàn)6號BPT溫度TCS側(cè)溫度元件存在劣化情況，更換6號BPT溫度元件后，機(jī)組再次啟動(dòng)后機(jī)組未再發(fā)生異常。

2 BPT溫度保護(hù)控制邏輯解讀

2.1 BPT溫度測量回路結(jié)構(gòu)

M701F燃?xì)廨啓C(jī)配置的20支BPT溫度元件為雙支型E分度熱電偶。熱電偶一支送至TCS系統(tǒng)，參與TCS控制和保護(hù)；另一支送至TPS系統(tǒng)，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為2組1～5 V DC電壓信號，分別送至TPS1、TPS2、TPS3。其中TPS1、TPS2并接共用1組，TPS3使用1組。BPT熱電偶接線示意圖如圖1所示。

圖1 BPT熱電偶接線示意圖

2.2 BPT溫度保護(hù)邏輯

M701F燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)在TCS側(cè)和TPS側(cè)分別設(shè)置自動(dòng)停機(jī)(機(jī)組發(fā)自動(dòng)停機(jī)令，按正常速率降負(fù)荷停機(jī))和機(jī)組跳閘BPT保護(hù)相關(guān)邏輯。

2.2.1 TCS側(cè)自動(dòng)停機(jī)邏輯

M701F燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)在TCS側(cè)設(shè)置BPT溫度偏差大和BPT溫度變化趨勢大兩套自動(dòng)停機(jī)保護(hù)邏輯。

(1) BPT溫度偏差大自動(dòng)停機(jī)

N 號BPT溫度偏差大自動(dòng)停機(jī)邏輯為：機(jī)組已并網(wǎng)&N號BPT溫度未超限&【N 號BPT溫度分散度>+25 ℃或<-40 ℃】&【N號任一相鄰BPT溫度分散度>+20 ℃或<-30 ℃，或N號任一相鄰BPT溫度分散度變化率>+1 ℃/min或<-1℃/min】。其中，N 號BPT溫度分散度=N號BPT溫度-20支BPT溫度的平均溫度。邏輯框圖如圖2所示。

圖2 BPT溫度偏差大自動(dòng)停機(jī)邏輯框圖

(2) BPT溫度變化趨勢大自動(dòng)停機(jī)

N 號BPT溫度變化趨勢大自動(dòng)停機(jī)邏輯為：機(jī)組已并網(wǎng)&N號BPT溫度未超限&N 號BPT溫度分散度變化率絕對值大于設(shè)定值&【N 號任一相鄰BPT溫度分散度變化率>+1 ℃/min或<-1 ℃/min】。邏輯框圖如圖3所示。

圖3 BPT溫度變化趨勢大自動(dòng)停機(jī)邏輯框圖

2.2.2 TPS側(cè)機(jī)組跳閘邏輯

M701F燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)在TPS側(cè)設(shè)置BPT溫度偏差大機(jī)組跳閘主保護(hù)邏輯。

N 號BPT溫度偏差大機(jī)組跳閘保護(hù)邏輯為：機(jī)組已并網(wǎng)&N號BPT溫度未超限&【N 號BPT溫度分散度>+30 ℃或<-60 ℃】&【N 號任一相鄰BPT溫度分散度>+20 ℃或<-30 ℃，或N 號任一相鄰BPT溫度分散度變化率>+1 ℃/min或<-1 ℃/min】。邏輯框圖如圖4所示。

圖4 BPT溫度偏差大機(jī)組跳閘邏輯框圖

3 BPT 溫度保護(hù)邏輯存在問題分析

3.1 BPT溫度保護(hù)輔助判據(jù)失去保護(hù)輔助閉鎖作用

從上述邏輯可以看出，BPT溫度自動(dòng)停機(jī)和機(jī)組跳閘保護(hù)邏輯，其輔助判斷條件均含任一相鄰BPT溫度分散度變化率>+1 ℃/min或<-1 ℃/min。在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，該輔助判斷條件存在以下3個(gè)問題：

1) 機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，BPT溫度為變動(dòng)狀態(tài)，BPT溫度分散度變化率常大于1 ℃，導(dǎo)致該輔助判斷條件常為滿足狀態(tài)；同時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況觀察，即使機(jī)組在穩(wěn)定負(fù)荷狀態(tài)，BPT溫度也不是完全不變化的，個(gè)別變化的BPT溫度分散度變化率也會(huì)大于1 ℃，導(dǎo)致BPT溫度保護(hù)輔助判據(jù)為滿足狀態(tài)，失去保護(hù)閉鎖作用。

2) 由于BPT平均溫度為20個(gè)BPT溫度測量值的平均值，當(dāng)單個(gè)BPT溫度異常， BPT溫度變化較大(譬如變化大于20 ℃)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致BPT平均溫度變化超過1 ℃；由于N 號BPT溫度分散度=N 號BPT溫度-20支BPT溫度的平均溫度，該異常BPT溫度元件相鄰BPT溫度分散度變化率>+1 ℃/min或<-1 ℃/min，導(dǎo)致BPT保護(hù)的輔助判據(jù)為滿足狀態(tài)，失去保護(hù)閉鎖作用。

3) 同三菱廠家溝通，輔助判斷條件BPT溫度分散度變化率的設(shè)定值是根據(jù)以前燃燒器損傷實(shí)際案例設(shè)定的，不允許放寬。

3.2 BPT溫度保護(hù)冗余不足

BPT溫度保護(hù)為單點(diǎn)保護(hù)，即單個(gè)BPT溫度測量值達(dá)到保護(hù)設(shè)定值時(shí)即可導(dǎo)致機(jī)組跳閘或機(jī)組自動(dòng)停機(jī)。雖然BPT保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)了BPT溫度故障壞點(diǎn)，溫度超限閉鎖條件，但是在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，BPT溫度回路異常，不是只有BPT溫度故障壞點(diǎn)情況，還存在BPT溫度波動(dòng)的情況。當(dāng)BPT溫度波動(dòng)時(shí)，BPT溫度超限故障壞點(diǎn)閉鎖條件失去保護(hù)閉鎖作用。

實(shí)際運(yùn)行中，單點(diǎn)BPT溫度元件老化異常、回路接線松動(dòng)、信號分配器故障、卡件異常等均有可能導(dǎo)致BPT溫度波動(dòng)，BPT溫度保護(hù)誤動(dòng)作。

4 BPT溫度保護(hù)控制邏輯優(yōu)化方案

4.1 優(yōu)化方案探討

4.1.1 BPT溫度保護(hù)由單點(diǎn)保護(hù)改為冗余保護(hù)

在燃?xì)廨啓C(jī)本體原BPT溫度元件附近增加一個(gè)溫度元件，將BPT溫度保護(hù)由單點(diǎn)保護(hù)改為冗余保護(hù)，該改造方案難度大、工程量大，基本無實(shí)施的可能，故對BPT 溫度保護(hù)邏輯的輔助判據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充優(yōu)化是比較可行的辦法。

4.1.2 增加BPT溫度變化率大邏輯保護(hù)閉鎖

在N號BPT溫度保護(hù)邏輯輔助判據(jù)中，增加N號BPT溫度變化率大輔助判別條件，即當(dāng)N號BPT溫度異常波動(dòng)、跳變時(shí)，N號BPT溫度變化每秒超過多少時(shí)，閉鎖N號BPT溫度保護(hù)邏輯動(dòng)作。

由于機(jī)組正常運(yùn)行中，BPT溫度常為變動(dòng)狀態(tài)，特別機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，BPT溫度變化幅度較大，增加的溫度變化率大輔助判別的變化率設(shè)定值需確定一個(gè)經(jīng)過論證及實(shí)踐驗(yàn)證的合理定值。變化率設(shè)定值太大，可能導(dǎo)致BPT溫度保護(hù)邏輯拒動(dòng)，導(dǎo)致異常時(shí)事故擴(kuò)大；變化率設(shè)定值太小，增加的溫度變化率大邏輯輔助判據(jù)不起作用，失去設(shè)定意義。該變化率需既能判別出溫度異常情況進(jìn)行BPT溫度保護(hù)閉鎖，又需能滿足BPT溫度正常運(yùn)行變化時(shí)，BPT溫度保護(hù)正常投用。

4.1.3 增加TCS系統(tǒng)和TPS系統(tǒng)BPT溫度比對邏輯保護(hù)閉鎖

M701F燃?xì)廨啓C(jī)TCS控制系統(tǒng)采用三菱Diasys Netmation控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用總線形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。TCS系統(tǒng)和TPS系統(tǒng)數(shù)據(jù)可通過總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互傳輸、讀取。而雙支型BPT溫度分別送至TCS系統(tǒng)和TPS系統(tǒng)形成獨(dú)立的、單點(diǎn)的BPT溫度保護(hù)，可通過TCS系統(tǒng)和TPS系統(tǒng)BPT溫度數(shù)據(jù)的相互讀取，進(jìn)行溫度相互比對。作為BPT溫度回路異常時(shí)BPT溫度保護(hù)的輔助判據(jù)，當(dāng)TCS系統(tǒng)和TPS系統(tǒng)BPT溫度偏差大于設(shè)定值時(shí)，閉鎖BPT保護(hù)誤動(dòng)作，避免TCS側(cè)或TPS側(cè)的BPT溫度回路異常導(dǎo)致的BPT保護(hù)誤動(dòng)作。

由于TCS系統(tǒng)和TPS系統(tǒng)BPT溫度來自同一測量點(diǎn)的雙支熱電偶，雙支熱電偶正常溫度偏差均在5 ℃以內(nèi)，同時(shí)溫度元件異常時(shí)導(dǎo)致的溫度變化量正常遠(yuǎn)大于10 ℃。相對于方案4.1.2需確定一個(gè)合理溫度變化率定值，本方案定值容易確定，方案更合理。

4.2 邏輯優(yōu)化方案實(shí)施

4.2.1 TCS側(cè)自動(dòng)停機(jī)邏輯

BPT溫度偏差大自動(dòng)停機(jī)、BPT溫度變化趨勢大自動(dòng)停機(jī)邏輯增加TCS側(cè)和TPS側(cè)BPT溫度偏差大于10 ℃的保護(hù)閉鎖邏輯。

(1) BPT溫度偏差大自動(dòng)停機(jī)

N 號BPT溫度偏差大自動(dòng)停機(jī)邏輯為：機(jī)組已并網(wǎng)&N 號BPT溫度未超限&【N 號BPT溫度分散度>+25 ℃或<-40 ℃】&【N 號任一相鄰BPT溫度分散度>+20 ℃或<-30 ℃，或N 號任一相鄰BPT溫度分散度變化率>+1 ℃/min或<-1 ℃/min】&【N 號TCS側(cè)BPT溫度和N號TPS側(cè)BPT溫度偏差<10 ℃】。邏輯框圖如圖5所示。

圖5 BPT溫度偏差大自動(dòng)停機(jī)邏輯框圖(優(yōu)化后)

(2) BPT溫度變化趨勢大自動(dòng)停機(jī)

N 號BPT溫度變化趨勢大自動(dòng)停機(jī)邏輯為：機(jī)組已并網(wǎng)&N 號BPT溫度未超限&N 號BPT溫度分散度變化率絕對值大于設(shè)定值&【N 號任一相鄰BPT溫度分散度變化率>+1 ℃/min或<-1 ℃/min】&【N 號TCS側(cè)BPT溫度和N號TPS側(cè)BPT溫度偏差<10 ℃】。邏輯框圖如圖6所示。

圖6 BPT溫度變化趨勢大自動(dòng)停機(jī)邏輯框圖(優(yōu)化后)

4.2.2 TPS側(cè)機(jī)組跳閘邏輯

BPT溫度偏差大機(jī)組跳閘邏輯增加TCS側(cè)和TPS側(cè)BPT溫度偏差大于10 ℃的保護(hù)閉鎖邏輯，并且增加機(jī)組并網(wǎng)后，TCS側(cè)和TPS側(cè)BPT溫度偏差大于5 ℃，BPT溫度TCSTPS比對偏差大報(bào)警，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)BPT溫度異常。

N 號BPT溫度偏差大機(jī)組跳閘保護(hù)邏輯為：機(jī)組已并網(wǎng)&N 號BPT溫度未超限&【N 號BPT溫度分散度>+30 ℃或<-60 ℃】&【N 號任一相鄰BPT溫度分散度>+20 ℃或<-30 ℃，或N 號任一相鄰BPT溫度分散度變化率>+1 ℃/min或<-1 ℃/min】&【N 號TCS側(cè)BPT溫度和N號TPS側(cè)BPT溫度偏差<10 ℃】。邏輯框圖如圖7所示。

圖7 BPT溫度偏差大機(jī)組跳閘邏輯框圖(優(yōu)化后)

上述邏輯優(yōu)化涉及TCS、TPS(TPS分為TPS1、TPS2、TPS3)系統(tǒng)20個(gè)BPT溫度保護(hù)邏輯共80張BPT溫度保護(hù)邏輯頁修改，并新增TCS系統(tǒng)和TPS系統(tǒng)之間BPT的溫度通訊信號通訊邏輯頁數(shù)頁。

BPT溫度保護(hù)邏輯優(yōu)化后，模擬BPT溫度異常試驗(yàn)，BPT溫度保護(hù)邏輯動(dòng)作可靠。在實(shí)際運(yùn)行中也多次預(yù)警TCS側(cè)和TPS側(cè)BPT溫度偏差，BPT溫度保護(hù)邏輯優(yōu)化提高了BPT溫度保護(hù)邏輯的可靠性，保障了機(jī)組安全運(yùn)行。

5 結(jié)語

BPT溫度是燃?xì)廨啓C(jī)重要的監(jiān)視、保護(hù)參數(shù)，BPT溫度保護(hù)邏輯的可靠程度直接影響機(jī)組運(yùn)行的可靠性。雖然國內(nèi)多家M701F燃?xì)廨啓C(jī)電廠由于BPT溫度保護(hù)誤動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，但是三菱廠家還是堅(jiān)持只給用戶提供有償?shù)摹嘿F的邏輯改造優(yōu)化方案。通過自行研究、開展邏輯優(yōu)化，保障了機(jī)組運(yùn)行安全，并為公司節(jié)約一筆不菲的改造費(fèi)用。