三菱M701F4型機組熱控保護改進方案探討

摘要：三菱M701F4型機組作為國際上比較先進成熟的燃機機組，市場占有率頗高，也成為我國近幾年投產最多的燃機機型之一。其控制系統(tǒng)采用三菱重工的Diasys Netmation系列第三代過程控制系統(tǒng)。燃機控制主要由燃機控制系統(tǒng)TCS（Turbine Control System）、燃機保護系統(tǒng)（Turbine Protection System）和高級燃燒壓力波動監(jiān)視系統(tǒng)ACPFM（Advanced Combustion Pressure Fluctuation Monitor）組成。本文主要針對三菱M701F4型機組TPS系統(tǒng)保護存在的不足以及改進方案進行初步分析與討論。

關鍵詞：燃機;M701F4;TPS;TSI;葉片通道溫度;改進方案

1 前言

燃機技術作為現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠，代表了工業(yè)生產的最先進技術，這里面也包括了控制技術。而燃機發(fā)電生產工藝對設備的極致要求必然要求輔以可靠的保護手段，三菱M701F4型機組配套的Diasys Netmation系列控制系統(tǒng)就提供了火焰振動、機組振動、葉片溫度等各種可靠的保護，而且系統(tǒng)在大多數(shù)保護及控制方面都采用了軟件、硬件的多重冗余技術，為機組的健康安全保駕護航。但由于電力生產理念的差異，三菱作為日本的典型工業(yè)巨頭，堅持自己的保護理念，強調保護拒動的嚴重危害，在防保護誤動與拒動的矛盾抉擇中，毫不猶豫的選擇了防拒動的策略，而對防誤動有所輕視，但這就在一定程度上與我們國內的電力生產理念不相符合，國內各類規(guī)范規(guī)程（包括“二十五項反措”）對機組保護都強調杜絕“單點保護”，但梳理M701F4型機組的TPS系統(tǒng)，還存在部分明顯的“單點保護”，對機組的安全穩(wěn)定運行帶來了極大的壓力。

2 保護系統(tǒng)主要誤動風險分析

2.1 TSI保護：包含汽機、燃機的軸瓦振動保護（#1～#8瓦）、軸向位移保護等，TSI內部邏輯基本合理，軸振采用同一個瓦X/Y向同時高于200um保護動作，軸向位移則采取三取二判斷輸出。但在保護輸出回路上，目前系統(tǒng)主要考慮了系統(tǒng)防拒動的可能，基本上是任一環(huán)節(jié)故障都將直接導致機組非停，而TSI系統(tǒng)保護包含的項數(shù)多，環(huán)節(jié)復雜。

通過圖1的示意圖可以看出回路中間的關鍵點之多，圖中左側虛框內的18個端子，假設在運行中任意一個發(fā)生松動，或者TSI繼電器、中間繼電器故障，均將導致機組非停，而這樣的保護有#1～#8瓦軸振總計8套，很顯然，這樣的保護設計完全不能符合我國電力行業(yè)的要求。

2.2葉片通道溫度變化大保護：為了保護熱通道部件和燃燒室燃燒穩(wěn)定，M701F4型燃機設置了20組BPT（葉片通道溫度）溫度測點，并設有葉片通道溫度變化大保護，保護邏輯框圖見圖2。

初看，保護邏輯設計復雜，條件相互印證，似乎不存在單點保護的隱患，然而由于燃機燃燒的特性，即使是在負荷變化不大的情況下，相鄰葉片通道溫度變化趨勢大（圖中虛線框內條件）是一個常態(tài)，該保護實際上在多數(shù)時間里就是一個葉片通道溫度偏差超限的單點保護。

把停機保護依賴于單支熱電偶是十分不可靠的，更何況該保護有20套，而且熱電偶的信號回路有中間端子，還有信號轉換器（見圖3），環(huán)節(jié)多故障點就多，而熱電偶測量回路中，接線松動、接觸不良或線路短路導致溫度測量大幅偏低是常見故障。

3 改進方案探討

由于三菱重工的Diasys Netmation系統(tǒng)是經(jīng)多年發(fā)展起來的成熟系統(tǒng)，其設計十分復雜，且系統(tǒng)設備之間具有特別高的關聯(lián)度，沒有日方的支持，目前還不具備對其保護進行系統(tǒng)改進的條件。我們從實際出發(fā)，以達到提高保護可靠性為基本目標，結合長期從事熱控保護工作的經(jīng)驗，在基本不影響原保護系統(tǒng)框架的前提下，從改造工程的投入以及實施的難度等方面充分考慮，進行了一些積極探索與分析。

3.1針對TSI保護系統(tǒng)單點保護問題，主要從硬件回路著手提出以下改進方案：

由圖4可以看出，改進后的系統(tǒng)除增加1塊TSI繼電器輸出卡，無需其他投入，對TPS系統(tǒng)來講，軟硬件都不需要作出調整，但卻能完全避免單點保護的情況，將保護誤動風險充分分散，且不增加拒動概率，而且改進后的系統(tǒng)更加簡潔明了，去除了中間繼電器，減少了部分中間端子等中間環(huán)節(jié)，極大地提高了保護可靠性。

3.2針對葉片通道溫度變化大保護問題，主要從軟件邏輯方面考慮，引入可靠的證實信號，對熱電偶測量質量加以判斷，見圖5：

由圖3BPT熱電偶接線示意圖可知葉片通道溫度測點為雙支測點，一路進TCS系統(tǒng)供BPT調節(jié)回路和畫面監(jiān)視使用，將此信號與TPS系統(tǒng)信號進行偏差比較，排除測量系統(tǒng)誤差（一般不超過5℃），設10℃的限值，超過此限值可判斷測點故障，暫時閉鎖保護，同時發(fā)出報警提示，采取以上措施后將大幅降低熱電偶測量故障導致的機組非停。

4 結束語

燃機發(fā)電綠色環(huán)保、技術先進，但其核心技術包括控制技術目前均掌握在少數(shù)歐美發(fā)達國家巨頭手中，國內引進消化的任務還任重道遠，我們作為終端用戶，從小處著手，力求實用有效，探討相關改進優(yōu)化方案，希望在提高機組生產安全性的同時，對國內企業(yè)最終消化吸收和研發(fā)燃機技術也能提供一點有益的幫助。

參考文獻：

[1]席亞賓，馬永光.M701F燃氣輪機溫度保護回路優(yōu)化分析.電力建設，2009，第9期.

[2]DIASYS/OVATION控制分冊（上），重慶大學出版社，2014.

作者簡介：莊志旸（1976.03-），漢，男，江蘇寶應人，本科，工程師，江蘇華電揚州發(fā)電有限公司，研究方向：火電熱控