三菱M701F4型機(jī)組熱控保護(hù)改進(jìn)方案探討

摘要：三菱M701F4型機(jī)組作為國(guó)際上比較先進(jìn)成熟的燃機(jī)機(jī)組，市場(chǎng)占有率頗高，也成為我國(guó)近幾年投產(chǎn)最多的燃機(jī)機(jī)型之一。其控制系統(tǒng)采用三菱重工的Diasys Netmation系列第三代過(guò)程控制系統(tǒng)。燃機(jī)控制主要由燃機(jī)控制系統(tǒng)TCS（Turbine Control System）、燃機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（Turbine Protection System）和高級(jí)燃燒壓力波動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)ACPFM（Advanced Combustion Pressure Fluctuation Monitor）組成。本文主要針對(duì)三菱M701F4型機(jī)組TPS系統(tǒng)保護(hù)存在的不足以及改進(jìn)方案進(jìn)行初步分析與討論。

關(guān)鍵詞：燃機(jī);M701F4;TPS;TSI;葉片通道溫度;改進(jìn)方案

1 前言

燃機(jī)技術(shù)作為現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠，代表了工業(yè)生產(chǎn)的最先進(jìn)技術(shù)，這里面也包括了控制技術(shù)。而燃機(jī)發(fā)電生產(chǎn)工藝對(duì)設(shè)備的極致要求必然要求輔以可靠的保護(hù)手段，三菱M701F4型機(jī)組配套的Diasys Netmation系列控制系統(tǒng)就提供了火焰振動(dòng)、機(jī)組振動(dòng)、葉片溫度等各種可靠的保護(hù)，而且系統(tǒng)在大多數(shù)保護(hù)及控制方面都采用了軟件、硬件的多重冗余技術(shù)，為機(jī)組的健康安全保駕護(hù)航。但由于電力生產(chǎn)理念的差異，三菱作為日本的典型工業(yè)巨頭，堅(jiān)持自己的保護(hù)理念，強(qiáng)調(diào)保護(hù)拒動(dòng)的嚴(yán)重危害，在防保護(hù)誤動(dòng)與拒動(dòng)的矛盾抉擇中，毫不猶豫的選擇了防拒動(dòng)的策略，而對(duì)防誤動(dòng)有所輕視，但這就在一定程度上與我們國(guó)內(nèi)的電力生產(chǎn)理念不相符合，國(guó)內(nèi)各類規(guī)范規(guī)程（包括“二十五項(xiàng)反措”）對(duì)機(jī)組保護(hù)都強(qiáng)調(diào)杜絕“單點(diǎn)保護(hù)”，但梳理M701F4型機(jī)組的TPS系統(tǒng)，還存在部分明顯的“單點(diǎn)保護(hù)”，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了極大的壓力。

2 保護(hù)系統(tǒng)主要誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 TSI保護(hù)：包含汽機(jī)、燃機(jī)的軸瓦振動(dòng)保護(hù)（#1～#8瓦）、軸向位移保護(hù)等，TSI內(nèi)部邏輯基本合理，軸振采用同一個(gè)瓦X/Y向同時(shí)高于200um保護(hù)動(dòng)作，軸向位移則采取三取二判斷輸出。但在保護(hù)輸出回路上，目前系統(tǒng)主要考慮了系統(tǒng)防拒動(dòng)的可能，基本上是任一環(huán)節(jié)故障都將直接導(dǎo)致機(jī)組非停，而TSI系統(tǒng)保護(hù)包含的項(xiàng)數(shù)多，環(huán)節(jié)復(fù)雜。

通過(guò)圖1的示意圖可以看出回路中間的關(guān)鍵點(diǎn)之多，圖中左側(cè)虛框內(nèi)的18個(gè)端子，假設(shè)在運(yùn)行中任意一個(gè)發(fā)生松動(dòng)，或者TSI繼電器、中間繼電器故障，均將導(dǎo)致機(jī)組非停，而這樣的保護(hù)有#1～#8瓦軸振總計(jì)8套，很顯然，這樣的保護(hù)設(shè)計(jì)完全不能符合我國(guó)電力行業(yè)的要求。

2.2葉片通道溫度變化大保護(hù)：為了保護(hù)熱通道部件和燃燒室燃燒穩(wěn)定，M701F4型燃機(jī)設(shè)置了20組BPT（葉片通道溫度）溫度測(cè)點(diǎn)，并設(shè)有葉片通道溫度變化大保護(hù)，保護(hù)邏輯框圖見(jiàn)圖2。

初看，保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)復(fù)雜，條件相互印證，似乎不存在單點(diǎn)保護(hù)的隱患，然而由于燃機(jī)燃燒的特性，即使是在負(fù)荷變化不大的情況下，相鄰葉片通道溫度變化趨勢(shì)大（圖中虛線框內(nèi)條件）是一個(gè)常態(tài)，該保護(hù)實(shí)際上在多數(shù)時(shí)間里就是一個(gè)葉片通道溫度偏差超限的單點(diǎn)保護(hù)。

把停機(jī)保護(hù)依賴于單支熱電偶是十分不可靠的，更何況該保護(hù)有20套，而且熱電偶的信號(hào)回路有中間端子，還有信號(hào)轉(zhuǎn)換器（見(jiàn)圖3），環(huán)節(jié)多故障點(diǎn)就多，而熱電偶測(cè)量回路中，接線松動(dòng)、接觸不良或線路短路導(dǎo)致溫度測(cè)量大幅偏低是常見(jiàn)故障。

3 改進(jìn)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(lái)的成熟系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，且系統(tǒng)設(shè)備之間具有特別高的關(guān)聯(lián)度，沒(méi)有日方的支持，目前還不具備對(duì)其保護(hù)進(jìn)行系統(tǒng)改進(jìn)的條件。我們從實(shí)際出發(fā)，以達(dá)到提高保護(hù)可靠性為基本目標(biāo)，結(jié)合長(zhǎng)期從事熱控保護(hù)工作的經(jīng)驗(yàn)，在基本不影響原保護(hù)系統(tǒng)框架的前提下，從改造工程的投入以及實(shí)施的難度等方面充分考慮，進(jìn)行了一些積極探索與分析。

3.1針對(duì)TSI保護(hù)系統(tǒng)單點(diǎn)保護(hù)問(wèn)題，主要從硬件回路著手提出以下改進(jìn)方案：

由圖4可以看出，改進(jìn)后的系統(tǒng)除增加1塊TSI繼電器輸出卡，無(wú)需其他投入，對(duì)TPS系統(tǒng)來(lái)講，軟硬件都不需要作出調(diào)整，但卻能完全避免單點(diǎn)保護(hù)的情況，將保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)充分分散，且不增加拒動(dòng)概率，而且改進(jìn)后的系統(tǒng)更加簡(jiǎn)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(hù)可靠性。

3.2針對(duì)葉片通道溫度變化大保護(hù)問(wèn)題，主要從軟件邏輯方面考慮，引入可靠的證實(shí)信號(hào)，對(duì)熱電偶測(cè)量質(zhì)量加以判斷，見(jiàn)圖5：

由圖3BPT熱電偶接線示意圖可知葉片通道溫度測(cè)點(diǎn)為雙支測(cè)點(diǎn)，一路進(jìn)TCS系統(tǒng)供BPT調(diào)節(jié)回路和畫面監(jiān)視使用，將此信號(hào)與TPS系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行偏差比較，排除測(cè)量系統(tǒng)誤差（一般不超過(guò)5℃），設(shè)10℃的限值，超過(guò)此限值可判斷測(cè)點(diǎn)故障，暫時(shí)閉鎖保護(hù)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警提示，采取以上措施后將大幅降低熱電偶測(cè)量故障導(dǎo)致的機(jī)組非停。

4 結(jié)束語(yǔ)

燃機(jī)發(fā)電綠色環(huán)保、技術(shù)先進(jìn)，但其核心技術(shù)包括控制技術(shù)目前均掌握在少數(shù)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家巨頭手中，國(guó)內(nèi)引進(jìn)消化的任務(wù)還任重道遠(yuǎn)，我們作為終端用戶，從小處著手，力求實(shí)用有效，探討相關(guān)改進(jìn)優(yōu)化方案，希望在提高機(jī)組生產(chǎn)安全性的同時(shí)，對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)最終消化吸收和研發(fā)燃機(jī)技術(shù)也能提供一點(diǎn)有益的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]席亞賓，馬永光.M701F燃?xì)廨啓C(jī)溫度保護(hù)回路優(yōu)化分析.電力建設(shè)，2009，第9期.

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

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