600?MW汽輪發(fā)電機(jī)盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)技術(shù)改造

郝偉

[摘? ? 要]汽輪發(fā)電機(jī)組盤(pán)車(chē)系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中有著重要作用。在實(shí)際運(yùn)行中，存在設(shè)備不能及時(shí)安全可靠的啟動(dòng)，或設(shè)備異常停運(yùn)后不能進(jìn)行事故追憶進(jìn)行分析，以及不能連續(xù)監(jiān)視相關(guān)參數(shù)等問(wèn)題，為了確保運(yùn)行設(shè)備控制系統(tǒng)的完善和可靠運(yùn)行，對(duì)原廠家汽輪發(fā)電機(jī)盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，將原控制策略及設(shè)備全部配置到DCS中，同時(shí)優(yōu)化測(cè)量設(shè)備配置，采取模擬量連續(xù)監(jiān)視，以及采用防人為誤動(dòng)設(shè)備等，解決了系統(tǒng)可靠性差，無(wú)數(shù)據(jù)記錄異常分析不清晰等問(wèn)題，使整個(gè)控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

[關(guān)鍵詞]汽輪發(fā)電機(jī);盤(pán)車(chē);控制邏輯

[中圖分類(lèi)號(hào)]TM311 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）09–00–03

[Abstract]The cranking system of the steam turbine generator set plays an important role in the production process. In actual operation， the equipment cannot be started in a timely and safe manner， or the equipment cannot be recalled for analysis after the equipment is abnormally shut down， and the relevant parameters cannot be continuously monitored， etc. The problem， in order to ensure the perfect and reliable operation of the operating equipment control system， the original manufacturers turbine generator turning control system was optimized and transformed， the original control strategy and equipment were all configured into the DCS， and the measurement equipment configuration was optimized at the same time， and simulation was adopted. Continuous monitoring of the volume， and the use of anti-human misoperation equipment， solve the problems of poor system reliability， unclear analysis without abnormal data recording， etc.， and make the entire control system more stable and reliable.

[Keywords]steam turbine generator; cranking; control logic

某發(fā)電廠一期為6臺(tái)350 MW燃煤水冷發(fā)電機(jī)組，二期為2臺(tái)600 MW燃煤間接空冷發(fā)電機(jī)組。二期工程為國(guó)內(nèi)首座2×600 MW間接空冷機(jī)組，汽輪機(jī)制造商為哈爾濱汽輪機(jī)廠，機(jī)組型式為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、間接空冷凝汽式汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)制造商為哈爾濱電機(jī)廠，型號(hào)為QFSN-600-2YHG，本工程汽輪發(fā)電機(jī)組的盤(pán)車(chē)裝置采用380 V電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。

1 概述

發(fā)電廠二期工程7號(hào)、8號(hào)機(jī)組，汽輪發(fā)電機(jī)盤(pán)車(chē)系統(tǒng)采用就地方式，控制器采用施耐德系列可編程控制器（PLC），型號(hào)為T(mén)SX08CD8R6AS。原設(shè)計(jì)盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)有手動(dòng)、自動(dòng)和強(qiáng)制手動(dòng)三種控制方式。

2 盤(pán)車(chē)系統(tǒng)的作用

汽輪發(fā)電機(jī)組在沖轉(zhuǎn)前必須查證轉(zhuǎn)子的初始彎曲情況，為此應(yīng)該先用盤(pán)車(chē)裝置盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)子作低速轉(zhuǎn)動(dòng)，以便維護(hù)、運(yùn)行人員開(kāi)展機(jī)組整套啟動(dòng)前的檢查工作，也可以用來(lái)檢查汽輪機(jī)是否具備運(yùn)行條件，如動(dòng)靜部分是否存在摩擦等，同時(shí)暖缸過(guò)程中，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子低速轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子受熱均勻，以利于機(jī)組順利啟動(dòng)。

汽輪機(jī)停機(jī)后，汽缸和轉(zhuǎn)子等部件還處于熱狀態(tài)，如果大軸靜止不動(dòng)，則會(huì)因上下溫差很快產(chǎn)生大軸彎曲。投入盤(pán)車(chē)裝置，可攪合汽缸內(nèi)的汽流，以利于消除汽輪機(jī)上、下缸溫差，這樣大軸就不會(huì)發(fā)生彎曲，同時(shí)有助于消除溫度較高的軸頸對(duì)軸瓦的損傷。

3 系統(tǒng)存在的問(wèn)題

（1）盤(pán)車(chē)在自動(dòng)方式下，對(duì)控制回路設(shè)備及壓縮空氣的氣源要求較高，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可能發(fā)生頂齒，或嚙合不牢的現(xiàn)象，因此從未使用過(guò)自動(dòng)方式啟停盤(pán)車(chē)。為保證盤(pán)車(chē)能及時(shí)啟動(dòng)，目前操作方式為手動(dòng)嚙合和手動(dòng)啟動(dòng)盤(pán)車(chē)或強(qiáng)制啟動(dòng)方式。

（2）7號(hào)、8號(hào)汽輪機(jī)的3、4、5、6、7、8瓦的頂軸油壓監(jiān)測(cè)設(shè)置有一個(gè)就地壓力表，還有一個(gè)同時(shí)輸出兩對(duì)接點(diǎn)的壓力開(kāi)關(guān)，該壓力開(kāi)關(guān)中一對(duì)接點(diǎn)硬接線送往盤(pán)車(chē)就地控制柜，另一對(duì)接點(diǎn)硬接線送往DCS用于顯示、報(bào)警。由于頂軸油泵啟動(dòng)時(shí)泵出口壓力變化大，對(duì)壓力開(kāi)關(guān)沖擊極易造成損壞。機(jī)組啟停過(guò)程啟動(dòng)盤(pán)車(chē)前，時(shí)常會(huì)有部分頂軸油壓力開(kāi)關(guān)信號(hào)未觸發(fā)，導(dǎo)致盤(pán)車(chē)允許啟動(dòng)條件不滿足，手動(dòng)或自動(dòng)方式都無(wú)法正常啟動(dòng)盤(pán)車(chē)，檢查就地壓力表實(shí)則油壓正常，這就造成了盤(pán)車(chē)的延遲啟動(dòng)，尤其機(jī)組停運(yùn)時(shí)盤(pán)車(chē)無(wú)法正常啟動(dòng)造成的后果極其嚴(yán)重。此時(shí)只能由維護(hù)、運(yùn)行等專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)就地壓力表和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)判斷頂軸油壓是否正常，確認(rèn)無(wú)異常后強(qiáng)制啟動(dòng)盤(pán)車(chē);或者由熱工專(zhuān)業(yè)人員將異常的頂軸油壓信號(hào)旁路后手動(dòng)啟動(dòng)盤(pán)車(chē)，這樣相關(guān)的保護(hù)信號(hào)就失去相應(yīng)的保護(hù)功能。

（3）盤(pán)車(chē)PLC沒(méi)有上位機(jī)，也沒(méi)有歷史記錄，無(wú)法進(jìn)行事故追憶。當(dāng)盤(pán)車(chē)裝置異常停運(yùn)后，無(wú)法通過(guò)有效的報(bào)警信息來(lái)判斷異常故障發(fā)生的直接原因，為盤(pán)車(chē)安全運(yùn)行留下隱患。

（4）因頂軸油壓采用壓力開(kāi)關(guān)測(cè)量，未設(shè)計(jì)遠(yuǎn)傳模量信號(hào)，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法實(shí)時(shí)、有效地監(jiān)視各瓦油壓的變化情況。

4 控制系統(tǒng)邏輯改造方案

從提高設(shè)備安全可靠運(yùn)行的原則考慮，并與維護(hù)、運(yùn)行人員溝通討論，制定了盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)改造方案。具體內(nèi)容如下。

（1）取消原盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)PLC控制器及相關(guān)設(shè)備，并將其控制邏輯編寫(xiě)組態(tài)到DCS中，相關(guān)的邏輯判斷條件、控制保護(hù)策略與原PLC系統(tǒng)完全保持一致。程序邏輯運(yùn)算如圖1所示。

（2）取消盤(pán)車(chē)自動(dòng)啟動(dòng)功能，保留盤(pán)車(chē)的就地手動(dòng)啟動(dòng)及強(qiáng)制啟動(dòng)功能。保留強(qiáng)制啟動(dòng)功能作為后備硬手操，是為了在某個(gè)判斷信號(hào)異常，導(dǎo)致DCS邏輯條件不具備啟動(dòng)時(shí)，能夠及時(shí)手動(dòng)強(qiáng)制啟動(dòng)盤(pán)車(chē)裝置。

（3）將汽輪發(fā)電機(jī)3、4、5、6、7、8瓦頂軸油壓力開(kāi)關(guān)改為壓力變送器測(cè)量，并將4～20 mA模擬量信號(hào)送至DCS，通過(guò)邏輯設(shè)定值（原開(kāi)關(guān)定值）判斷后輸出頂軸油壓正常的信號(hào)至盤(pán)車(chē)允許啟動(dòng)的控制邏輯內(nèi)。

（4）將原PLC采集的開(kāi)關(guān)量信號(hào)（盤(pán)車(chē)嚙合信號(hào)的反饋，盤(pán)車(chē)電機(jī)端蓋已蓋好的反饋，潤(rùn)滑油壓正常信號(hào)的開(kāi)關(guān)量反饋）通過(guò)信號(hào)電纜送至DCS盤(pán)車(chē)允許啟動(dòng)的控制邏輯內(nèi)進(jìn)行邏輯判斷后，通過(guò)輸出卡件到DCS分線柜內(nèi)的繼電器，將24 V控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為220 VAC信號(hào)，控制盤(pán)車(chē)的啟停和噴油電磁閥的帶電。

（5）DCS內(nèi)盤(pán)車(chē)允許啟動(dòng)控制邏輯接受盤(pán)車(chē)允許啟動(dòng)的條件信號(hào)，經(jīng)過(guò)邏輯判斷后輸出盤(pán)車(chē)允許啟動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)輸出卡件到DCS分線柜內(nèi)的繼電器，將24 V控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為兩路220 VAC信號(hào)輸出，一路用于就地控制柜面板上的允許啟動(dòng)指示燈，另一路用于盤(pán)車(chē)控制回路內(nèi)允許啟動(dòng)的控制觸點(diǎn)，當(dāng)盤(pán)車(chē)啟動(dòng)條件滿足時(shí)，允許啟動(dòng)指示燈亮，并且盤(pán)車(chē)控制回路內(nèi)的允許啟動(dòng)觸點(diǎn)閉合，按下啟動(dòng)按鈕后，盤(pán)車(chē)方可啟動(dòng)。

5 電氣控制回路改造方案

控制柜面板新增加一盞220 VAC指示燈，取消手動(dòng)自動(dòng)切換旋鈕。盤(pán)車(chē)電機(jī)電氣原理圖如圖2所示。

6 工作原理

（1）機(jī)組啟動(dòng)前或停運(yùn)后需要進(jìn)行連續(xù)盤(pán)車(chē)時(shí)，在汽機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)、頂軸油系統(tǒng)已啟動(dòng)，且系統(tǒng)壓力都正常，#3-#8瓦頂軸油壓模擬量信號(hào)正常且大于邏輯設(shè)定限值，盤(pán)車(chē)嚙合信號(hào)的反饋、盤(pán)車(chē)電機(jī)端蓋已蓋好的反饋、潤(rùn)滑油壓正常信號(hào)的開(kāi)關(guān)量反饋、汽機(jī)零轉(zhuǎn)速信號(hào)、汽機(jī)轉(zhuǎn)速小于200 r/min信號(hào)都正常后，經(jīng)過(guò)DCS邏輯運(yùn)算判斷后發(fā)出盤(pán)車(chē)允許啟動(dòng)信號(hào)及盤(pán)車(chē)噴油電磁閥開(kāi)啟命令，信號(hào)指令通過(guò)DO輸出卡件到DCS分線柜內(nèi)的繼電器，將24 V控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為220 VAC信號(hào)，盤(pán)車(chē)噴油電磁閥開(kāi)啟繼電器控制噴油電磁閥打開(kāi)向嚙合齒輪噴油進(jìn)行潤(rùn)滑;盤(pán)車(chē)允許啟動(dòng)繼電器輸出兩路信號(hào)，一路用于柜門(mén)上的允許啟動(dòng)指示燈，另一路用于盤(pán)車(chē)控制回路內(nèi)允許啟動(dòng)的控制觸點(diǎn)，此時(shí)盤(pán)車(chē)就地控制柜上盤(pán)車(chē)允許啟動(dòng)指示燈亮，運(yùn)行操作人員按下控制柜上啟動(dòng)按鈕，盤(pán)車(chē)隨之正常啟動(dòng)。

（2）如果當(dāng)某個(gè)信號(hào)不滿足，使得DCS的“允許啟動(dòng)”條件不具備時(shí)，通過(guò)第一種方法無(wú)法啟動(dòng)盤(pán)車(chē)，則由電氣專(zhuān)業(yè)人員和汽機(jī)專(zhuān)業(yè)人員確認(rèn)電機(jī)和盤(pán)車(chē)系統(tǒng)正常后，由運(yùn)行人員通過(guò)就地控制柜內(nèi)的“強(qiáng)啟旋鈕”啟動(dòng)盤(pán)車(chē)。

（3）盤(pán)車(chē)過(guò)程中，除汽機(jī)零轉(zhuǎn)速信號(hào)外，其他10個(gè)信號(hào)異常時(shí)，DCS發(fā)出盤(pán)車(chē)停運(yùn)指令;或機(jī)組啟動(dòng)，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)當(dāng)轉(zhuǎn)速大于200 r/min后，DCS會(huì)發(fā)出盤(pán)車(chē)停運(yùn)指令，盤(pán)車(chē)停運(yùn)。機(jī)組檢修中需要停運(yùn)盤(pán)車(chē)時(shí)可以就地操作停運(yùn)按鈕。

7 盤(pán)車(chē)啟動(dòng)方式

（1）冷態(tài)啟動(dòng)前，汽機(jī)維護(hù)人員在就地將盤(pán)車(chē)嚙合，將電機(jī)端蓋蓋好，并通知就地運(yùn)行人員，運(yùn)行人員檢查“允許啟指示燈”信號(hào)燈亮，通過(guò)就地控制柜的啟動(dòng)按鈕進(jìn)行啟動(dòng)。

（2）汽機(jī)停運(yùn)時(shí)，維護(hù)運(yùn)行人員提前到達(dá)就地控制柜，打開(kāi)電機(jī)端蓋，當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速為零，汽機(jī)維護(hù)人員迅速將盤(pán)車(chē)齒輪推至嚙合位后，將電機(jī)端蓋蓋好，并通知就地運(yùn)行人員盤(pán)車(chē)已就位，此時(shí)運(yùn)行人員檢查“允許啟指示燈”信號(hào)燈亮，通過(guò)就地控制柜的啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)盤(pán)車(chē)電機(jī)。

（3）轉(zhuǎn)子熱態(tài)時(shí)，如果有某個(gè)信號(hào)不滿足，使得DCS的“允許啟動(dòng)”條件不具備時(shí)，通過(guò)第一種方法無(wú)法啟動(dòng)盤(pán)車(chē)，為防止大軸彎曲，則由運(yùn)行、熱工和汽機(jī)專(zhuān)業(yè)人員共同確認(rèn)電機(jī)和盤(pán)車(chē)系統(tǒng)正常，異常是因信號(hào)誤發(fā)導(dǎo)致系統(tǒng)不允許啟動(dòng)后，由運(yùn)行人員通過(guò)就地控制柜內(nèi)的“強(qiáng)啟旋鈕”啟動(dòng)盤(pán)車(chē)。

（4）如果以上兩種方法均無(wú)法啟動(dòng)盤(pán)車(chē)，則有可能為盤(pán)車(chē)接觸器故障，在各專(zhuān)業(yè)人員確認(rèn)正常后，通過(guò)電氣控制柜的“啟動(dòng)”裝置，直接啟動(dòng)盤(pán)車(chē)。

（5）正常停運(yùn)盤(pán)車(chē)系統(tǒng)時(shí)，按下就地停止按鈕即可停運(yùn)該系統(tǒng)。

8 存在的不足

（1）盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)改造完畢后，經(jīng)試驗(yàn)一切正常，機(jī)組后續(xù)停機(jī)中發(fā)生一起異常事件，因就地控制柜打掃衛(wèi)生，誤碰按鈕，造成盤(pán)車(chē)停運(yùn)。這是由于就地啟停按鈕未采用帶防護(hù)罩的按鈕，導(dǎo)致人為誤動(dòng)事件發(fā)生，迅速整改完畢，消除了風(fēng)險(xiǎn)隱患，避免了此類(lèi)事件的再次發(fā)生。

（2）改造方案不完善，設(shè)計(jì)討論時(shí)未考慮將就地啟動(dòng)按鈕、停止按鈕的動(dòng)作狀態(tài)監(jiān)視信號(hào)同步接入DCS，避免因人員就地誤碰按鈕后，因無(wú)保護(hù)信號(hào)觸發(fā)，不能正確分析盤(pán)車(chē)停運(yùn)原因。

9 結(jié)束語(yǔ)

本次盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)改造完全達(dá)到了預(yù)期效果，消除了設(shè)備隱患，提高了機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性。

通過(guò)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)盤(pán)車(chē)控制系統(tǒng)的技術(shù)改造，增加了以下功能：

（1）盤(pán)車(chē)運(yùn)行中實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)視汽輪發(fā)電機(jī)各軸瓦頂軸油壓，防止設(shè)備處于不健康運(yùn)行狀態(tài);

（2）盤(pán)車(chē)正常運(yùn)行中發(fā)生故障停運(yùn)，可以從DCS中查閱歷史記錄，明確分析出盤(pán)車(chē)停運(yùn)的原因，為事故處理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而避免事故的再次發(fā)生。

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