某1 050MW汽輪機組安全監(jiān)視系統(tǒng)保護回路現(xiàn)狀分析及優(yōu)化措施

劉鐵柱 張佳興

某1 050MW汽輪機組安全監(jiān)視系統(tǒng)保護回路現(xiàn)狀分析及優(yōu)化措施

劉鐵柱 張佳興

（國能神福石獅發(fā)電有限公司，福建 泉州 362700）

本文對某電廠1 050MW汽輪機組安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI）保護回路現(xiàn)狀進行研究，列舉繼電器檢測模件、跳閘回路接線和振動保護邏輯中存在的單點保護問題并進行風險分析，提出優(yōu)化解決措施，在應用中提高了TSI保護回路的可靠性。

汽輪機安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI）；振動；軸位移；跳閘；保護

0 引言

某電廠1 050MW汽輪發(fā)電機組采用東方汽輪機廠生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、單抽、抽凝式汽輪機，型號為N1050— 26.25/600/600。該汽輪發(fā)電機組共分11個軸瓦，其中1～8瓦對應高壓缸、中壓缸和兩個低壓缸側，9瓦和10瓦對應發(fā)電機，11瓦對應勵磁機側。汽輪機安全監(jiān)視系統(tǒng)（turbine supervisoy instrument, TSI）[1]采用本特利3500系列在線監(jiān)測保護系統(tǒng)，實現(xiàn)對軸振、蓋振、軸位移、偏心、轉速、脹差、熱膨脹等汽輪發(fā)電機組運行參數(shù)的長期連續(xù)在線監(jiān)測[2-3]。本文主要針對在TSI運行中發(fā)現(xiàn)的問題進行研究并提出相應的解決方案，以提高TSI的可靠性。

1 TSI繼電器輸出模件

1.1 模件設置

該TSI模件機架配置有一塊3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件和一塊3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件。其中，3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件負責接收3500/42M軸承振動檢測模件送來的軸承振動大報警和跳閘信號，并輸出1路軸承振動大報警信號、10路軸承振動大跳閘信號。該繼電器模件通道1對應輸出軸承振動大報警信號送至分散控制系統(tǒng)（distributed control system, DCS）報警，通道2～11分別對應輸出1～10瓦軸振大跳閘信號送至汽輪機跳閘保護系統(tǒng)（emergency trip system, ETS）[4]。

3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件負責接收3500/42M軸位移檢測模件送來的軸位移大報警和跳閘信號，并輸出1路軸位移大報警信號和3路軸位移大跳閘信號。該繼電器模件通道1對應輸出軸位移大報警信號至DCS報警，通道2～4分別對應輸出3路軸位移大跳閘信號至ETS。TSI機架繼電器模件配置如圖1所示。

圖1 TSI機架繼電器模件配置

1.2 風險分析

從該TSI配置可以看出，一旦負責汽輪機軸承振動大保護輸出的3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件發(fā)生故障而誤發(fā)信號，將造成輸出至ETS的3路軸振大跳閘信號誤發(fā)，導致軸承振動大保護誤動。

同樣，如果作為汽輪機軸位移大保護輸出的3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件發(fā)生故障而誤發(fā)信號，也會造成軸位移大保護誤動。

在國家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》[5]中第9.4.3條款要求“所有重要的主、輔機保護都應采用‘三取二’或‘先或后與四取二’的邏輯判斷方式，保護信號應遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則”。該TSI配置方式不滿足要求，TSI裝置的軸承振動、軸位移保護繼電器輸出模件實際為單點保護方式。

1.3 優(yōu)化措施

根據(jù)國家標準GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》[6]中第15.6.1條款規(guī)定“機組保護系統(tǒng)的設計應符合下列規(guī)定：冗余的I/O信號應通過不同的I/O模件引入”。對該主機TSI軸振大信號、軸位移大信號設計在同一塊模件的問題采取冗余保護分模件處理，以提高保護系統(tǒng)的可靠性[7]，即在原主機TSI機架上增設一塊3500/33(1-12)-16通道繼電器輸出模件，與原有3500/33(1-13)-16模件和3500/32M(1-14)-4模件組成三條獨立的I/O模件回路。優(yōu)化后的TSI機架繼電器模件配置如圖2所示。

同時調整相應繼電器模件的輸出通道配置，由這3塊繼電器模件分別輸出軸振大停機信號、軸位移大停機信號，實現(xiàn)送往ETS的3路軸振大保護信號及3路軸位移大保護信號輸出完全獨立并且冗余，通過ETS進行三取二邏輯判斷，提高保護邏輯的穩(wěn)定性和可靠性。

圖2 優(yōu)化后的TSI機架繼電器模件配置

2 輸出跳閘回路接線

2.1 接線設置

該TSI 3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件由通道2～11分別對應輸出1～10瓦軸振大跳閘信號，該10路軸振大跳閘信號分別驅動TSI柜內REL2至REL11共10個跳閘繼電器，再由這10個跳閘繼電器輔助觸點分別輸出10路信號至TSI柜內端子排，并在端子排處經(jīng)過環(huán)接后最終輸出3路軸振大跳閘信號至ETS。優(yōu)化前的TSI軸振大跳閘回路流程如圖3所示。

2.2 風險分析

如果TSI柜內用于驅動10個跳閘繼電器動作的10路軸振大跳閘信號線中任意一路發(fā)生短路，或者10個繼電器中任意一個繼電器出現(xiàn)故障導致輔助觸點閉合，又或者在端子排環(huán)接處的10路信號中任意一路發(fā)生短路[8]，均會輸出3路軸振大跳閘信號至ETS，造成ETS保護誤動，機組跳閘。

2.3 優(yōu)化措施

由這三塊繼電器輸出模件分別輸出六組跳閘信號，即新增3500/33(1-12)-16通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號代表“1～5瓦軸振大跳閘信號1”，通道4輸出一路信號代表“6～10瓦軸振大跳閘信號1”，這兩路跳閘信號在端子排處環(huán)接成第一路軸振大跳閘信號送至ETS。

同樣地，原有的3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號代表“1～5瓦軸振大跳閘信號2”，通道4輸出一路信號代表“6～10瓦軸振大跳閘信號2”，這兩路跳閘信號在端子排處環(huán)接成第二路軸振大跳閘信號送至ETS。原有的3500/ 33(1-14)-4通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號代表“1～5瓦軸振大跳閘信號3”，通道4輸出一路信號代表“6～10瓦軸振大跳閘信號3”，這兩路跳閘信號在端子排處環(huán)接成第三路軸振大跳閘信號送至ETS。

圖3 優(yōu)化前的TSI軸振大跳閘回路流程

改成此種接線方式后，從繼電器輸出模件到跳閘繼電器，再到柜內輸出至ETS的端子排，實現(xiàn)了信號回路獨立，避免保護誤動。優(yōu)化后的TSI軸振大跳閘回路流程如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后的TSI軸振大跳閘回路流程

3 軸承振動大跳閘邏輯

3.1 邏輯設置

該汽輪發(fā)電機組1～10瓦每個瓦都分別裝有向和向兩個軸承振動傳感器，9～11瓦還分別裝有向和向兩個蓋振傳感器。該機組TSI的汽輪機軸承振動大跳閘邏輯設置為：當1～10瓦中任一瓦的任一方向軸承振動達到跳閘值或者9～11瓦中任一瓦的任一方向瓦振達到跳閘值就會觸發(fā)軸承振動大保護使汽輪機跳閘[9]。

3.2 存在風險

經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗發(fā)現(xiàn)，如果在振動傳感器或前置器附近使用對講機等大功率通信設備時，會對傳感器的輸出信號產(chǎn)生較大干擾，振動監(jiān)測值發(fā)生明顯變化，造成信號失真，有保護誤動風險。

由于就地傳感器安裝質量或前置器及信號電纜接線松動也會導致振動信號異?；蜻_到跳閘值，單個測點振動值達到跳閘值就觸發(fā)跳閘保護的邏輯設置屬于典型的單點保護邏輯，存在較大的保護誤動風險[10]，不符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》相關規(guī)定。

3.3 管控及優(yōu)化措施

嚴禁在臨近振動傳感器或前置器區(qū)域使用對講機或手機等大功率通信設備，嚴禁磁性物體靠近振動傳感器[11]。安裝振動傳感器時調整其間隙電壓為DC 10V±0.25V，以保證其測量的準確性。檢查信號電纜接頭有無油污等雜質，使用酒精或專用清洗劑清理干凈后再連接接頭，擰緊后包上絕緣膠帶或熱縮管。

為解決TSI軸振大跳閘邏輯缺陷，經(jīng)過深入調研，并征求汽輪機廠家及設計院意見，做出如下保護邏輯優(yōu)化方案：9～10瓦的振動保護邏輯中已有軸振保護，不必再設置瓦振保護，所以取消9～11瓦的瓦振保護邏輯，改為DCS顯示及報警使用[12]。

優(yōu)化后的軸承振動大跳閘邏輯為：1～10瓦中任一瓦的任一方向振動的跳閘值與上其他瓦的振動報警值觸發(fā)軸承振動大跳閘保護[13]。以1瓦為例，保護邏輯組態(tài)為：((S03C01P##A2+S03C02P##A2)* (((((S03C03P##A1+S03C04P##A1)+S04C##A1)+S05C##A1)+S06C##A1)+S07C##A1))[14]，即1X跳閘值或1Y跳閘值與上2～10瓦中任一瓦的任一方向報警值。優(yōu)化后的1瓦軸振大跳閘邏輯如圖5所示。

4 結論

該電廠通過增加TSI繼電器輸出模件實現(xiàn)模件信號輸出完全獨立并且冗余，改進跳閘回路接線實現(xiàn)信號回路獨立，采取有效的抗干擾措施，優(yōu)化振動保護邏輯中的單點保護邏輯，消除了TSI保護回路中的單點保護問題，降低保護誤動風險，提高了系統(tǒng)可靠性，為機組的安全穩(wěn)定運行提供了保障，也可為其他同類型機組提供參考依據(jù)。

圖5 優(yōu)化后的1瓦軸振大跳閘邏輯

[1] 馬成. 國產(chǎn)化總線技術在超臨界火電機組的應用研究[J]. 電氣技術, 2020, 21(8): 130-135.

[2] 王淞顥, 邢小亮. TSI系統(tǒng)誤動分析及系統(tǒng)的優(yōu)化[J]. 熱電技術, 2013(2): 2-26.

[3] 周亞松. 幾種PLC在ETS系統(tǒng)的冗余方案介紹[J]. 電氣技術, 2010, 11(10): 73-76.

[4] 趙海萍. 某廠#9機組TSI保護誤動跳機故障分析[C]//2010年全國發(fā)電廠熱工自動化專業(yè)會議論文集, 烏魯木齊, 2010: 1333-1335.

[5] 國家能源局. 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求[Z]. 北京, 2014.

[6] 大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范: GB 50660—2011[S]. 北京: 中國計劃出版社, 2011.

[7] 朱北恒, 孫長生, 丁俊宏. 2009年浙江火電機組熱工保護系統(tǒng)可靠性改進[J]. 浙江電力, 2010, 29(8): 53-56.

[8] 張浩龍, 劉威, 孔德偉, 等. 汽輪機安全監(jiān)視與保護系統(tǒng)故障分析和改進技術研究[J]. 自動化儀表, 2019, 40(12): 66-71.

[9] 王浩森, 景效國, 張國榮, 等. 淺析TSI振動測量信號的保護邏輯組合[J]. 熱力發(fā)電, 2007, 36(10): 57-58.

[10] 吳佼佼, 王喆. 600MW汽輪機組振動保護改進[J]. 重慶電力高等?？茖W校學報, 2010, 15(2): 1-5.

[11] 陶震, 柏楊, 汪杰斌, 等. 600MW火電機組汽輪機TSI振動邏輯改造[J]. 電力安全技術, 2012, 14(11): 41-43.

[12] 火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)可靠性評估技術導則: DL/T 261—2012[S]. 北京: 中國電力出版社, 2012.

[13] 李進兵. 汽輪發(fā)電機組TSI軸振動跳機邏輯設計改進[J]. 科技創(chuàng)新與應用, 2020(30): 101-103.

[14] 張佳興, 龔欣, 劉鐵柱. Bently 3500汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)(TSI) 在1050MW機組中的應用[J]. 中國儀器儀表, 2018(10): 44-46.

Status analysis and optimization measures of turbine supervisory instrument protection circuit for a 1 050MW steam turbine generation unit

LIU Tiezhu ZHANG Jiaxing

(CHN Energy Shenfu Shishi Power Generation Co., Ltd, Quanzhou, Fujian 362700)

This paper studies the present situation of the turbine supervisory instrument (TSI) protection circuit of a 1 050MW steam turbine unit. The problems of the single-point signal protection in the relay detection module, trip circuit connection and the protection logic of vibration are enumerated and risks are analyzed. Optimized solutions are put forward. The reliability of TSI protection circuit is improved in the application.

turbine supervisory instrument (TSI); vibration; axial displacement; trip; protection

2022-06-08

2022-09-21

劉鐵柱（1980—），男，福建省泉州市人，本科，工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱控技術方面的研究工作。