火電廠電跳機邏輯優(yōu)化

王 偉，屈佳賓

（內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電有限責任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū) 鄂爾多斯 010300）

0 引言

大型單元機組特點是爐、機、電在生產(chǎn)中組成一個有機整體，機爐大聯(lián)鎖一般都是機跳電、電跳機、機跳爐、爐跳機，爐和電通過機來實現(xiàn)。任意一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題將會影響整個機組的安全運行，嚴重的故障可能導致機組停機，甚至危及設(shè)備和人身安全。

火力發(fā)電廠有著兩個重要保護系統(tǒng)，分別為發(fā)變組保護系統(tǒng)和ETS汽輪機跳閘保護系統(tǒng)，分屬繼電保護專業(yè)和熱工專業(yè)。發(fā)變組保護為保護發(fā)電機和主變設(shè)備，ETS系統(tǒng)為保護汽輪機設(shè)備，兩個系統(tǒng)看似相互獨立，但實質(zhì)之間存在相互配合與聯(lián)動關(guān)系。

發(fā)變組保護根據(jù)采集TA（電流互感器）、TV（電壓互感器）轉(zhuǎn)變的二次值，從而判斷所有保護設(shè)備是否存在故障主保護。其中，主保護有：發(fā)電機差動保護、發(fā)電機縱向零序電壓匝間保護、主變差動保護、廠變差動保護、過電壓保護、低電壓保護、發(fā)電機定子接地保護、頻率保護、失步保護、失磁保護、發(fā)電機逆功率保護、過激磁保護、程序逆功率保護、定子過負荷保護、發(fā)電機負序過負荷保護、復合電壓啟動過流保護、啟停機保護、誤上電保護、主變零序電流保護、變壓器阻抗保護、廠高變復合電壓過流保護，以及TV斷線和TA斷線保護。其它保護：斷路器失靈啟動，非全相運行保護；非電量保護：回路出口與電氣量保護完全獨立[1]。

ETS汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場傳感器、變送器等檢測設(shè)備通過邏輯判斷從而判斷所保護設(shè)備是否存在故障。ETS汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)是為大型發(fā)電機組的運行配備的安全可靠的保護裝置，當存在某種可導致機組損害的危險情況時，該裝置能使汽輪機自動遮斷，保護機組的安全。ETS對汽輪機保護項目有：超速1停機、超速2停機、超速3停機；軸向位移大停機1；軸向位移大停機2；振動大停機；潤滑油壓低停機（3取2）；真空低停機（3取2）；軸承回油溫度高停機；軸承軸瓦溫度高停機；發(fā)電機保護動作；DEH保護；主汽門關(guān)閉；發(fā)電機脫網(wǎng)[2]。

根據(jù)各自特點，造成兩個保護系統(tǒng)自身保護設(shè)備范圍不一樣，但是當某設(shè)備出現(xiàn)問題時不進行配合動作，將影響電廠整體的安全穩(wěn)定運行，所以兩者之間必然存在著聯(lián)系與相互配合。

1 現(xiàn)場系統(tǒng)介紹及邏輯修改

本廠發(fā)電機容量為330MW，汽輪機為北京重型電機廠生產(chǎn)，型號為NC330-17.75/0.4/540/540。型式：單軸、三缸、亞臨界、中間一次再熱、雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向：自汽輪機向發(fā)電機看為逆時針方向。主蒸汽壓力17.75MPa，主蒸汽溫度540℃，回熱抽汽級數(shù)7級，機械超速動作轉(zhuǎn)速3330r/min～3360 r/min。繼電保護專業(yè)發(fā)變組保護使用國電南京自動化股份有限公司的發(fā)電機變壓器組保護裝置雙套保護裝置，配備的發(fā)電機、變壓器自身的電量和非電量保護適用于容量1200MW及以下，電壓等級1000kV及以下的各種容量各種接線方式的汽輪機組、燃氣輪機組、核電機組，及水輪機組的發(fā)電機變壓器組保護，并滿足電廠電氣監(jiān)控自動化系統(tǒng)的要求。熱工專業(yè)ETS系統(tǒng)使用新華系統(tǒng)裝置實現(xiàn)汽輪機保護功能。兩保護系統(tǒng)之間在聯(lián)系上可分為3種，分別為“電跳機”“機跳電”“直跳保護”。

機組可靠性是發(fā)電企業(yè)效益的最基本保證，“降非?！币彩歉鞔蟀l(fā)電集團常抓不懈的一項長期的重要工作，而提高熱工設(shè)備可靠性是提高機組可靠性，實現(xiàn)“降非停”目標的重要保證。近期公司內(nèi)部發(fā)生一起1A引風機RB誤動作事件，公司組織各廠對單點保護治理的結(jié)果進行了摸底，同時組織召開了“國華RB邏輯及重要輔機狀態(tài)邏輯專題會”，對觸發(fā)“輔機故障降出力”的重要測點進行盤點，檢查整改機組大聯(lián)鎖中的單點保護?！抖屙椃创搿访鞔_規(guī)定：“所有重要的主、輔機保護都應(yīng)采用“3取2”的邏輯判斷方式，保護信號應(yīng)遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統(tǒng)原因測點數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護誤動措施?！北疚膶Φ湫偷狞c跳機單點防誤動邏輯進行分析，并提出進一步的優(yōu)化建議。

1.1 電跳機

“電跳機”實質(zhì)：發(fā)電機或主變壓器故障造成出口斷路器跳閘，通過DCS系統(tǒng)跳開汽輪機，進而實現(xiàn)鍋爐的MFT。當發(fā)變組任一個電氣量或非電氣量保護動作后，需發(fā)送“電氣保護動作”信號量送至DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)的ETS經(jīng)邏輯判斷后關(guān)閉汽輪機主汽門。

動作邏輯：發(fā)變組保護通常由兩個電氣量保護柜（保護A柜、保護B柜）和一個非電氣量柜（保護C柜）組成。各個保護柜經(jīng)設(shè)定出口矩陣，將需要動作出口關(guān)閉汽輪機主汽門閥的保護匯集，通過出口壓板送至DCS系統(tǒng)。將保護A柜、保護B柜、保護C柜各取一路并聯(lián)送入ETS系統(tǒng)的DI板件內(nèi)，ETS系統(tǒng)動作后出口關(guān)閉汽輪機主汽門[3]。

邏輯關(guān)系如圖1。

圖1 修改前發(fā)變組電跳機邏輯圖Fig.1 Electric tripping logic diagram of generator-transformer unit before modification

1.2 電跳機邏輯存在的不足

由圖1可以看出，電跳機邏輯采用單點保護就可以驅(qū)動，回路可靠性低，使運行中跳機風險大大增加。國內(nèi)某電廠由于電纜抗干擾措施不到位，電纜外皮破損，信號誤發(fā)，“電跳機”動作，導致汽輪機主汽門關(guān)閉的非停事件發(fā)生，造成機組非停[4]。

對于電跳機回路來說，發(fā)變組保護A、B、C柜，任意一個柜子的邏輯或回路存在異常、誤動，都可能導致機組的非停事件。

由于DCS軟/硬件故障、熱控元件單點故障，電纜接線短路、斷路、虛接，電源故障、繼電器觸點故障，人為因素或設(shè)計安裝存在缺陷等各類原因，熱工保護會發(fā)生誤動或拒動的事件。這些情況輕則造成機組快速降負荷，重則會直接導致停機，給企業(yè)帶來不同程度的經(jīng)濟損失。

1.3 改進后的電跳機邏輯

通過核對檢查發(fā)變組保護跳閘矩陣，修改發(fā)變組保護跳閘邏輯出口，將發(fā)變組A、B、C柜原保護跳閘邏輯出口跳閘矩陣中，關(guān)主汽門節(jié)點修改為關(guān)主汽門1，將A、B柜減出力、汽機甩負荷的備用壓板修改為關(guān)主汽門2、關(guān)主汽門3，將C柜2個備用壓板修改為關(guān)主汽門2、關(guān)主汽門3，保護跳閘邏輯出口節(jié)點修改相應(yīng)的跳閘矩陣，并進行靜態(tài)的試驗傳動及跳閘出口測試工作[5]。當機組發(fā)生故障，需執(zhí)行電跳機邏輯時，發(fā)變組A、B、C柜相應(yīng)保護動作出口，柜內(nèi)關(guān)主汽門1、關(guān)主汽門2、關(guān)主汽門3，保護跳閘邏輯出口節(jié)點閉合，給熱工專業(yè)ETS系統(tǒng)（汽輪機跳閘保護系統(tǒng)）發(fā)關(guān)主汽門指令，關(guān)閉自動主汽門1（ETS動作1）、關(guān)閉自動主汽門2（ETS動作2）、關(guān)閉自動主汽門3（ETS動作3）[5]。

核對跳閘矩陣，對應(yīng)圖紙上增加發(fā)變組保護跳閘節(jié)點，敷設(shè)電纜，發(fā)變組A、B、C柜在原有一個關(guān)主汽門節(jié)點的基礎(chǔ)上（通過硬線實現(xiàn)節(jié)點），各增加2個關(guān)主汽門節(jié)點，采用發(fā)變組保護A柜，關(guān)主氣門1并聯(lián)發(fā)變組保護B柜，關(guān)主汽門1并聯(lián)發(fā)變組保護非電量柜，關(guān)主汽門1，從并連接點發(fā)變組保護A柜出去一個接點去熱控ETS柜實現(xiàn)主汽門關(guān)閉；同理，發(fā)變組保護A柜，關(guān)主氣門2并聯(lián)發(fā)變組保護B柜，關(guān)主汽門2并聯(lián)發(fā)變組保護非電量C柜，關(guān)主汽門2，從并連接點發(fā)變組保護B柜出去一個接點去熱控ETS柜，實現(xiàn)主汽門關(guān)閉；同理，發(fā)變組保護A柜關(guān)主氣門3并聯(lián)發(fā)變組保護B柜，關(guān)主汽門3并聯(lián)發(fā)變組保護非電量C柜，關(guān)主汽門3，從并連接點發(fā)變組保護C柜出去一個接點去熱控ETS柜實現(xiàn)主汽門關(guān)閉，獨立的3個點去熱工ETS后實現(xiàn)3取2功能，即3套保護中，任意一套保護的兩個節(jié)點動作，裝置才能動作；任意一個節(jié)點動作，不會導致關(guān)主汽門動作，保證動作的可靠性[6]。

修改后邏輯關(guān)系如圖2。

圖2 修改后電跳機邏輯圖Fig.2 Modified electric tripping logic diagram

1.4 發(fā)變組邏輯修改中需要注意的問題

核對發(fā)變組保護裝置現(xiàn)有電跳機邏輯及圖紙，咨詢設(shè)備廠家相關(guān)技術(shù)資料，編制可行性研究方案，召開專業(yè)組專題會議，制定發(fā)變組邏輯修改方案。根據(jù)現(xiàn)場實際情況編制、審核《發(fā)變組電跳機邏輯修改三措》；按照檢修計劃，填報審核設(shè)備變更。

跳閘邏輯修改最好在機組檢修狀態(tài)下進行，在機組停備檢修后，先進行電纜敷設(shè)，防干擾措施等前期準備工作。

打印保護相關(guān)定值、版本及各項參數(shù)，讓廠家將原跳閘邏輯進行備份，并將系統(tǒng)參數(shù)進行記錄和比對，確保參數(shù)設(shè)置的一致性。

修改前，根據(jù)圖紙及設(shè)備實際情況，增加跳閘接點備用通道。增加時，注意跳閘接點應(yīng)為不保持接點。

邏輯修改前，核對好各項安全措施，斷開相應(yīng)保護電源。保護裝置上電期間，絕對禁止帶電插拔卡件，退出保護柜A、B、C柜保護出口壓板，保護功能壓板，確保在修改邏輯時不發(fā)生誤跳機組出口開關(guān)的誤操作[7]（即使機組在檢修狀態(tài)，500kV，3/2接線升壓站仍是合環(huán)運行狀態(tài)）。

修改后的跳閘邏輯需要將所有邏輯與原邏輯及修改方案進行對比，并對修改后的邏輯所涉及的保護進行全部校驗，使用萬用表對所涉及保護的出口方式，逐一測量，確保出口方式正確。由于廠家系統(tǒng)新舊版本的原因，個別邏輯可能存在細微差別，需要按電廠實際情況進行邏輯配置，確保跳閘邏輯準確無誤[8]。

上述工作完成后，利用機組啟機前機、爐、電大聯(lián)鎖試驗，進行實際傳動，確保整個邏輯及回路正確無誤。

所有工作結(jié)束后，根據(jù)現(xiàn)場實際接線情況，修改發(fā)變組保護裝置圖紙，并進行審批，留檔保存。

控制電纜的選取宜用鎧裝帶屏蔽、阻燃電纜，敷設(shè)電纜時與動力電纜分層進行鋪設(shè)，遠離動力電纜，避免電磁干擾。3組信號電纜分別鋪設(shè)和接取，不合用一根控制電纜。金屬屏蔽與屏蔽層接地，電磁干擾較大時，宜采用二點接地；而靜電感應(yīng)的干擾較大時，則采用一點接地；選擇二點接地時還應(yīng)考慮在暫態(tài)電流的作用下，屏蔽不會被燒毀。

1.5 修改后邏輯及回路的傳動與驗證

電跳機邏輯傳動試驗條件：①機組本實驗相關(guān)的檢修工作全部結(jié)束，試驗前發(fā)電機出口開關(guān)、滅磁開關(guān)分合閘實驗正常，DCS、ETS發(fā)變組保護等相關(guān)控制系統(tǒng)已全部具備投入條件，汽機主汽門開啟和關(guān)閉正常，鍋爐MFT實驗正常，鍋爐具備吹掃條件；②汽輪機油質(zhì)合格，EH油泵、潤滑油泵、排煙風機運行正常；③汽機具備掛閘條件，鍋爐MFT復位；④發(fā)電機-變壓器組出口隔離開關(guān)必須在斷開位置，發(fā)變組保護正常投入。

在進行機組大聯(lián)鎖試驗時，聯(lián)系運行人員，將機組汽輪機主汽門打開，投入發(fā)變組A柜發(fā)電機差動保護及其功能壓板，投入發(fā)變組A柜出口壓板關(guān)主汽門1、關(guān)主汽門2，其余跳閘出口的連片應(yīng)打開，或者利用發(fā)變組保護C柜發(fā)電機斷水保護也可以進行。

利用發(fā)電機斷水保護進行邏輯的驗證。試驗前，投入發(fā)電機保護屏內(nèi)的熱工保護，鍋爐MFT信號進行復位，汽機掛閘，檢查汽機高低旁應(yīng)處于關(guān)閉，確定發(fā)電機出口刀閘在斷開位置。在遠方進行操作，對勵磁系統(tǒng)進行起勵操作，合上滅磁開關(guān)，合上發(fā)變組出口開關(guān)，投入GCB聯(lián)跳汽機保護壓板。在發(fā)變組保護C柜，投入發(fā)電機斷水保護壓板，退出定冷水泵熱工聯(lián)鎖邏輯，直接打停運行中的定冷泵，計時大約30s。發(fā)電機定子冷卻水出口流量低報警，發(fā)電機出口開關(guān)跳閘，汽輪機跳閘，鍋爐MFT[9]。

通知運行人員傳動工作準備完畢，經(jīng)運行值長同意后，利用發(fā)變組出口傳動功能，對電跳機邏輯進行實際出口傳動，驗證電跳機3取2出口邏輯的正確性。聯(lián)系運行人員，將機組汽輪機主汽門打開，投入發(fā)變組A柜發(fā)電機差動保護及功能壓板，投入發(fā)變組A柜出口壓板關(guān)主汽門1、關(guān)主汽門3，通知運行人員傳動工作準備完畢，經(jīng)運行值長同意后，利用發(fā)變組出口傳動功能，對電跳機邏輯進行實際出口傳動，驗證電跳機三取二出口邏輯的正確性。

聯(lián)系運行人員，將機組汽輪機主汽門打開，投入發(fā)變組A柜發(fā)電機差動保護及功能壓板，投入發(fā)變組A柜出口壓板關(guān)主汽門2、關(guān)主汽門3，通知運行人員傳動工作準備完畢。經(jīng)運行值長同意后，利用發(fā)變組出口傳動功能，對電跳機邏輯進行實際出口傳動，驗證電跳機3取2出口邏輯的正確性[10]。

通過上述發(fā)變組電跳機實際出口傳動，更準確地驗證電跳機3取2出口邏輯的正確性。

2 結(jié)束語

本文主要介紹了繼電保護和熱工主設(shè)備保護中電跳機邏輯及回路的優(yōu)化，作為主機保護中重要的一環(huán)，提出了在優(yōu)化過程中需要注意的一些防止邏輯修改錯誤的一些措施，各個邏輯分析很透徹，并對修改后的回路進行傳動試驗。經(jīng)過傳動試驗，驗證了邏輯及回路的正確性及可靠性，從而使電氣發(fā)變組保護和熱控ETS更好地配合，在故障和異常運行時及時動作，提升主保護動作的可靠性，從而起到保護設(shè)備的作用。除此之外，改造優(yōu)化方案經(jīng)濟、適用，優(yōu)化方案相對簡單、適用，作為現(xiàn)場改造工作的指導方案值得推廣，也為電廠中重要的單點保護的邏輯優(yōu)化提供了借鑒與參考。