汽轮机危急跳闸系统功能设计与改造方案.docx

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汽轮机危急跳闸系统功能设计与改造方案

汽轮机危急跳闸系统功能设计与改造方案

某电厂1#机组为700MW亚临界机组，设备于1996年正式投入商业运行，汽轮机为GEC-AL-STHOM公司的产品，型号是T2A-650-30-4-46,属于亚临界、一次中间再热、单抽、四缸四排汽、凝汽式汽轮机。

汽轮机危急跳闸系统（ETS）系统的主要功能是监视汽轮机转速、轴向位移、EH油压、润滑油压、凝汽器真空等参数。

当这些参数超过其运行限制值时，ETS发出指令，关闭全部汽轮机蒸汽进汽阀门，紧急停机，以保证汽轮机安全运行。

此外，其还包括操作员手动跳闸功能。

经过近10多年的运行，电子设备老化及备品备件的供应问题已经给电厂的安全经济运行带来了负面影响，ETS的改造势在必行。

该电厂1#机组ETS设备是ALSTHOM公司随汽轮机一起配套的，系统投运时间变长后，电子设备也逐渐老化。

此外，该系统还存在如下问题：

（1）由于对系统缺乏了解，系统故障分析变得困难，而且产品技术支持周期长、价格昂贵，状态逻辑不开放；

（2）汽轮机主汽门、调门关闭时间超标；（3）备品备件昂贵，订货周期长；（4）由于和DCS系统的接口全部采用硬接线，系统事件记录不足，给故障分析带来困难。

1ETS功能设计

本次改造中采用可编程控制器（PLC）来实现保护功能，这原来是由继电器实现的。

ETS系统采用双机PLC进行逻辑处理，双机PLC同时工作，任一动作均可输出报警信号。

当任一台出现故障时，PLC发出本机故障报警信号，并自动切断其停机逻辑输出，而另外一台仍能正常工作。

该装置能与其他系统通信，满足电厂自动化需求。

PLC控制系统采用AB的最新产品，系统机柜中采用双套PLC同时工作的方式，每套PLC系统均配备冗余处理器、冗余电源模件、数字量输入和数字量输出模件，以提高保护系统的可靠性。

1）跳闸保护功能

当出现跳闸汽轮机条件时，4个AST电磁阀失电，AST油压泄掉，汽轮机跳闸。

出现跳闸汽轮机条件的参数应包括以下几类：

汽轮机超速110%;轴承润滑油压力过低；EH油压过低；凝汽器真空过低；TSI过来的机械跳闸；DEH电源故障；DEH调门故障关闭；DEH软跳闸；锅炉MFT;发电机跳汽轮机；原422柜汽轮机相关保护信号；原422柜发电机、励磁机相关保护信号；集控室手动紧急停机（一路经逻辑，一路硬接线跳机）。

2）ETS系统在线试验功能ETS系统具有信号源、试验电磁阀等相关跳闸通道的在线试验功能，以便检查整个汽轮机跳闸保护通道工作是否正常，并保证在线试验不引起机组跳闸。

通过DEH操作员站的EST试验画面，可以对各跳闸信号通道进行试验，显示试验是否成功，并反馈给DEH.ETS提供下列信号的“试验块”以便对信号及ETS通道进行在线试验：

润滑油压力低试验、EH油压力低试验、真空低试验。

3）PLC设备具有自启动功能在外部电源故障消除恢复供电后自动启动系统。

4）跳闸信号显示记忆功能机组停机的跳闸信号出现后，可在PLC上进行首出显示与记忆，直到机组重新挂闸或复位后才消除，便于正确分析跳闸原因。

5）ETS单项保护切除功能ETS具有单项保护切除功能，当某项保护被切除后，对应的跳闸信号输入到ETS后，不会使机组跳闸停机，但输出报警。

6）ETS失电保护功能ETS系统的二路供电电源都失去后，汽轮机组停机。

2ETS改造方案

2.1PLC系统

2组PLC配置一样，可单独工作，接受相同输入信号，所有输出并联接入继电器的线圈驱动回路。

其中，第二路PLC装入通信程序，与1809通信，将PLC运算的中间量通信至DCS,供运行人员参考。

输入信号每8个为1组，同时送入两路PLC,其另一端并接在一起，接入电源的负端。

2套PLC系统监视相同的机组参数，当达到跳闸条件时，分别去驱动4个AST继电器，继电器断开，AST组件泄去AST母管和OPC母管油压，汽轮机主汽门和调门关闭。

2.2除PLC外其他元件

1）继电器组件：

继电器组件主要用来扩展跳闸的报警信号去端子排和DCS等。

2）电源：

采用两路220VAC（UPS）输入机柜上，输出有两路220VAC和一路24VDC电源。

2.3ETS系统在线试验功能

ETS系统具有信号源、试验电磁阀等相关跳闸通道的在线试验功能，以便检查整个汽轮机跳闸保护通道工作是否正常，并保证在线试验不引起机组跳闸。

通过DEH操作员站的EST试验画面，可以对各跳闸信号通道进行试验，显示试验是否成功，并反馈给DEH.

ETS提供下列信号的“试验块”,以便对信号及ETS通道进行在线试验：

润滑油压力低试验、EH油压力低试验、真空低试验。

2.4系统可靠性措施

2.4.1既防拒动又防误动

1）在液压系统中布置4个AST电磁阀，组成“两或一与”的方式，即如图1所示的模式。

这样就可以大大提高机组的可靠性。

2）对于三低信号，EH油压力开关、润滑油压力开关、低压缸1#真空低和低压缸2#真空低压力开关这4种跳闸条件。

每种现场提供4个压力开关信号，组成1和3一组形成或逻辑，组成2和4一组形成或逻辑，这两组信号中必须至少有一个动作才能跳闸。

2.4.2重要跳闸信号采用硬逻辑实现

手动停机信号、DEH超速信号在设备中提供了两路输入信号：

一路送到PLC中作逻辑用；第二路作硬逻辑用，去直接控制AST电磁阀的电压，来保证系统的安全性。

2.4.3首出原因记忆

对第一个引起系统停机的原因进行记忆锁定，并在画面上显示，各跳闸条件的状态也在画面上显示，直到操作员进行复位。

在跳闸条件未消除之前，复位操作无效。

2.4.4在线试验功能

试验分两部分进行：

一是对三低信号进行在线试验，每个相应的信号都有1个试验块，主要是对压力开关进行试验；二是对AST电磁阀的试验，用来检查每个AST电磁阀的工作情况。

2.4.5提高输入输出通道的可靠性

对于三取二信号跳闸的，三个信号分别放在三个不同的DI模件输入中；对于4个信号跳闸的，分别放在两个不同的DI模件输入中。

控制AST电磁阀跳闸输出的放在两个模件输出，试验电磁阀也分两个模件卡放置，分成1通道和2通道，用以分散故障。

2.4.6降低因控制器故障导致的系统误动作概率

AST电磁阀采用“110VDC电源，失电动作方式”,控制AST电磁阀的中间继电器输出，接点采用常闭点。

继电器的线圈采用带电动作跳闸。

试验电磁阀采用“220VAC电源，带电动作方式”,控制试验电磁阀的中间继电器输出，接点采用常开点。

继电器仿真调试的线圈是带电动作。

2.5仿真调试

ETS主要进行如下保护项目的仿真调试：

汽轮机超速1;发电机氢/油差压低低；励磁机液位高高；发电机液位高高1;发电机液位高高2;EH油压低；润滑油压低；真空低1;真空低2;DEH超速；DEH失电；DEH软跳闸；DEH控制器故障；手动跳闸；定子水箱液位低低；润滑油箱油位低低；汽轮机轴向位移过大；振动大；锅炉MFT;发电机跳闸；定子水故障1延时5s;定子水故障2延时5s.

2.6ETS软件功能

1）与MFP的通信调试。

2）软件中常开常闭点的修正（不可用反）。

3）电磁阀试验的修正。

原设计方案只对ASP-1、ASP-2中的一个作为试验许可条件，需要将两者同时加入。

4）润滑油压力低、真空压力低、控制油压力低开正常运行时用的改为常开接点。

5）发电机跳闸信号的处理。

原来电气带有自检回路，本身带220V电压，现在信号电压为24V,只能改成纯接点方式。

6）保护试验条件。

原设计无对侧测点状态判断，需要增加条件，当测试1#和3#控制油开关动作是正常状态时，对应的2#和4#控制油压力开关正常才允许测试。

7）端子之间需要隔离。

8）操作盘也布置成双通道。

ETS控制画面如图2所示。

试验时两路分别试验，预先选择被试参数位置，然后按跳闸试验按钮，相应的指示灯亮，两个转换开关有互锁功能，即两个通道不允许同时试验。

盘上的电源指示灯不亮表示电源故障，其余指示灯在跳闸或跳闸试验时，相应通道的指示灯才亮。

按下“试灯按钮”时，全部指示灯都亮；进行机械超速试验时，钥匙开关应置于抑制位置。

3ETS系统静态调试

检查有关一次测量元件的一次校验记录，对保护系统的输入/输出通道进行完好性检查。

电源电缆检查。

检查保护系统所有供电电缆回路的绝缘电阻，电缆对地绝缘及线间绝缘应符合热控技术规范，其绝缘电阻值均应不小于1MΩ。

PLC系统I/O通道完好性检查。

主要是对PLC的输入和输出通道进行完好性检查。

采用模拟的方式进行，例如：

对于短接开关量输入信号，在PLC上检查显示状态是否正确；对于有源接点信号，需要在开关量输入通道上加入电压或者电流信号，检查显示状态是否正确；对于开关量输出，在编程器上发出不同的指令信号，用测试工具测试其输出状态的变化。

检查系统跳闸逻辑是否合理，以适应汽轮机系统对保护系统的要求；检查系统操作面板操作按钮和指示灯的可用性和正确性；检查系统送到热工报警系统的跳闸信号指示的正确性；检查各系统送到保护系统的跳闸条件的正确性。

检查系统的跳闸电磁阀和挂闸电磁阀动作是否可靠；检查ETS的电源、PLC冗余试验。

在进行DEH静态联调时，采取现场设备实际动作方式来进行ETS的在线试验。

在进行电磁阀的远方操作试验时，电磁阀的动作应灵活可靠，其线圈绝缘电阻应不小于2MΩ；对直流220V线圈，用1000V兆欧表检查；对其他电压等级的线圈，用500V兆欧表检查。

在系统的信号发生端输入模拟信号对系统进行开环调试，检查音响、灯光及保护装置的动作和逻辑功能。

4结论

本次改造采用了性能可靠的设备，完善了系统硬件的冗余功能，解决了原来系统的所有缺点，大大提高了系统的可靠性，实现了在线试验功能，有效地防止了系统的误动和拒动，极大地保护了机组的安全运行。