ETS汽机保护讲义综述.docx
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ETS汽机保护讲义综述
一、概述：
ETS（EMERGENCYTRIPSYSTEM）是汽轮机危急跳闸系统的简称。
汽轮机危急跳闸系统用以监视汽轮机的某些参数，当这些参数超过其运行限制值时，该系统就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，被监控的这些参数是：
1.汽轮机转速--超速跳闸；
2.推力轴承磨损--轴向位移大跳闸；
3.调节油压力低--低EH油压跳闸；
4.轴承润滑油压低--低润滑油压跳闸；
5.凝器器真空低--低真空跳闸；
6.轴承振动大--轴承振动大跳闸；
7.胀差大--胀差大跳闸；
8.发电机主保护--发电机主保护跳闸；
9.MFT---锅炉保护跳闸；
10.高排温度高—高排温度高跳闸；（电厂选定）
11.透平压比低—透平压比低跳闸；（电厂选定）
12.后汽缸温度高—后汽缸温度高跳闸；（电厂选定）
13.轴承温度高—轴承温度高跳闸；（电厂选定）
14.DEH110%--DEH110%跳闸；（电厂选定）
15.DEH失电—DEH失电跳闸；（电厂选定）
16.远控手动跳机—远控手动跳闸；（电厂选定）
17.中压抽汽高—中压抽汽高跳闸；（电厂选定）
18.低压抽汽高—低压抽汽高跳闸；（电厂选定）
19.远控跳闸信号（备用点）
对于60万机组来说，跳闸信号一般在1-16条件中选定，远控跳闸接口再置4路作为备用。
系统应用了双通道概念，布置成“或─与”门的通道方式，这就允许在线试验，并在试验过程中装置仍起保护作用，另外三低信号的每个接点连接成在线监视状态，从而保证此系统的可靠性。
二、工作原理：
系统机柜放在电子间，采用两套PLC并联运行，即定义为A机和B机，A、B机冗余控制。
当运行机故障时，另外机立即切至运行状态。
触摸屏上设有跳闸“首出”信号记忆灯，且每一组信号都可以给出“首出”记忆信号，即第一个到来的跳闸信号指示灯闪动亮，其它跳闸信号指示灯常亮，手动复位后，跳闸信号消失。
三、闸块工作原理：
跳闸块安装在前箱的右侧，块上共有6个电磁阀，2个OPC电磁阀是110VDC，常闭电磁阀，OPC电磁阀由DEH控制；4个AST电磁阀由ETS控制，电磁阀电源为110VDC，常开阀。
正常情况下，AST电磁阀是常带电结构，两路110VDC电源取自电气直流屏。
其中一路电源控制AST1、AST3电磁阀，另一路电源控制AST2、AST4电磁阀。
机柜中有各路电源检测继电器检测电源工作状况。
跳闸块电磁阀连接如下图：
P1点压力为130kg/cm左右。
通过节流孔J1、J2使P2点压力为65kg/cm左右。
在作试验时，20-1/AST和20-3/AST动作，使得P2点压力升高至130kg/cm；若20-2/AST和20-4/AST动作，则P2点压力降为0kg/cm。
压力开关K1、K2设定值分别为K1：
90kg/cm，K2：
40kg/cm。
通道1（20-1/AST，20-3/AST）动作试验时，K1动作；通道2（20-2/AST，20-4/AST）动作试验时，K2动作；K1、K2分别送出指示信号。
由于整个跳闸块采用“双通道”原理，当一个通道中的任一只电磁阀打开都将使该通道跳闸；但不能使汽轮机进汽阀关闭，只有当两个通道都跳闸时，才能使汽轮机进汽阀关闭，起到跳闸作用，因此大大提高其可靠性，可有效地防止“误动”和“拒动”。
四、跳闸试验块工作原理：
该系统共有4个试验块，EH油试验块，LBO润滑油试验块和LV1、LV2
真空试验块。
每个块的原理均相同。
原理图如下：
每个试验块都被布置成双通道。
J1、J2为节流孔；F、F1、F2为手动阀；S1、S2为电磁阀；B1、B2为压力表；K1、K2、K3、K4为压力开关。
节流孔的作用是将两路隔离开，试验时互不干扰。
试验可以手动就地试验，也可以在主控室通过试验按钮远方试验。
用远方试验时，电路上有闭锁，保证不会两路同时试验，一路试验时，另一路还有保护功能。
用就地手动阀试验时，不能两路同时作，否则将会引起误跳机。
手动试验时，尤其要注意。
正常情况下，压力油通过节流孔送到压力开关和指示表B1和B2，指示表将指示正常油压，一旦油压降低，两边的4个压力开关只要各有一个开关动作，将引起跳机。
电磁阀接成“两或-与”关系，即可防止误跳，又可防止拒跳。
（见图3）。
试验时，打开F1或S1，则B1上指示将缓缓下降达到设定值时，K1、K3将动作。
ETS远方在线试验时，对应试验盘上指示灯亮，表示出相应跳闸控制阀上某一路在试验。
由于跳闸阀布置成双通道，所以只试验一路不会产生跳闸信号，若此时被测参数真的达到停机值，则试验块上的压力开关将全部动作，两路信号通过“与”的作用，产生跳闸信号，通过跳闸控制块使机组停下来。
所以说该试验块可以在线试验，并不影响机组的保护功能。
试验块电磁阀的电源是220VAC。
试验完毕后，要注意表压是否恢复到正常值，否则不准试验另一路，以免引起误跳机。
五、触摸屏：
触摸屏是人机接口界面，目前广泛的应用于工业领域的各个方面。
它完全可以取代原始的按键式操作盘，简单灵活的可视化操作界面、多样化的报警功能、及按键式操作盘无法实现的功能等。
界面说明如下：
设备正常工作时，首出跳闸信号灯是绿色的，当有信号跳闸时，相应信号的灯会不断的闪烁（由绿变红色在变绿…），随后到来的报警信号只能是常亮（平光红色），这就是具有首出的功能。
ETS跳闸后，汽机停机灯会常亮（由绿色变为红色）。
1.试灯：
当按下此健后可以看到所有的报警灯会变成红色，这个功能主要是检查报警信号与plc通讯是否正常。
2.在线试验功能：
盘上面有一个开关，当旋转到在线试验位置时，在线试验灯会亮，表示可以进行下列试验。
两个通道的按钮是互锁的关系并且ASP1和ASP2也参与两个通道的互锁关系，用以防止两个通道同时试验引起误跳停机。
（钥匙开关在其它位置时在线试验做不了）。
做在线试验时应当注意：
刚试验过的通道恢复正常后，才可以进行另一路试验。
这要观察一下ASP1和ASP2指示灯的状态。
否则另一通道的试验就做不了，因为通道是互锁的关系。
3.超速抑制功能：
盘上面有一个开关，当旋转到超速抑制位置时，超速抑制灯会亮（变红色），表示可以进行超速试验。
4.ETS电源监视灯：
ETS正常工作时，盘上的电源监视灯是红色常亮的，在停机状态和故障状态时该灯是绿色的。
5.当盘下钥匙开关旋转到机组运行位置时，超速抑制灯和再线试验灯都不亮，相应的功能也不起作用。
六、保护投退开关：
保护投退开关设在机柜后端子排的内侧，可以对单项信号保护按要求断开或投入。
七、ETS控制柜：
ETS控制柜主要包括可编程控制器、电源组件、继电器组件、触摸屏和端子排部分。
7.1可编程控制器：
可编程控制器用来完成逻辑控制。
合上两路电源开关，两台可编程序控制器同时工作，如一台PC机损坏，需要维修，可让另一台单机运行。
7.2电源组件：
两路交流电源输入，在内部直流组成冗余输出，交流组成互为切换结构，用以保证ETS的供电。
7.3继电器组件：
继电器组件主要用来扩展跳闸的报警信号。
7.4端子排
端子排上安装有输入端子卡件和输出继电器卡件及接触器等元器件。
八、ETS系统的可靠性
综上所述，危机跳闸系统采用了双通道的原理，无论是一次监测元件还是跳闸电磁阀，都采用双通道，因此，可大大提高系统的可靠性。
一般系统的可靠性是用下述公式表示的：
可靠性=MTBF/MTBF+MTBR
式中MTBF-----平均无故障时间；
MTBR-----平均维修时间。
可见，MTBF越大越好，MTBR越小越好。
增加双通道系统后，可使系统的MTBF大大提高。
使用双通道后，MTBF是这样计算的：
MTBFD=MTBFS+MTB2S/2MTBR
式中MTBFD-----双通道的平均无故障时间；
MTBFS-----单通道的平均维修时间。
使用双通道后，系统的MTBF是按指数规律增加的，这样系统的可靠性大大提高了。
九、使用维护：
所有跳闸功能在每次启动前必须进行试验。
控制柜上的所有开关及按钮一经调整好，不能随意乱动，当发现控制柜中的任何一个指示灯及开关损坏，应立即更换。
所有使用维护必须由专门人员操作。
一十、汽机主保护
汽机主保护
序号
保护名称
保护源信号
信号
来源
定值
1
EH油压低
63/LP-1
压力开关
8Mpa
63/LP-2
压力开关
8Mpa
63/LP-3
压力开关
8Mpa
63/LP-4
压力开关
8MPa
2
润滑油压低
63/LBO-1
压力开关
0.06Mpa
63/LBO-2
压力开关
0.06Mpa
63/LBO-3
压力开关
0.06Mpa
63/LBO-4
压力开关
0.06MPa
3
真空低
3.1
高背压凝汽器真空低
63/LV1-1
压力开关
28KPa（绝对压力）
28KPa（绝对压力）
28KPa（绝对压力）
28KPa（绝对压力）
63/LV1-2
压力开关
63/LV1-3
压力开关
63/LV1-4
压力开关
3.2
低背压凝汽器真空低
63/LV2-1
压力开关
28KPa（绝对压力）
63/LV2-2
压力开关
28KPa（绝对压力）
63/LV2-3
压力开关
28KPa（绝对压力）
63/LV2-4
压力开关
28KPa（绝对压力）
4
轴向位移大
轴向位移大
TSI
±1.0mm
5
TSI超速
TSI超速
TSI
3300rpm
6
轴振大
轴相对振动大
TSI
250um
7
相对位移/膨胀大
高缸相对膨胀大
TSI
高胀：
+11.1mm/-4.7mm
低胀：
23.5mm/-1.52mm
8
DEH失电
DEH失电
DEH
9
手动停机
手动停机
操作台
10
DEH110%超速
DEH110超速
DEH
110%
11
发电机主保护
发电机主保护
发电机保护柜
11.1
发电机断水
12
炉MFT
炉MFT
FS1
13
推力轴承温度高
推力轴承温度（正）P4
DEH
107℃
推力轴承温度（正）P2
107℃
推力轴承温度（付）G4
107℃
推力轴承温度（付）G2
107℃
14
汽轮机压比低
高排压力1
ATC
调节级压力/高排压力<1.734
高排压力2
调节级压力1
调节级压力2
调节级压力3
15
高排温度高
高压排汽蒸汽温度1
ATC
427℃
高压排汽蒸汽温度2
427℃
16
再热汽温突降
ATC
50℃/10min
17
过热汽温突降
50℃/10min
十一、现保护说明：
a）保护项目
1、EH油压低保护：
EH油压低信号为就地EH油压开关信号，共四路，此四路信号直接引入ETS系统，采用双通道连接方式（63/LP-1、63/LP-3和63/LP-2、63/LP-4），每一通道至少有一开关动作做为停机信号，即63/LP-1或63/LP-3动作与上63/LP-2或63/LP-4动作。
压力开关的整定值为8MPa。
2、汽轮机润滑油压低保护：
汽轮机润滑油压低信号为就地压力开关信号，共四路。
此四路信号直接引入ETS系统，采用双通道连接方式（63/LBO-1、63/LBO-3和63/LBO-2、63/LBO-4），每一通道至少有一开关动作做为停机信号，即63/LBO-1或63/LBO-3动作与上63/LBO-2或63/LBO-4动作。
压力开关的整定值为0.06MPa。
3、凝汽器真空低：
凝汽器真空低信号为就地真空开关信号，共八路，每一低压缸对应四路，任意一个低压缸真空低保护动作即发出保护动作。
#1低压缸四个压力开关（63-1/LV1-1、63-3/LV1-1和63-2/LV1-1、63-4/LV1-1），#2低压缸四个压力开关（63-1/LV2-1、63-3/LV2-1和63-2/LV2-1、63-4/LV2-1）每一通道至少有一开关动作做为停机信号，即63-1/LV1-1或63-3/LV1-1动作与上63-2/LV1-1或63-4/LV1-1动作，真空开关的整定值为28KPa（绝对压力）；
4、汽轮机轴向位移大：
汽轮机轴向位移大信号取自TSI，在前箱推力瓦西侧一共安装四支轴向位移传感器，轴向位移1和轴向位移2安装在测量盘西侧，轴向位移3和轴向位移4安装在测量盘东侧，其零点位置为推力瓦中心，当同向安装的两个轴向位移都达到-1.0mm或+1.0mm时，即侧1和3都动作或2和4都动作，轴向位移检测仪表发出轴向位移大接点信号送到ETS系统，实现轴向位移保护。
5、TSI超速：
TSI超速信号取自TSI；TSI系统检测的三路转速信号，三路转速探头安装在盘车处88齿测速盘，当任意一路转速信号达到3300RPM时，都将使转速检测仪表发出一电超速接点信号，三路信号经三取二逻辑送到ETS系统，实现电超速保护。
6、轴振大：
该汽轮发电机组共有九个轴瓦，#1-#8轴瓦分别设置X方向和Y方向轴振传感器，共有十六个测点，任意一个轴振大于250чm，同时其它任意一个轴振大于150чm，保护动作。
此保护要在DCS中先判断轴振大于250чm外不同的另一点的轴振大于150чm，输出一DO点，到ETS中和TSI中任一点轴振大于250чm相与后保护动作。
7、相对位移/膨胀大：
所谓的胀差就是汽轮机缸体和转子之间的热膨胀差。
信号取自TSI系统，高压缸胀差安装两个探头，输出为两探头复合输出，低压缸胀差为LVDT传感器。
原设计汽轮机高压缸胀差达到：
正向+11.1mm，负向–4.7mm；汽轮机低压缸胀差达到：
正向+23.5，负向–1.52mm。
此四项中的任何一项都会使汽轮机胀差保护动作。
目前汽机“高低缸胀差大”保护决定取消，改为一级报警，提醒运行人员手动停机。
8、DEH失电：
DEH接口电源和控制电源共四路保护，当任意一路电源保护动作，向ETS发出DEH失电保护动作。
9、手动停机：
手动停机按扭安装在控制室操作台，两个按扭同时按下，向ETS发出手动停机保护。
10、DEH110%超速：
DEH判断三路转速信号，实行三取中，当转速大于3300RPM时发出保护动作信号，到ETS停机。
11、发电机保护动作：
当发电机保护动作时，发出保护动作信号，到ETS停机。
其中发电机断水保护由内冷水站内冷水进出口差压低开关三取二延时30S实现，逻辑做在SC4控制器，DO输出硬接线经ETS机柜至电气。
12、炉MFT：
当锅炉MFT保护动作，发出保护动作信号，到ETS停机。
13、推力轴承温度高：
推力瓦块共安装4支温度元件，推力轴承温度（正）P4，推力轴承温度（正）P2，推力轴承温度（付）G4，推力轴承温度（付）G2，当任意一支温度元件温度超过107℃，汽机“轴承温度高”保护决定引入各支持轴承金属温度[带防跳切除]，任一支持轴承金属温度高或推力轴承温度高均汽机跳闸，并且该保护并网前有效，并网后自动退出。
14、汽轮机压比低：
调节级压力1、2、3信号为高选，高排压力1、2为高选，当调节级压力/高排压力<1.734，发出汽轮机压比低保护动作。
15、高排温度高跳机：
汽机“高排温度高”保护定值修改为427℃，并增加防跳切除功能，采取逻辑与，高压排汽蒸汽温度1、2均高时该保护动作。
16、过热汽温突降：
主汽温度10分钟下降50度，向ETS发出高排温度高保护动作信号。
17、再热汽温突降：
再热汽温度10分钟下降50度，向ETS发出高排温度高保护动作信号。
b）保护项目
在如上保护动作的情况下，AST电磁阀动作，迅速泄去安全油和OPC油，使汽机主汽门和调速汽门迅速关闭，并联锁关闭各段抽汽逆止门，汽机主汽门关闭后，送入DCS控制系统的主汽门关闭信号就会联锁关闭各段抽汽电动门、联锁打开机本体疏水及各部分管道疏水汽机跳闸后,若主蒸汽流量>15%,则锅炉MFT，主汽门关闭信号送到电气，由发电机逆功率保护将发电机解列。
小机保护：
一、保护项目：
设备名称
保护名称
小机（MEH）
1）轴位移大
2）小机前轴振动大
3）小机后轴振动大
4）汽泵前轴振动大
5）汽泵后轴振动大
6）DCS紧急停机
7）小机润滑油压低（三取二）
8）小机排汽压低（三取二）
9）小机抗燃油压低
10）小机速关油压低
11）小机超速
12）MEH画面板停机
13）速关阀关闭停机
14）手动停机
另：
硬接线跳机
1）手动停机
2）小机TSI来小机超速
3）控制器CPU故障
二、保护说明：
2.1小机“轴向位移大”信号取自小机TSI，当两位移均大于动作值小机TSI继电器接点动作，信号送到MEH，实现轴向位移保护。
2.2小机“轴振大”保护采取以下策略：
任意一个轴振大于80um，同时其它任意一个轴振大于50um，保护动作。
此保护要在DCS中先判断出其它轴振大于50um，然后与TSI轴振>80um信号逻辑与。
2.3汽泵“轴振大”保护采取以下策略：
任意一个轴振大于125um，同时其它任意一个轴振大于100um，保护动作。
此保护要在DCS中先判断出其它轴振大于100um，然后与TSI轴振>125um信号逻辑与。
2.4“DCS紧急停机”信号来自汽泵保护，任一汽泵保护条件均跳相应小机。
汽泵保护包括以下内容：
1）除氧器水位A三取二低延时2秒
2）前置泵保护跳闸
3）三条件相与，延时20秒
1．汽泵运行
2．汽泵再循环门已关
3．汽泵流量低于120T/H
4）推力轴承内侧温度1越限后延时2秒
5）泵推力轴承内侧温度2越限后延时2秒
6）小机推力轴承温度1越限后延时2秒
7）小机推力轴承温度2越限后延时2秒
8）小机推力轴承温度3越限后延时2秒
9）小机推力轴承温度4越限后延时2秒
10）小机推力轴承温度5越限后延时2秒
11）小机推力轴承温度6越限后延时2秒
12）锅炉MFT，4秒钟脉冲。
2.5小机“润滑油压低”保护由三个压力开关三取二实现。
2.6小机“排汽真空低”保护由三个真空开关三取二实现。
2.7小机“EH油压低”保护由两个压力开关相与实现。
。
2.8小机“速关阀油压低”保护增加了一台速关油压力变送器，此模拟量油压低且油压开关动作时保护动作。
2.9小机“速关阀关闭”保护采取三取二逻辑，信号分别为速关阀关闭、速关阀开启非、速关阀行程LVDT<5%来实现。
2.10“小机超速”保护由MEH判断三路转速信号，实行三取中，当转速大于6430RPM时发出停机信号。
2.11“MEH画面停机”是指按下MEH画面中“停机”操作端按纽即实现停机功能。
2.12取消原来汽泵温度保护：
汽泵自由端/传动端轴承温度高保护、小机前/后径向轴承温度高保护。
2.13保留汽泵温度保护：
小机推力轴承内侧温度高保护、小机推力轴承1~6温度高保护。
2.14取消前置泵温度保护：
前置泵自由端/传动端径向轴承温度高保护、前置泵电机自由端/传动端径向轴承温度高保护。
2.15为了保证汽泵、前置泵之间的跳闸顺序，除氧器水位低或MFT动作时，前置泵均应比汽泵/小机晚跳闸2秒。
三、硬接线保护
1、手动停机
盘前停机按纽按下后直接驱动跳机继电器XJ06、XJO7，动作就地停机电磁阀1、2。
2．小机TSI来小机超速
小机TSI超速信号来自小机TSI柜，TSI系统检测的三路转速信号，当任意一路转速信号达到6430RPM时，都将使转速检测仪表发出一电超速接点信号，三路信号经三取二逻辑送到MEH系统直接驱动中间继电器XJ08，继电器XJ08动作后接点闭合驱动跳机继电器XJ06、XJO7，动作就地停机电磁阀1、2。
3.控制器CPU故障
小机控制有一对冗余CPU，控制器CPU故障跳机是指两CPU同时故障，当有一只CPU正常工作时不会出跳机信号。
控制器CPU故障含义较广，由CPU自身判断，CPU正常状态下输出硬接点使继电器XJ01、XJO2带电，当CPU判断其故障时硬接点断开使XJ01、XJO2继电器断电，靠继电器常闭接点闭合驱动跳机继电器XJ06、XJO7，动作就地停机电磁阀1、2。
四、电源介绍
小机保护控制的跳急电磁阀电源为110VDC，正常情况下电磁阀是不带电。
两路110VDC电源取自电气直流屏，经过MEH柜电源组件切换后冗余输出，见下保护接线图，机柜中有各路电源检测继电器检测电源工作状况。
五、保护接线图
DCS一体化中ETS保护装置设计特点剖析
汉川电厂#2汽轮机系上海汽轮机厂300MW亚临界一次中间再热冷凝式汽轮机。
机组热控系统改造选用XDPS-400＋分散控带系统，汽机岛、锅炉岛、电气ECS控制实现一体化。
原危急遮断系统（ETS）保护装置是上海电气自动化设计研究所1998年产品，由分立电子元器件与继电器逻辑构成，2004年DCS改造后将ETS保护装置纳入XDPS-400"分散控带系统中，实现DCS控制一体化。
一、ETS系统结构
1.硬件构成系统硬件配置如图1所示。
ETS保护装置是DCS分散控制系统的一个子系统，由控制机柜和端子接线柜两部分组成。
系统硬件包括一对冗余的分布式处理单元DPU、三对冗余的BCnet网络型站控制卡、二个8接口HUB、三块SDP转速测量与保护卡、九块LPC逻辑保护卡、一块DI开关量输入卡、一块DO开关量输出卡、各卡件相对应的端子板、一块保护投切开关板、一个22OVAC电源分配箱、一个11OVAC电源箱、一对冗余的+5V/±l5V电源组件、一对冗余的+24V电源组件等。
2.I/0点数
总点数76点，其中输入53点、输出23点。
3.通信方式
（1）模件通信
I/0模件与BCnet网络控制卡之间以并行总线方式通信，通信在出口/入口均采用隔离，以保证模件故障时隔离。
同时，I/0模件又具有独立性，当检测到主模件故障时，输出信号会根据预先的设置保持在设定值上。
（2）I/0站通信
所有的BCnet卡都挂在I/0总线上，与DPU进行通信，BCnet卡承担通信中转和卡件管理的工作。
采用以太网通信方式，并联冗余，RJ45网络线，l00Mbps速率，IEEE802.3协议。
（3）DPU站通信
每个DPU均有两个独立的网络（A网和B网）通信接口，1OOMbps速率，TCP/IP协议，与高速，实时网分交换机连接，实现数据的广播和接收。
（4）DCS网络通信
采用光纤环网络通信方式，冗余的实时数据高速公路由RTFNET网构成。
RTFNET采用快速以太网技术构建，核心部件是德国网Hirchmann工业必太网交换机，传输介质采用多模光缆，1OOMbps通信速率。
二、遮断功能实施
1.遮断项目
ETS系统设计有18个遮断项目:
EH油压低、凝汽器真空低、轴位移夫、汽机差胀、#1~#7轴振动大、发电机内部故障、110垢超速、110%兆超速、手动停机、软MFT、硬MFT、DEH失电。
2.LPC模件逻辑
（l）LPCl（LPCll、LPCl2、LPCl3）模件完成EH油压低、轴位移遮断、DEH汽机跳闸、手动停机按钮信号1、锅炉MFTl（软逻辑）等信号的遮断逻辑，如图2所示。
（2）LPC2（LPC2l、LPC22、LPC23）模件完成润滑油压低、汽机差胀、DEH汽机跳闸2、手动停机按钮2、锅炉MFT2（软逻辑）等信号的遮断逻辑。
（3）LPC3（LPC3l、L
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