改造燃機三大系統 確保電廠本質安全

錢育軍

（華能南山電廠，海南 三亞 572000）

創建本質安全型企業是當前電力系統的重要目標之一，它需要企業把人員、設備系統、環境、人—機系統、管理等諸多要素的本質安全有機地融合起來，形成一個最佳集合體。華能南山電廠近年來在創建本質安全型企業方面進行了大量卓有成效的工作，尤其是著重加強了設備的綜合治理力度，先后投資100多萬元，對燃機的超速保護系統、防火系統和自動電壓調節系統進行了全面的技術和國產化改造，這在國內燃機電廠中尚屬首次。通過改造，有力地確保了電廠設備系統的本質安全。

1 超速保護系統改造

電廠采用的FT 8-1型雙聯燃機屬于輕型航改機，由雙轉子帶動力渦輪與發電機相連，無機械超速保護，只有電氣超速保護。電氣超速保護分為軟、硬保護2部分。硬超速保護由動力渦輪轉子的磁性傳感器ST 008和超速保護開關采用或門邏輯來實現，其輸出信號直接跳燃機和解列發電機，如圖1所示。燃機雙聯運行時，可接入任何一臺機組的1個ST 008超速傳感器信號；燃機單聯運行時，只能接入運行機組的1個ST 008超速信號。軟超速保護采用3種不同轉子的多個轉速傳感器信號(低壓轉子ST 001-002，高壓轉子ST 003-005，動力渦輪轉子ST 006-007)，分別選擇微分值最小的輸入控制系統監視各自的轉子是否超速，然后控制系統再據此發出燃機跳機或發電機解列的命令。

由于硬超速保護的ST 008輸入信號單一、可靠性不高，且所有轉子的速度傳感器(ST 001-008)不耐高溫，容易失效誤動，曾出現過年跳7次燃機的不良記錄。

2002年2月，電廠對燃機硬超速保護系統進行了改造。首先，硬超速保護改采用美國W OODW ORD公司生產的PROT ECH 203超速保護系統，其保護邏輯如圖2所示。它有A,B,C3個輸入信號，分別接入A，B機的ST 008超速信號，C機信號未接入,設定保護正常。當A,B,C中有2個信號同時出現超速時，機組才跳閘解列。如果燃機單聯運行，則設定退備機組的ST 008信號為超速狀態；當運行機組的信號輸入也為超速狀態時，超速保護動作，機組將跳機解列。另外，改造后的硬超速保護系統還能對輸入信號首先進行失效判斷。如果失效，信號將被屏蔽，確保只有真實的超速信號才參與超速判斷。因此，無論FT 8-1燃機是單聯還是雙聯運行，該超速保護系統均能正確動作，無誤動作的可能。

其次，所有速度傳感器均采用耐高溫和壽命較長的新型傳感器，并在輸入回路上安裝控制開關(超速傳感器ST 008除外)。對于指示不正常的速度傳感器，可以及時將其輸入信號切除，避免誤跳機。

改造后的FT 8-1雙聯燃機超速保護系統，有效地解決了輸入信號的無智能判斷和單一的問題，還采用了更符合現場實際的速度傳感器，因此系統可靠性大大提高。自2002年3月改造好后，超速保護系統再無誤動發生。

2 防火系統改造

FT8-1雙聯燃機的防火系統與9 E，9F型燃機類似，是按照NFPA12(美國國家防火協會)有關CO2滅火系統標準規定設計的，分為燃機箱體火情防護、天然氣泄漏和控制間煙霧探測3大系統，如圖3所示。其防火系統由CO2瓶模塊、溫感探測器、CO2釋放信號(壓力)開關、天然氣泄漏探測器、煙霧探頭等部件組成。

據不完全統計，自1994年華能南山電廠投入商業運營后的10年間，防火系統故障多達25起，機組多次跳機解列，累計損失電量超過400MW，企業的經濟效益和社會形象多次受損。究其原因，是防火系統的設計存在多種固有缺陷。

(1) 火情探測器種類單一，數量眾多，缺乏綜合判斷功能。這是該系統最大的缺陷。1臺FT 8-1雙聯燃機采用16個溫度傳感器作為3個受保護區域的箱體(燃機A，B箱體、發電機箱體)溫度是否超標的監測器。當它們中任何一個的監測溫度達到設定溫度值時即判斷為著火，CO2系統將發出火情報警并向該區域釋放CO2，同時將機組打閘解列。防火系統控制邏輯如圖4所示。很顯然，這種設計存在不足，其判據單一，僅“聽”一面之詞，所以，只要有1個溫度傳感器故障誤判，防火系統必定引發跳機和CO2滅火。此外，同一區域布置的溫度測點一般是4個或6個，若數量過多，必然增加系統故障的概率。

(2) 部分元件工作環境惡劣，容易誤動作。除溫度傳感器和天然氣泄漏探測器布置在機組箱體內之外，其余的設備均暴露在外部環境中，長期遭受日曬雨淋，經常發生進水短路、絕緣老化、安全膜破裂等異常導致的系統誤報警、誤跳機、誤噴CO2等情況。

(3) 進口防火系統的元件使用15年以來，性能逐步下降，但受訂貨困難或價格的影響，一直帶“病”運行。

為此，華能南山電廠從2004年10月起陸續對原防火系統進行了技術改造。改造方案遵循原來的控制原理，并盡量保持原有的功能和測點，僅改善系統的可靠性。即，保留了原來燃機箱體火情防護、天然氣泄漏和控制間煙霧探測3個系統，保留了天然氣泄漏跳機、煙霧探測報警功能，同時增加了火情輔助判斷功能，取消部分跳機功能。具體改造情況如下。

首先，在受保護的每一個區域再加裝2個SS-4 A/-2型多頻譜數字光電火焰探測器，以實現在同一區域內至少有1個溫感和光感探測器同時檢測到火情時，防火系統才會自動跳機和滅火；否則，任何單方面監測到的火情僅報警，不跳機和滅火，以保證系統的可靠性。改造后的防火系統控制邏輯如圖5所示。

其次，將可燃氣體泄漏探測器的變送器移至低溫區域，以減少干擾因素；給CO2瓶和壓力開關加裝遮雨、遮陽棚，防止CO2瓶溫度超過60℃時CO2擠破安全膜噴發。

第三，將感受CO2母管壓力的跳機信號改為報警信號，防止壓力開關誤動而導致跳機滅火；將天然氣泄漏跳機的整定值從最低爆炸極限濃度60%修改為40%。第四，2008年12月，將部分防火控制器進行國產化改造，以方便及時維護和設備元件更新。

改造后的FT 8-1燃機防火系統信號采集多樣化并具有冗余判斷功能，性能穩定，檢測可靠，無誤報、誤動作可能存在；同時，備件供應快，檢修周期短，實現了預期的改造目的。

3 電壓調節系統改造

FT 8-1燃機發電機組采用英國BRU SH公司生產的三機自勵無刷勵磁調節系統，具有自動和手動電壓調節功能。自動電壓調節器屬于模擬型自動電壓調節器，外圍設備多，容易老化，機械部件常常卡澀。從2001年4月至2008年7月的統計數據可以看出，自動電壓調節器的故障主要集中在功率因數卡、電動設定電位器、勵磁監視卡和電壓控制卡等元件上。表現為低勵磁誤動作，勵磁自動轉換；無功波動大，控制不穩定；電動設定電位器來回頻繁擺動等缺陷。累計出現10次故障，事故率比較高，電廠不得不多次停機處理。

鑒于電壓調節器存在以上不足，華能南山電廠在2009年2月對電壓調節系統進行了改造。改造后的電壓調節系統采用國內成熟的微機勵磁自動電壓調節器，主要由南瑞繼保電氣有限公司生產的RCS-9410數字勵磁調節器和RCS-9420可控硅整流器等裝置組成，具有微機保護、容錯技術、冗余控制和快速逆變滅磁的特點。

國產自動電壓調節器投產近1年來，運行更安全可靠，維護試驗更方便，完全適應燃機電廠調峰、調壓、孤網運行頻繁的工作特點。

4 結束語

華能南山電廠對FT 8-1雙聯燃機的超速保護系統、防火系統和電壓調節系統實施的技術和國產化改造，是在創建本質型安全企業方面進行的一次有益嘗試。它不僅提高了進口設備國產化比例，解決了輸入信號單一和系統缺乏智能判斷的固有缺陷，還方便了運行和維護，并在改造中體現了安全，在安全中創造了效益。

1 王之魁. 創建本質安全型企業[J].電力安全技術，2007，9(1).

2 黃雪中，孟廣太. 燃氣輪機低壓二氧化碳火災保護系統[J]. 發電設備，2008，22(1).

3 熊傳良. 發電機勵磁系統自動電壓調節器工作原理及故障處理[J].燃氣輪機發電技術，2009，11(2).