300 MW汽輪機(jī)組控制保安系統(tǒng)與通流部分的協(xié)同改造

歐艷清，舒力，胡建余

(大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南湘潭 411100）

300 MW汽輪機(jī)組控制保安系統(tǒng)與通流部分的協(xié)同改造

歐艷清，舒力，胡建余

(大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南湘潭 411100）

為適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)節(jié)能減排的要求，大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司2號(hào)機(jī)組于2010年大修期間進(jìn)行了通流改造，額定負(fù)荷由300 MW升級(jí)為320 MW。本文針對(duì)改造前后汽輪機(jī)控制保安系統(tǒng)硬件設(shè)備、控制邏輯及接線方式的變化進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比解析，并就調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案進(jìn)行分析說明。

300 MW機(jī)組;控制保安;協(xié)同改造

大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司2號(hào)汽輪機(jī)組是東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N300-16.7/537/537-4，于20世紀(jì)90年代投產(chǎn)。經(jīng)過十多年的生產(chǎn)與運(yùn)轉(zhuǎn)，該機(jī)組已無法滿足當(dāng)前社會(huì)對(duì)節(jié)能減排的更高要求。

2010年，公司決定對(duì)2號(hào)機(jī)組通流部分進(jìn)行大規(guī)模改造，以實(shí)現(xiàn)降低能耗、增強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定性能、提高社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的目的。

根據(jù)改造方案，改造后的機(jī)組，額定負(fù)荷將由300 MW升級(jí)為320 MW。因此，原有的控制保安系統(tǒng)已不能完全適應(yīng)機(jī)組的運(yùn)行要求，必須進(jìn)行協(xié)同改造。

1 液壓保護(hù)系統(tǒng)的改造

1.1 原液壓保護(hù)系統(tǒng)工作原理

1.1.1 低壓保安系統(tǒng)

原低壓保安系統(tǒng)由危急遮斷器、危急遮斷器杠桿、危急遮斷器滑閥、低壓遮斷集成塊、手動(dòng)遮斷閥、危急遮斷器試驗(yàn)閥及復(fù)位閥組成。

低壓保安系統(tǒng)控制油由機(jī)組透平油分4路生成:

①透平油經(jīng)節(jié)流孔進(jìn)入危急遮斷器滑閥下腔室，接受手動(dòng)遮斷閥及低壓遮斷集成塊控制;

②透平油經(jīng)節(jié)流孔進(jìn)入危急遮斷器滑閥上腔室，接受復(fù)位閥控制;

③透平油經(jīng)節(jié)流孔進(jìn)入接口閥上部，形成低壓保安油，接受危急遮斷滑閥控制;

④透平油經(jīng)危急遮斷器試驗(yàn)閥，用于撞擊子試驗(yàn)。

第1路控制油主要完成低壓遮斷功能。然后，危急遮斷滑閥在上部油壓作用下移動(dòng)至下止點(diǎn)，接口閥上部油壓接通排油泄壓，接口閥自動(dòng)打開，泄掉高壓保安油，快速關(guān)閉各進(jìn)汽閥門，遮斷機(jī)組進(jìn)汽。

控制這路油壓的低壓遮斷集成塊由4只電磁閥先并聯(lián)后串聯(lián)作為前置級(jí)，加1個(gè)卸荷閥作為放大級(jí)組成。接受電氣遮斷信號(hào)，掛閘狀態(tài)下一旦帶電，卸荷閥打開，就會(huì)排掉滑閥下部油壓。

手動(dòng)遮斷閥動(dòng)作則直接排掉危急遮斷器滑閥下油壓，實(shí)現(xiàn)機(jī)組手動(dòng)遮斷功能。

第2路控制油實(shí)現(xiàn)機(jī)組掛閘功能。當(dāng)復(fù)位閥帶電后，泄掉危急遮斷器滑閥上部油壓，滑閥在其底部油壓作用下，上升至上止點(diǎn)，將排油口封住，建立低壓安全油，即產(chǎn)生第3路低壓控制油壓。遮斷狀態(tài)組件3個(gè)壓力開關(guān)，監(jiān)視壓力建立與否，產(chǎn)生機(jī)組“已掛閘”或“已遮斷”信號(hào)。

第4路低壓控制油壓主要用來實(shí)現(xiàn)機(jī)組噴油試驗(yàn)，活動(dòng)雙通道危急遮斷器中的2個(gè)撞擊子，以保證機(jī)械超速功能的完備。

1.1.2 高壓保安系統(tǒng)

高壓保安油由EH油泵輸出壓力油，經(jīng)濾油器進(jìn)入高壓油管道形成。油壓建立，在DEH控制下，高壓油可以通過伺服閥或電磁閥，進(jìn)入各進(jìn)汽閥油動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)各閥門。

汽機(jī)掛閘后，由EH油泵及高壓蓄能器共同維持的壓力油，經(jīng)各主汽閥油動(dòng)機(jī)卸荷閥及節(jié)流孔形成高壓保安 (HPT)油，到達(dá)高壓遮斷 (HPT)集成塊和接口閥。壓力油經(jīng)各調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)卸荷閥及節(jié)流孔形成超速限制 (OSP)油，到達(dá)超速限制(OSP)集成塊前，同時(shí)通過單向閥與HPT油路相通。

機(jī)組遮斷時(shí)，HPT集成塊電磁閥帶電或接口閥打開，都可以泄掉HPT油，同時(shí)通過單向閥，泄掉OSP油，使各卸荷閥開啟，排掉各進(jìn)汽閥油動(dòng)機(jī)活塞下壓力油，在彈簧力與蒸汽壓力作用下，各進(jìn)汽閥快速關(guān)閉，遮斷機(jī)組進(jìn)汽。

當(dāng)發(fā)生甩負(fù)荷工況或轉(zhuǎn)速達(dá)到103%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，OSP集成塊電磁閥帶電，泄掉OSP油，各調(diào)節(jié)汽閥卸荷閥開啟，排掉油動(dòng)機(jī)活塞下壓力油，調(diào)節(jié)汽閥快速關(guān)閉。2 s脈沖期后，可以重新打開各調(diào)節(jié)汽閥。HPT集成塊，OSP集成塊的結(jié)構(gòu)與低壓遮斷 (LPT)集成塊類似，由4個(gè)電磁閥組成串并結(jié)構(gòu)。

接口閥與遮斷狀態(tài)組件組成高、低壓系統(tǒng)接口裝置，作用是將低壓保護(hù)系統(tǒng)的掛閘及遮斷信號(hào)傳遞給高壓系統(tǒng)。

1.2 改造后的液壓保護(hù)系統(tǒng)工作原理

在2號(hào)機(jī)組通流改造中，更換了機(jī)組前端箱，極大地簡化了保安油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.2.1 低壓保安系統(tǒng)

低壓保安系統(tǒng)由危急遮斷器、危急遮斷器裝置、遮斷隔離閥組、機(jī)械遮斷機(jī)構(gòu)、手動(dòng)停機(jī)機(jī)構(gòu)、復(fù)位試驗(yàn)閥組、機(jī)械停機(jī)電磁鐵和導(dǎo)油環(huán)等組成，如圖1。

圖1 改造后的液壓保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)中，低壓油只用來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方掛閘及噴油試驗(yàn)功能。遠(yuǎn)方掛閘流程如下:

操作臺(tái)發(fā)出掛閘指令，復(fù)位試驗(yàn)閥組中的復(fù)位電磁閥 (1YV)帶電動(dòng)作，將潤滑油引入危急遮斷器裝置活塞側(cè)腔室，活塞上行到上止點(diǎn)，使危急遮斷器撐鉤復(fù)位，通過杠桿將遮斷隔離閥組的機(jī)械遮斷閥復(fù)位，高壓保安油的排油口被封住，建立高壓保安油。

壓力開關(guān)組件中PS1，PS2，PS3開關(guān)檢測到高壓保安油已建立，向DEH系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，使復(fù)位電磁閥 (1YV)失電，危急遮斷器裝置活塞回到下止點(diǎn)，此時(shí)行程開關(guān)ZS1，ZS2常開觸點(diǎn)均斷開，掛閘程序完成。

1.2.2 改造后高壓保安系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)取消了接口閥，其功能由遮斷隔離閥組中的機(jī)械遮斷閥完成。當(dāng)危急遮斷裝置動(dòng)作時(shí)，圖1中杠桿右移，ZS2行程開關(guān)觸點(diǎn)閉合，機(jī)械遮斷閥將高壓保安油接通排油，高壓保安油壓失去，機(jī)組快速遮斷進(jìn)汽。

HPT高壓遮斷模塊與OSP超速限制模塊部分保持不變。遮斷狀態(tài)組件3個(gè)壓力開關(guān)直接監(jiān)視高壓保安油壓建立與否，送至DEH系統(tǒng)，產(chǎn)生“已掛閘”或“已遮斷”信號(hào)。

從可靠性角度考慮，該系統(tǒng)設(shè)置有電氣、機(jī)械及手動(dòng)3種冗余的遮斷手段。

電氣遮斷可以由機(jī)械停機(jī)電磁鐵和高壓遮斷模塊同時(shí)完成，因此電氣遮斷功能本身也是冗余的。一旦接受電氣停機(jī)信號(hào)，同時(shí)使機(jī)械停機(jī)電磁鐵和高壓遮斷模塊帶電。

機(jī)械停機(jī)電磁鐵帶電動(dòng)作，通過機(jī)械遮斷機(jī)構(gòu)的杠桿使危急遮斷器撐鉤脫扣，機(jī)械遮斷閥動(dòng)作，將高壓保安油的排油口打開，泄掉高壓保安油，快速關(guān)閉各主汽、調(diào)節(jié)閥門，遮斷機(jī)組進(jìn)汽。

高壓遮斷模塊帶電，直接泄掉高壓保安油，同樣達(dá)到機(jī)組快速遮斷目的。

機(jī)械超速遮斷功能由危急遮斷器、危急遮斷器裝置、遮斷隔離閥組和機(jī)械遮斷機(jī)構(gòu)共同完成。動(dòng)作轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的110% ～111%(3 300～3 330 r/min)。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到危急遮斷器設(shè)定值時(shí)，飛錘擊出，打擊危急遮斷器裝置的撐鉤，使撐鉤脫扣，通過機(jī)械遮斷機(jī)構(gòu)使遮斷隔離閥組的機(jī)械遮斷閥動(dòng)作，泄掉高壓保安油，快速關(guān)閉各進(jìn)汽閥，遮斷機(jī)組進(jìn)汽。

機(jī)頭前端箱前設(shè)有手動(dòng)停機(jī)機(jī)構(gòu)，供就地手動(dòng)緊急停機(jī)用。手拉停機(jī)機(jī)構(gòu)拉桿，通過機(jī)械遮斷機(jī)構(gòu)使危急遮斷器裝置的撐鉤脫扣，泄掉高壓保安油，實(shí)現(xiàn)機(jī)組遮斷功能。

2 控制邏輯的變更

針對(duì)就地硬件設(shè)備的改變，控制邏輯須相應(yīng)作出調(diào)整，以適應(yīng)新系統(tǒng)的運(yùn)作需求。此次邏輯組態(tài)調(diào)整主要包括2個(gè)方面:a.掛閘邏輯;b.噴油試驗(yàn)邏輯。

2.1 掛閘邏輯的變更

本次通流改造中，液壓保護(hù)系統(tǒng)硬件設(shè)備作出了較大的調(diào)整，取消了原系統(tǒng)中的低壓保安油系統(tǒng)。

改造后的低壓油已經(jīng)沒有“保安”的實(shí)質(zhì)，只用來完成掛閘及試驗(yàn)的功能。原系統(tǒng)中3個(gè)低壓保安油壓監(jiān)視開關(guān)PS4，PS5，PS6由高壓保安油壓監(jiān)視開關(guān)PS1，PS2，PS3取代。掛閘信號(hào)邏輯見圖2。

圖2 新掛閘信號(hào)邏輯

掛閘時(shí)，復(fù)位電磁閥 (1YV)帶電，將透平油引入危急遮斷器裝置活塞側(cè)腔室，活塞上行到上止點(diǎn)，使撐鉤復(fù)位，通過杠桿將遮斷隔離閥組的機(jī)械遮斷閥復(fù)位，將高壓保安油的排油口封住，建立高壓保安油。

當(dāng)壓力開關(guān)組件中的開關(guān)PS1，PS2，PS3動(dòng)作，“三取二”形成高壓保安油已建立信號(hào)，DEH系統(tǒng)檢測到后，使復(fù)位電磁閥 (1YV)失電，危急遮斷器裝置活塞回到下止點(diǎn)，行程開關(guān)ZS1的常開觸點(diǎn)復(fù)位，DEH系統(tǒng)判定掛閘程序完成。

改造后機(jī)組已跳閘信號(hào)判定保留原來3個(gè)壓力開關(guān)“三取二”信號(hào)，并增加了行程開關(guān)ZS2在跳閘位與之相與。其中油壓開關(guān)監(jiān)視高壓保安系統(tǒng)狀態(tài)，行程開關(guān)監(jiān)視低壓保安系統(tǒng)狀態(tài)，增強(qiáng)了信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性。調(diào)試時(shí)，務(wù)必將ZS1，ZS2的位置確定好，其中ZS1最好定在杠桿上止點(diǎn)和下止點(diǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作和復(fù)位，避免由于杠桿卡在中間位而ZS1發(fā)出誤信號(hào)。掛閘脈沖指令信號(hào)的長短根據(jù)機(jī)組實(shí)際掛閘過程時(shí)間而定，一般略長于實(shí)際掛閘時(shí)間即可。

2.2 噴油試驗(yàn)方式的變更

若汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速太高，由于離心應(yīng)力的作用，會(huì)損壞汽輪機(jī)。雖然DEH系統(tǒng)中配置了超速限制及保護(hù)功能，但如果DEH轉(zhuǎn)速信號(hào)故障或超速模件 (MFP)故障，就會(huì)失去DEH電氣超速保護(hù)功能，因此實(shí)現(xiàn)機(jī)械超速保護(hù)功能就顯得尤為重要。

為防止在機(jī)組出現(xiàn)超速時(shí)，因?yàn)榭嘛w錘不能迅速飛出遮斷汽輪機(jī)，需要定期對(duì)飛錘進(jìn)行活動(dòng)實(shí)驗(yàn)。噴油試驗(yàn)就是在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，將低壓透平油注入危急遮斷器飛錘腔室，將飛錘壓出但不遮斷汽輪機(jī)的試驗(yàn)。此試驗(yàn)方式的變更，是通過控制邏輯，結(jié)合就地設(shè)備來完成的。

2.2.1 原噴油試驗(yàn)方式

改造前的機(jī)械超速系統(tǒng)采用了冗余設(shè)計(jì)。2個(gè)飛錘，2個(gè)危機(jī)遮斷器閥，用杠桿將它們聯(lián)系起來。通過移動(dòng)杠桿，使噴出的飛錘不會(huì)遮斷汽輪機(jī)。

以1號(hào)飛錘試驗(yàn)為例，操作員發(fā)出指令后，2YV電磁閥帶電，透平油進(jìn)入活塞室，使杠桿右移，油壓開關(guān)PS3檢測到杠桿右移成功，則使1YV電磁閥帶電，透平油注入1號(hào)飛錘腔室，將飛錘壓出，相應(yīng)磁阻傳感器檢測到信號(hào)后，則試驗(yàn)成功，電磁閥1YV，2YV失電。

2.2.2 改造后噴油試驗(yàn)方式

改造后的噴油試驗(yàn)系統(tǒng)主要由2YV(噴油試驗(yàn)電磁閥)，4YV(噴油試驗(yàn)隔離閥)，ZS4(噴油試驗(yàn)隔離閥在試驗(yàn)位)、ZS5(噴油試驗(yàn)隔離閥在正常位)組成，結(jié)構(gòu)參見圖1。

飛錘試驗(yàn)時(shí)，按下“飛錘噴油試驗(yàn)”按鈕，將“試驗(yàn)鑰匙”開關(guān)旋到“試驗(yàn)”位置。此時(shí)邏輯使遮斷隔離閥組的隔離控制閥4YV帶電，高壓保安油的排油被截?cái)唷Ｕ跀喔綦x閥組上設(shè)置的行程開關(guān)ZS4的常開觸點(diǎn)閉合、ZS5的常開觸點(diǎn)斷開，邏輯檢測到信號(hào)后，使復(fù)位試驗(yàn)閥組的噴油電磁閥2YV帶電，透平油壓力油被注入危急遮斷器飛錘腔室，危急遮斷器飛錘擊出，打擊危急遮斷器撐鉤，使之脫扣。行程開關(guān)ZS2動(dòng)作，邏輯即確認(rèn)試驗(yàn)成功，使復(fù)位試驗(yàn)閥組的噴油電磁閥2YV失電、復(fù)位電磁閥1YV帶電15 s，復(fù)位危急遮斷器撐鉤。行程開關(guān)ZS1的常開觸點(diǎn)閉合、ZS2的常開觸點(diǎn)斷開后，隔離控制閥4YV失電，飛錘噴油試驗(yàn)完畢。

不難看出，改造后的噴油試驗(yàn)在活動(dòng)飛錘的同時(shí)，整個(gè)機(jī)械超速遮斷系統(tǒng)進(jìn)行了連鎖的動(dòng)作試驗(yàn)，極大地提高了試驗(yàn)的可靠性和全面性。

3 控制回路接線方式的變更

圖3 改造前跳閘回路接線圖

原系統(tǒng)中存在4個(gè)低壓跳閘電磁閥:6YV，7YV，8YV，9YV，接線方式如圖3。圖中R1，R2，R3，R4為DEH系統(tǒng)跳閘繼電器輸出接點(diǎn)，ETS1，ETS2，ETS3，ETS4為ETS系統(tǒng)跳閘繼電器輸出接點(diǎn)。DEH或ETS系統(tǒng)跳閘繼電器冗余輸出接點(diǎn)閉合后，4個(gè)低壓跳閘電磁閥帶電，實(shí)現(xiàn)跳閘功能。

改造后機(jī)械停機(jī)電磁鐵3YV取代原來4個(gè)低壓跳閘電磁閥，完成電氣跳閘任務(wù)。系統(tǒng)相對(duì)簡化，為保障機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性能，保留了原來所有的跳閘輸出接點(diǎn)。控制回路接線方式如圖4。跳閘輸出接點(diǎn)采取串并結(jié)構(gòu)，1組DEH系統(tǒng)跳閘輸出接點(diǎn)與ETS系統(tǒng)跳閘輸出接點(diǎn)并聯(lián)后，再與第2組同樣并聯(lián)接點(diǎn)串聯(lián)，既防誤動(dòng)，也防拒動(dòng)。

圖4 改造后跳閘回路接線圖

調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)ETS系統(tǒng)跳閘輸出接點(diǎn)并不會(huì)因?yàn)闄C(jī)組跳閘成功而復(fù)位，導(dǎo)致在停機(jī)狀態(tài)下，機(jī)械停機(jī)但電磁鐵3YV將長期帶電。由于3YV功率比較大，將使得線圈容易過熱損壞。

在DEH控制回路中加入繼電器R5，R6。機(jī)組跳閘成功后，行程開關(guān)ZS2常開觸點(diǎn)閉合，使繼電器R5，R6帶電動(dòng)作，切斷ETS系統(tǒng)跳閘控制回路電源。機(jī)組掛閘后，繼電器R5，R6失電，重新接通ETS系統(tǒng)跳閘控制回路電源，使得3YV不管在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)還是運(yùn)行狀態(tài)，都不再長期帶電，且能保證其設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)束語

大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司2號(hào)機(jī)組通流改造后，各類指標(biāo)都得以優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)性能明顯提高。控制保安系統(tǒng)經(jīng)過多次保護(hù)試驗(yàn)，均能正常動(dòng)作。機(jī)組經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行，未發(fā)生任何影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的問題，改造效果良好，為同類型機(jī)組的類似升級(jí)改造積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

TK264.2

B

1008-0198(2011)03-0056-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.019

2011-01-28