600MW機組“防非停”熱工系統優化改造

賀揚

(江蘇國信揚州發電有限責任公司，江蘇揚州225131)

0 引言

江蘇國信揚州發電有限責任公司裝設2臺600 MW機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進三井巴布科克能源公司技術生產的HG1956/25.4－YM型、單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π形、超臨界變壓運行直流鍋爐;汽輪機為東方汽輪機廠引進日立技術生產制造的超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機;公用分散控制系統(DCS)、數字電液控制系統(DEH)、給水泵汽輪機電液控制系統(MEH)、危急遮斷系統(ETS)及給水泵汽輪機危急遮斷系統(METS)均采用艾默生公司的Ovation系統，為一體化設計。電廠熱工系統是運行中的重要系統，如果不夠完善，可能會引起機組的誤動或拒動，對機組安全、穩定運行構成了嚴重威脅。自機組投產以來，分階段對熱工系統的隱患進行了排查，對存在的問題進行了分析，提出了有效的整改方案并利用大、小修的機會進行了實施。

1 存在的主要問題及改造方案

1.1 控制系統

1.1.1 公用系統控制分列改造式，#3，#4機組各為一個網絡，公用系統掛在#3機組網絡上，#4機組可通過核心交換機對公用系統進行訪問。公用系統共設2對DPU，其中#31DPU為循環水遠程及空氣壓縮機控制系統，#32DPU為公用電氣系統，網絡結構如圖1所示。雖然公用系統采取了從2臺機組分別供電的方式，但由于4臺循環水泵及5臺空氣壓縮機全部包括在#31DPU中，因此，除非2臺機組同時停運，否則公用分散控制系統(DCS)無法停下來進行試驗、檢修等工作。

改造方案:由于運行方式能夠滿足循環水泵和空氣壓縮機進行分列，因此，利用2臺機組停機的機會對#31DPU進行了分列改造。在#4機組上增加了1對控制器及相應的電源模塊、通信卡件、I/O卡件及背板、預制電纜等，用于#4機組4A/4B循環水泵、空氣壓縮機34D/34E及其相關設備的控制;循環水泵房的遠程柜利用原來的遠程I/O擴展機柜作為#4機組的遠程I/O柜，增加相應電源模塊、通信卡件、I/O卡件及背板、預制電纜等，并通過新敷設的光纜連接在#4機組的#31DPU上。將對應的控制器及機柜的電源進行改造，由原來2臺機組各給公用控制器供一路電改為分別由各自的機組供2路冗余電源。公用電氣系統由于無法分列則不進行改造。

1.1.2 主保護三取二信號徹底分散

圖1 Ovation系統網絡結構圖

存在的問題:Ovation控制系統每個DPU最多帶1個擴展柜，主柜和擴展柜分別帶4條支線，每條支線上最多可插8塊I/O模件。參與MFT保護

存在的問題:Ovation控制系統采用以太網方的總風量低及省煤器入口流量低“三取二”信號雖然分列在不同的卡件中，但3個信號所在的開關量輸入卡在同一支線上，如果支線發生故障，也會導致鍋爐主燃料跳閘(MFT)保護的誤動和拒動。

改造方案:將總風量低及省煤器入口流量低MFT信號分散到A，B，C3個不同支線的不同卡件上，保證在一條支線故障的情況下保護不會誤動或拒動。

1.1.3 MFT跳輔機保護優化

MFT跳各類輔機共有3套保護:第1套是MFT繼電器直接輸出到輔機的跳閘繼電器;第2套為MFT跳閘繼電器輸出到輔機控制邏輯所在的DPU，通過邏輯輸出到輔機的跳閘繼電器;第3套為MFT信號通過DPU1輸出開關量信號到輔機控制邏輯所在的DPU，通過邏輯輸出到輔機的跳閘繼電器。

存在的問題:第3套保護和第2套保護在輔機控制邏輯所在的DPU側接在同一開關量輸入卡件的同一通道上，信號流程如圖2所示。在第2套保護中，1個MFT跳閘繼電器輸出多個接點，分別到不同的DPU，一旦該繼電器誤動作，則所輸出的所有DPU的輔機均跳閘，可能會導致跳機，存在安全隱患。

改造方案:由于第2套保護與第3套和第1套保護在功能上重復且存在誤動隱患，因此取消第2套保護，拆除第2套保護MFT繼電器進各個DPU開關量輸入卡件的接線。改造后的信號流程如圖3所示。

1.1.4 MFT保護動作跳輔機信號分散改造

存在的問題:MFT動作后跳A/B/C/D層燃料、跳A/B側風機及跳A/B給水泵汽輪機的信號集中在同一卡件上，如果卡件出現故障，會導致多層燃料或兩側輔機均誤動或失去保護，誤動、拒動風險較高。

改造方案:將不同燃料層和兩側輔機信號分散到不同支線的不同卡件上，保證在1條支線或1塊卡件故障的情況下不會造成大面積輔機誤動或拒動。

1.1.5 MFT動作信號優化改造

存在的問題:MFT動作信號送各個DPU，但實際邏輯中1個信號送多個DPU，跳多個DPU所控制的現場設備，如果該信號發生誤動，則會引起多個輔機誤跳，誤動影響面擴大，而且信號需通過網絡傳遞，增加了網絡的通信負荷。

改造方案:由于MFT送各個DPU信號僅作用于本DPU設備，即原信號所在DPU號與現場設備所在DPU號一致的，邏輯信號無需修改，原信號所在DPU號與現場設備所在DPU號不一致的，需將原信號修改成設備所在DPU的MFT信號。這樣，即使單個信號誤動也僅影響到本DPU的輔機，對其他DPU的輔機沒有影響;另外，由于MFT跳各輔機信號均取自本DPU，減小了網絡通信負荷，提高了網絡的安全性。

1.1.6 軟件優化

對系統I/O點進行比對檢查，將系統內有沖突的無效點刪除，將點組態中不合適的選項修改或取消，減少系統內頻發事件的量，減少系統負荷。由于模擬量控制中諸多功能塊存在質量判斷功能，如果設置不當，當某一個現場測點故障時，有可能使故障擴大化，引發煤量、風量等調節異常，甚至引起機組甩負荷或停機。將閉環控制回路中的質量判斷功能梳理并修改，使機組在測點故障時能朝著安全的方向運行。

1.2 單點保護

1.2.1 汽輪機跳閘送MFT信號改造

存在的問題:汽輪機跳閘信號從ETS柜通過網絡通信至DCS柜，在邏輯中轉換成3個開關量輸出信號，送至本柜的3個開關量輸入信號。該“三取二”信號的源頭實際為單點網絡通信信號，汽輪機跳閘觸發MFT保護為假“三取二”保護。

改造方案:從ETS柜中將汽機跳閘信號直接轉換成3個開關量輸出信號，通過硬接線接至原3個開關量輸入信號上，取消原3個開關量輸出信號的接線。

1.2.2 汽輪機單點保護改造

存在的問題:DEH跳閘、高壓缸排汽溫度高、軸承溫度高及振動大等跳閘條件中，現場信號均接至DEH柜，在DEH柜內經過邏輯判斷后各送1個開關量硬接線信號至ETS柜，保護信號為單點保護。

改造方案:由于改造需要增加的信號較多，柜內增加卡件花費較大且有一定難度，為保證留有一定的I/O點余量，采取了以下折中方案:在DEH柜內各增加一硬接線跳閘信號，同時增加一軟跳閘信號，硬接線信號直接從DEH柜通過電纜接至ETS柜，軟信號通過網絡從DEH柜通信至ETS柜。新增硬接線信號、原硬接線單點信號、軟通信信號組成“三取二”邏輯，保證保護的可靠性。通過分析，認為該方案既經濟，又能滿足安全性要求。

1.2.3 主、輔機軸承溫度元件改造

存在的問題:三大風機、大機、給水泵汽輪機、凝結水泵、閉冷泵軸承溫度測量元件為熱電阻元件，參與跳主、輔機保護，斷線或端子接觸不好的情況下會導致阻值變大，控制系統會判斷溫度升高，引起保護誤動。盡管邏輯內已經設置了防溫度突升的保護，但溫度慢慢爬升的情況是不能避免的。

改造方案:對于風機軸承溫度，經現場查看，發現原有同樣位置的3個溫度元件，因此，可改造為“三取二”保護;對于風機的電機軸承溫度及給水泵汽輪機的軸承溫度而言，由于無法開孔安裝第2個元件，因此，采用雙熱電阻“二取二”保護;對于凝結水泵、閉冷泵而言，由于溫度元件所在位置振動較大，因此，更換為雙熱電偶“二取二”保護;對于大機軸承溫度而言，同樣可更換為熱電偶“二取二”保護;另外，溫度元件引線部分為金屬絲包裹的柔性導線，由于內部潤滑油沖刷或振動時與剛性部分的碰磨會導致導線在汽輪機內部斷裂，運行中無法處理，因此對引線部分進行了全鎧裝化改造。經分析研究，將引線改制成直徑3.0～3.5mm的全鎧裝化引線。全鎧裝化的引線在剛性和柔性上均能滿足實際安裝和使用的要求，更結實耐用，運行中不易斷裂，使用壽命長。

由于以上元件大部分采用了雙溫度元件，因此增加了每個信號達到報警值的光字牌報警，一旦出現問題，立即采取處理措施。

1.2.4 軸向位移保護改造

存在的問題:系統最初設計僅在汽輪機的一側安裝2套軸向位移元件，采用二取一保護，誤動幾率大。

改造方案:在平行與原軸向位移元件的汽輪機另外一側，同樣安裝2套元件，邏輯上采用單側“二取一”后再和另外一側“二取一”信號相與，即先“二取一”，再“二取二”。

2 改造綜合考慮的因素

以上改造涉及機組重要保護，在方案設置上綜合考慮了安全性和經濟性，在保證保護安全和充分的基礎上，盡量減少改造所需要的費用。

(1)減少需增加的卡件數量。在“三取二”保護信號分散的項目中，在保證通道分散到3個支線不同卡件的基礎上，首先考慮用空通道，然后采用信號對調的方法，最后再考慮增加卡件。這樣，可以減少改造費用并節省系統資源。

(2)優化信號來源，減少需增設的電纜。在保護單點保護改造項目上，經綜合考慮，減少了1個硬接線信號，采用“兩硬一軟”、“三取二”的方式，該方式不但節省了系統資源和電纜費用，而且非常安全、可靠。一方面，由于Ovation系統通信方式非常安全，一般不會出現通信故障的情況，即使出現通信故障，2個硬接線信號也能滿足保護要求;另一方面，如果一個硬接線信號發生故障，另一個硬接線信號和軟通信信號也能保證保護可靠動作。

(3)利用系統現有信號滿足保護要求。在部分保護改造項目中，在系統中篩選出了能夠完全代表保護含義的信號進行優化組合，在沒有產生任何材料費用的基礎上大大提高了保護的可靠性。

(4)保證現場安裝方式，減少機務改動量。在軸承溫度元件改造時，盡管測溫元件的類型發生了變化，但在加工元件時，要求嚴格按原有元件的外形尺寸制造。改造后的元件尺寸大小和安裝方式同原有的熱電阻相同，無需對原來軸承上的測量孔進行加工，機務無改動量。

3 實施過程中注意事項

(1)實施前仔細核對信號通道和來源，避免產生錯誤的改動。由于此次改造項目較多，有些項目之間還涉及通道互換，因此，在改造前需在現場對每個點進行仔細核對，防止出現保護信號缺失或混亂的情況。

(2)實施過程中需嚴格控制施工質量，防止信號誤動。對電纜的絕緣、接地情況需嚴格測試;對端子的標志和接線的緊固需嚴格驗收;對現場元件的安裝質量也必須嚴格控制，在電纜、儀表管的走向上除了嚴格按相關規范施工外，還需將設備損壞的因素降至最低。

(3)加強改造后的驗收工作，把好最后一道關卡。改造后通道和邏輯的驗收工作是改造能否成功投運的最后一道關卡。首先，在邏輯修改完成后需進行靜態測試，采用從信號源頭發信的方法保證通道的正確性，利用模擬信號的方法檢查邏輯修改的正確性;其次，隨各項聯鎖保護試驗進行動態測試，模擬實際保護動作的環境來保證改造的完整性和正確性。

4 結束語

江蘇國信揚州發電有限責任公司“防非停”熱工系統優化改造歷時3年，分5個階段按系統的重要程度進行了大規模的排查和整改，機組熱工自動化水平和熱工保護的安全性得到了很大提高。隨著今后脫硝系統的改造、脫硫旁路擋板的取消，江蘇國信揚州發電有限責任公司計劃將改造的成功經驗和方法推廣到其他輔機以及脫硫保護的優化中，使整個機組熱工系統的功能更加合理、可靠。