9E燃氣輪機Mark V控制系統保護雙重化改進

李宏蓮，王歡歡

(上海奉賢燃機發電有限公司，上海 201403)

0 引言

華電上海奉賢燃機發電有限公司(以下簡稱奉賢發電公司)現有4套180MW 9E級重型燃氣(燃油)聯合循環機組，是上海配合國家“西氣東輸”工程建設的發電項目，于2005年年底投產，是上海市的主力調峰機組。奉賢發電公司4臺燃氣輪機為美國GE公司生產的PG9171E型燃氣輪機，配套杭州鍋爐廠生產的余熱鍋爐和上海汽輪機廠生產的LZN55－5．6/0．65型汽輪機，平時燃用天然氣發電，在天然氣供應緊缺時燃油(柴油)發電。

奉賢發電公司機組控制系統采用混合控制方式，燃氣輪機采用GE公司Mark V三冗余控制系統，余熱鍋爐、汽輪機、公用和輔助系統采用上海福克斯波羅公司的I/A’S控制系統。機組自投運以來，發生過多次控制系統保護誤動的情況，嚴重影響了機組的安全、穩定運行。作為上海電網的主力調峰機組，要求能“召之即發，發之即優”，因此，提高保護動作的準確率、改善機組的穩定運行水平勢在必行。近年來，奉賢發電公司相關專業人員對原有控制系統進行了全面排查，特別是對主輔機保護中的“單點保護”回路進行了重點梳理，逐步實施了多項技術改進和治理措施，較好地改善了機組的安全運行水平，為地方電網的穩定貢獻了一份力量。本文將針對9E燃氣輪機Mark V控制系統中所實施的保護改進項目進行分析。

1 防喘放氣閥限位開關保護改進

9E燃氣輪機本體設有4個防喘放氣閥，在正常情況下，機組并網后其控制電磁閥帶電，4個防喘放氣閥同時關閉;機組未并網或解列后，控制電磁閥失電，4個防喘放氣閥同時打開。這4個防喘放氣閥的狀態至關重要，在機組并網后若任一防喘放氣閥未關閉，就會引起燃氣輪機減負荷直至解列;在燃氣輪機轉速低于95%額定轉速時，任一防喘放氣閥未打開，就會引起燃氣輪機跳閘。而原設計每個防喘放氣閥只有1個限位開關(開反饋)來表征閥門的開關狀態，該信號在控制邏輯中直接參與燃氣輪機主保護，屬于“單點保護”的范疇。由于燃氣輪機防喘放氣閥長期運行在高溫環境中，其限位開關逐漸老化，由此發生了數次限位開關故障引起的保護誤動事件。

1．1 保護功能的改進

為了徹底消除該隱患，保證機組安全、穩定運行，針對每個防喘放氣閥加裝1個限位開關(關反饋)，這樣每個閥門的狀態由2個信號(開反饋和關反饋)綜合得出，任一反饋裝置故障均不會引起保護動作，從而實現燃氣輪機保護雙重化的目的。

改進前、后閥門開狀態的表征如圖1和圖2所示。每個閥門關狀態的表征與開狀態同理。

圖2 現閥門開狀態的表征

1．2 操作畫面上閥門顏色組態的更改

原閥門的開反饋信號為“1”時，在畫面上顯示紅色，否則為綠色。現在改為:閥門的開反饋信號為“1”同時關反饋信號為“0”時，閥門顯示紅色;閥門的開反饋信號為“0”同時關反饋信號為“1”時，閥門顯示綠色;若開反饋和關反饋信號同時為“1”或同時為“0”，閥門顯示黃色，表示故障狀態。改進之后，畫面的顏色顯示能夠更好地表征閥門的實際狀態。

1．3 增加報警功能

任一防喘閥的開反饋與關反饋信號同時存在或同時消失，系統均延時3 s發出“防喘放氣閥故障”報警，提醒運行人員判斷處理。

該項改進實施后，已成功避免數次保護誤動、機組跳閘的情況，達到了預期效果。

2 燃氣輪機輕油壓力保護改進

9E燃氣輪機輕油管道上燃油關斷閥之前裝設有1個低油壓開關(63FL－2)，當燃氣輪機的輕油運行壓力低于設定值時，此低油壓開關就會動作，燃氣輪機跳閘。作為燃氣輪機輕油運行時的主保護，只取了1個開關量信號，極易發生測點故障引起的跳機，存在較大安全隱患。為此，在燃油截止閥前加裝1臺燃油壓力變送器(96FL－2)，其信號和原有的開關量信號一起參與主機保護，實現燃油壓力保護雙重化。

2．1 保護邏輯的更改

原邏輯中，在燃油截止閥打開且完全油燃料的情況下，燃油壓力低開關63FL－2動作，延時5 s燃氣輪機跳閘。現邏輯改為:在燃油截止閥打開且完全油燃料的情況下，燃油壓力低開關63FL－2動作且輕油壓力(96FL－2顯示值)低于一定值，延時10 s燃氣輪機跳閘。這樣，單一的測點故障就不會引起燃氣輪機保護動作。

2．2 報警邏輯的更改

在原邏輯中，當燃油截止閥打開時，燃油壓力低開關63FL－2動作，延時2 s發出“燃油壓力低”報警。現邏輯改為:當燃油截止閥打開時，燃油壓力低開關63FL－2動作或者燃油壓力(96FL－2顯示值)低于一定值，延時2 s發出“燃油壓力低”報警。當輕油壓力有異常波動或油壓測量裝置故障時，此報警會及時發出，便于運行人員判斷處理。

2．3 畫面優化

在燃氣輪機畫面“Start-up”和“Liquid Fuel”中的對應位置增加輕油壓力(96FL－2顯示值)的模擬量顯示，便于運行人員在運行中監測輕油壓力。

3 燃氣輪機負荷聯軸間蝸殼溫度保護改進

原設計9E燃氣輪機在并網后，負荷聯軸間蝸殼溫度測點溫度高于一定值時，燃氣輪機自動降負荷至機組解列。該保護只用了1個測點，該測點故障將直接導致機組解列，不滿足主機保護冗余配置的要求，可靠性較差。為保證機組的穩定運行，增加了1個負荷聯軸間蝸殼溫度測點(具體安裝位置由GE公司提供)，二者一起參與邏輯判斷，實現燃氣輪機負荷聯軸間蝸殼溫度保護的雙重化。

3．1 保護功能改進

測點加裝后，保護邏輯改為:燃氣輪機并網后，負荷聯軸間蝸殼溫度測點1和測點2的溫度都高于一定值時，系統發出“負荷聯軸間蝸殼溫度高/自動減負荷”報警，同時，燃氣輪機自動降負荷直至機組解列。

3．2 報警功能改進

增加2條報警:測點1的溫度大于一定值或者測點2的溫度大于一定值時，系統發出“負荷聯軸間蝸殼溫度高”報警;當測點1與測點2溫度的偏差大于設定值時，系統發出“負荷聯軸間蝸殼溫度偏差大”報警。這2條報警可以及時反映出2個溫度測點的不正常狀態，便于及時發現并處理故障。

4 燃氣輪機壓氣機出口壓力保護系統改進

壓氣機排氣壓力(CPD)是9E燃氣輪機運行中的重要參數，當燃氣輪機轉速大于95%額定轉速時，若CPD低于一定值，燃氣輪機保護將跳閘。原設計有3個變送器(96CD－1A/1B/1C)來測量壓氣機排氣壓力，3個信號表決后得到可靠的CPD信號。但3個變送器接在同一根取樣管(AD－4)上，這使其可靠性大打折扣，違背了主機保護冗余配置的要求。在實際運行過程中就曾發生過一起由于取樣管脫開，導致3個測點全部故障而引起機組跳閘的事件。為了保證機組的穩定運行，在壓氣機排氣上增設2路取樣管，使3個變送器真正實現獨立測壓，達到壓氣機保護“三取二”的目的。系統改進前、后取壓示意如圖3和圖4所示。

5 燃氣清吹閥限位開關保護改進

機組燃用天然氣運行過程中，若2個天然氣輕吹閥(VA13－1/2)中的任意一個未關閉，燃氣輪機跳閘。設置此項保護的目的是防止天然氣漏入天然氣輕吹系統。原設計2個天然氣輕吹閥各設有1個關位置的限位開關(33PG－1/3)和1個開位置的限位開關(33PG－2/4)，因此，任意一個關位置的限位開關故障將直接導致燃氣輪機跳閘，存在較大的安全隱患。為了提高機組運行的可靠性，在2個天然氣輕吹閥上各加裝1個關位置的限位開關(33PG－5/6)，使每個天然氣輕吹閥的關反饋都能實現冗余，2個信號一起參與主機保護。這樣，在燃燒天然氣運行時，任一天然氣輕吹閥的2個關反饋都失去，燃氣輪機才會跳閘，實現了保護雙重化。

同時增加報警功能:當天然氣輕吹閥VA13－1(或VA13－2)的2個關反饋狀態不一致時，延時3 s系統發出“天然氣輕吹閥VA13－1(或VA13－2)反饋故障”報警，提醒運行人員注意，便于及時檢查處理。

6 燃氣輪機Mark V控制系統電源改進

燃氣輪機Mark V控制系統原只設有1路125V DC供電電源，若該電源或供電開關故障，燃氣輪機Mark V控制系統將全部失電，其后果難以預料。為了提高Mark V控制系統的設備可靠性，從電氣系統引出1路UPS電源，接入Mark V機柜的電源分配卡件，形成2路電源同時給系統供電的狀況，大大提高了系統的穩定性。具體實施方案與GE公司共同研究決定，在此文中不做詳述。

7 結束語

隨著機組自動化水平的提高，熱工控制技術對于電廠的安全、穩定運行更趨重要，同時對熱控技術人員的要求也越來越高。對于機組在運行中暴露出的問題，一方面要深入分析原因，及時處理;另一方面要舉一反三，深挖機組控制設備和邏輯中存在的潛在風險，提前采取技術改進措施，防患于未然，從本質上提高機組的安全運行水平。

本文梳理了9E燃氣輪機Mark V控制系統中的多項非冗余保護項目，通過保護雙重化改進，在很大程度上提高了整套機組運行的穩定性。

［1］柳紅軍．S109FA燃氣－蒸汽聯合循環發電機組熱工控制系統的改進［J］．燃氣輪機發電技術，2012(2):26－29．