汽輪機危機遮斷系統故障分析及電源優化

林 濤，尚洪奎，徐計常

（華能嘉祥發電有限公司，山東 濟寧 272400）

0 引言

華能嘉祥發電有限公司 2×330 MW機組鍋爐為上海鍋爐廠制造，型號為 SG1036／17.50－M882，亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛、控制循環、平衡通風、固態排渣、汽包型燃煤鍋爐。汽輪機為上海汽輪機廠制造，型號為 N300－16.7／538／538，300MW 單軸、雙缸雙排汽、亞臨界、一次中間再熱、凝汽式汽輪機。汽輪機在VWO工況下的出力為331.9 MW，主蒸汽流量為1025 t／h。發電機為山東濟南發電設備廠生產，型號為WX25R－127，額定功率330 MW，空冷發電機，采用靜態勵磁。

汽輪機危機遮斷系統ETS（Emergency Trip System）采用上海汽輪機廠配套產品，它接受來自汽輪發電機組安全監視系統（TSI），鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）及其它系統主要參數，進行邏輯運算處理后，統一輸出停機、跳電等保護信號及各種報警信號。ETS控制系統是電廠熱控設備中最主要的保護設備之一，無論其誤動或拒動都會造成極其嚴重的惡果，故提高ETS控制系統的準確性、快速性、可靠性非常重要［1］。據目前ETS配置結構而言，汽輪機危機遮斷系統多采用冗余PLC實現保護邏輯，分立元件搭建式邏輯回路已被替代，ETS保護裝置的可靠性明顯提高，故障率顯著降低；AST電磁閥一、二通道分別有UPS及保安段分別供電，相對系統的安全系數大大提高，誤動幾率明顯下降；交流電源供電回路為UPS電源及保安段電源經中間繼電器切換后供給PLC及I／O卡件，可靠性相對較差，交流電源則成為ETS控制系統穩定運行的重要環節。

1 系統概述

ETS系統保護功能有：汽輪機電超速保護；軸向位移保護；軸承振動大保護；脹差大保護；潤滑油壓低保護；EH油壓低保護；低真空保護；DEH失電停機保護；MFT跳閘保護；發電機跳閘保護；手動停機保護。該主控制器采用MODICON昆騰140PLC系列產品冗余配置，與DCS系統數據交換采用硬接線方式。保護邏輯雙通道冗余設計，電源系統為雙路供電。ETS裝置內部雙路自動切換電源，對單元回路冗余供電。ETS裝置報警功能可通過汽輪機操作盤上的ETS操作面板上的試驗按鈕試驗，在試驗或檢修過程中跳閘保護功能仍然有效，ETS裝置設計線路簡單可靠，確保機組安全運行［2］。

2 事故經過及分析

2012年7月5日凌晨，1號發電機有功234 MW，主蒸汽壓力15.4 MPa，主蒸汽溫度540℃，1號機組投AGC“R”模式，1號發變組出口5012、5013斷路器合閘運行，01號備變正常充電備用。7月5日03：46：13，1號機組A送風機A相引線漏雨發生接地短路故障，A分支零序過流保護動作；由于零序電流保護定值整定錯誤，造成保護越級動作，備變投切失敗，致使 6 kV廠用 IA段失電；7月 5日 03：46：15，保安段電壓有382 V降至224 V，供給ETS電源相電壓降至129 V，由于熱工電源交流切換裝置設計有中間繼電器切換，為失電切換，無欠壓切換功能，故在未達到繼電器切換的條件下PLC重啟，輸出指令復位，汽輪機跳閘。

3 危急遮斷系統（ETS）優缺點

3.1 ETS系統的優點

上海汽輪機有限公司（STC）生產的危急遮斷系統（ETS），功能完善，結構緊湊，穩定性高，維護量少。在現場運行中得到一致好評。該ETS系統的直流電源比較安全可靠。保安段電源、UPS電源任一路交流電源正常供給均能保證其直流電源的正常。從圖1可以看到，兩路電源可以實現無擾切換。

圖1 ETS系統直流電源原理圖

3.2 ETS系統的缺點

交流電源板要求兩路獨立的交流電源供給，一路電源為UPS，另一路為保安電源。如果一路電源失去，另一路將無擾切換，不影響機組的安全運行。這一點已從機組檢修后電源切換試驗中得到驗證，電源切換裝置可以實現斷電源無擾切換。從上面某電廠發生的機組跳閘事故中可以看到該系統無法避免因電壓降低而實現電源無擾切換。現結合圖2對該系統交流電源進行簡要分析。

（1）上述提到的某電廠ETS系統電源正常由400V保安1A段電源供電，UPS電源為備用。

（2）當來自400V保安1A段的工作電源失電時，交流繼電器RAC1失電，UPS備用電源通過RAC1常閉點實現電源切換功能。

（3）主、副PLC及I／O卡件由切換后的公用電源供電。DO卡件中輸出汽輪機跳閘信號的出口繼電器設計為常開接點。機組正常運行中，該出口繼電器長期帶電，其常開接點閉合，通過該接點提供AST電磁閥交流110 V工作電壓。當DO卡件的供電電源短時失電時，出口繼電器線圈失磁，其常開接點立即斷開，AST電磁閥則失電“遮斷”。

（4）交流繼電器RAC1動作電壓，PLC工作電壓，AST電磁閥的工作電壓具有不穩定性。在實際運行中很難保證電壓的統一性。因事故使供電電壓降低時，在電源切換過程中易發生擾動，造成PLC自啟動，DO輸出卡件出現瞬間失電或AST電磁閥工作不正常，使AST電磁閥打開導致跳機事故發生。

圖2 改造前ETS交流電源原理圖

4 交流電源切換裝置的改造及實驗

4.1 改造

對ETS控制系統進行改造，將ETS控制系統電源改造為UPS電源供主PLC，保安段電源供副PLC。

由UPS電源為主電源，400 V保安A段電源為副電源，經繼電器切換后，為主PLC、I／O輸出卡電源模塊1供電。 UPS電源直接為 AST－1、AST－3電磁閥電源變壓器提供電源。

400V保安1A段直接為副PLC、I／O輸出卡電源模塊2及AST－2、AST－4電磁閥電源變壓器提供電源。

改造后ETS交流電源原理如圖3所示。

4.2 試驗

斷開UPS電源，ETS系統一通道遮斷，汽機不跳閘；斷開保安電源，ETS系統二通道遮斷，汽機不跳閘；斷開ETS控制柜AK3開關，副控PLC工作，汽機不跳閘；斷開ETS控制柜AK4開關，主控PLC工作，汽機不跳閘。

圖3 改造后ETS交流電源原理圖

從以上試驗可以看到，ETS系統只要有一路電源存在，就能保證ETS正常運行，其安全可靠性大大提高。

5 結語

ETS系統作為機組的主要保護手段，拒動或誤動會造成極其嚴重的后果，所以必須加強對系統的檢測和試驗，確保ETS系統能夠長期穩定的可靠工作，必須利用每次停機檢修的機會對系統進行全面檢查、試驗。由于生產現場的振動、高溫等原因，經過長期運行，控制回路的接線及控制電纜絕緣可能出現安全隱患，所以線路檢查及系統部件檢查、校驗就成為保護系統的檢查重點。

［1］王志祥.熱工保護與順序控制［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］白建云.火電廠順序控制與熱工保護［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］高峰.機組聯鎖保護系統［M］.北京：中國電力出版社，2004.