汽輪機危急跳閘系統配置分析

摘 要：生產安全越來越受到人們的重視，因此各種保護系統也應運而生，各種不同的配置有各自的特點，文章分析了常用的幾種配置特點。希望通過文章的分析，對相關工作提供參考。

關鍵詞：汽輪機；危急跳閘系統；配置分析

1 系統功能

汽輪機危急跳閘系統在機組危急時刻能夠緊急跳閘停機，保證人身和機組安全。此系統主要有三大功能：危急跳閘、在線試驗和首出記錄。

危急跳閘的觸發條件有很多種，根據來源主要分為三大類：

（1）汽輪機自身運行參數不正常，可以防止汽輪機自身損壞。比如軸振動大、超速等。

（2）其他系統出現問題，不能繼續運行，迫使汽輪機跳閘。比如鍋爐故障、發電機故障等。

（3）手動停機。由于整個發電系統非常復雜，在某些情況下雖然運行參數沒有到達跳閘條件，但是運行人員根據經驗可以緊急跳閘。

在線試驗功能同樣非常重要。危急跳閘系統通過控制AST跳閘電磁閥動作，卸掉閥門壓力油，快速關閉所有閥門，從而實現機組停機。可見跳閘電磁閥非常重要，需要定期進行試驗，從而保證其好使，在真正危急時刻能夠成功動作。在跳閘條件中有幾個信號同樣重要，因此也設計了在線試驗功能，它們通常是：抗燃油壓低、潤滑油壓低和凝汽器真空低等。

機組緊急停機后要分析其停機原因，排除故障。此時首出功能的作用就體現出來了。所有的跳閘條件都進入危急跳閘系統，其中一個條件滿足時就會導致機組跳閘，但是在極短時間內可能先后觸發很多條件，對判斷故障產生干擾。危急跳閘系統運行的掃描周期非常快，是毫秒級別，可以很容易的記錄最先到來的跳閘條件，幫助故障分析。

詳細了解了此系統的功能后，即可根據需求進行配置。

2 硬件架構

汽輪機危急跳閘系統本身需要的邏輯功能并不復雜，簡單的與或非就能實現全部運算，但是要求掃描周期短、系統可靠。因此PLC就成為比較理想的選擇。

2.1 雙機并列運行

顧名思義，此種架構是兩套相同的PLC同時運行，相互獨立，都能控制機組的跳閘。這種方式目前使用最多，比較可靠。兩套完整的PLC包括電源、CPU、IO卡等模件。其中一套PLC就能滿足運行要求，兩套PLC同時運行更加提高了系統的可用性，即使任意一個模件出現故障都不影響正常運行，同時能夠在線更換故障的模塊。因此這種配置應用最廣。

2.2 雙機熱備運行

這種架構是兩個PLC一臺運行、一臺備用，如果運行的PLC出現故障，系統會自動切換到另一臺，以達到冗余的目的。與雙機并列運行結構的差別在于上一種方式兩套PLC都是完整的，而熱備方式中只有CPU模塊是冗余的，IO模件只有一套，因此如果IO模塊故障了就只能停機維護，不能進行在線更換。這種架構中兩個CPU通過熱備模塊進行溝通，能夠保證兩套邏輯的同步性，在切換時也能做到無擾。考慮到現在IO模塊質量逐步提高，即使不冗余也能滿足安全運行需求，也能節省一部分成本。

2.3 SIL3標準配置

有些電廠需要汽輪機危急跳閘系統符合SIL3標準，此標準較為嚴格，在安全生產以及設備故障率等方面都有著更高要求，此時只能采用帶有SIL3認證的硬件系統。通常此類硬件都有著三重冗余的思想，而且價格也會高出很多。

2.4 一體化配置系統

汽輪機危急跳閘系統與DCS一體化可以實現在同一操作平臺下對不同系統進行同一管理及控制，極大減小了運行及維護成本，操作風格統一。這種配置需要與DCS采用相同的硬件結構，相同的組態軟，相比于PLC的梯形圖組態方式，有著更加方便的操作。

3 人機界面

汽輪機危急跳閘系統的人機界面通常包括各個跳閘項的首出和跳閘指示、在線試驗的操作等。實現這些功能也有很多種方式。

3.1 觸摸屏

在非一體化的配置中，人機界面可以選擇為觸摸屏的方式，既能顯示各個跳閘項的狀態又能進行在線試驗的操作，同時科技感較高。但是觸摸屏的編程組態比較麻煩，為運行及維護人員增加了學習成本，而且觸摸屏本身也是一個故障點，如果出現故障則不能顯示首出信號，影響故障分析。

3.2 硬操作盤

這種方式同樣適用于非一體化配置中。硬操作盤上只有跳閘項等信息的指示燈和在線試驗的操作按鈕，雖然功能看起來簡單，但是已經滿足了全部需求而且可靠。操作盤內部全都是硬接線連接至IO卡件的各個通道，極少發生故障，也幾乎沒有學習成本。由于簡單可靠、成本低，所以此種方案很多電廠都在使用。硬操作盤的缺點也比較明顯，就是只能安裝在硬件機柜中，對于實時查看各個狀態不太方便。針對此缺點，很多電廠開始采用下面這種方案。

3.3 DCS一體化界面

如果硬件系統采用與DCS一體化，那么人機界面當然也會一體化。由于硬操作盤存在上述缺點，因此非一體化硬件中，越來越多的電廠也采用了一體化的界面。這種方式中危急跳閘系統判斷完跳機及首出信號后通過通訊或者硬接線的方式將這些信號送至DCS系統進行顯示，同時在線試驗的操作也同時發送給跳閘系統。一體化界面比較好的解決了信號狀態實時監控的便利性，但是也增加了DCS系統的工作，同時兩個系統之間產生接口需要明確。

4 結束語

在上述各種方案中，無論是硬件架構還是人機界面，都沒有唯一的最優方案，每種方案都有著各自的優缺點。只有熟練掌握了這些特點，在具體項目中才能進行最優選擇，選擇出適應該項目的最優方案。