汽輪機跳閘保護系統在熱電站工程中的應用

韓廣東

摘 要：介紹了汽輪機跳閘保護系統ETS在河南晉煤天慶18305項目熱電站工程中的實際應用，對ETS的系統構成、設計要點、聯鎖控制的實現等做了簡要陳述。該系統是DCS和PLC成功的組合運用，取得了很好的效果。

關鍵詞：ETS；聯鎖控制；PLC

引言

汽輪機是將蒸汽的能量轉換成為機械功的旋轉式動力機械，又稱蒸汽透平。主要作為發電用的原動機，也可驅動各種泵、風機、壓縮機和船舶螺旋槳等。還可以利用汽輪機的排汽或中間抽汽提供生產和生活上的供熱需求[1]。河南晉煤天慶18305項目熱電站工程新上1臺18 MW抽汽背壓式汽輪發電機組，作為熱電聯產的主要設備，在生產中發揮著重要的作用。

由于汽輪機的轉速很高，在機組啟動、運行或停機過程中，因操作不當或某些相關設備故障，容易使汽輪機的轉動部件和靜止部件發生摩擦，引起葉片損壞、大軸彎曲、推力瓦燒毀等惡性事故[2]。為確保機組安全起停和正常運行，需對汽輪機的軸向位移、轉速、振動等機械參數進行監控，并對軸承溫度、油壓、主汽溫等熱工參數進行監視和異常保護。在出現危急狀況時，聯鎖保護系統能及時動作，迅速停機，對防止事故擴大，具有十分重要的意義。

因此，汽輪機除了設有手動的停機功能之外，還需設置具有自動停機功能的汽輪機跳閘保護系統（ETS）。ETS系統是用PLC代替繼電器、由程序處理控制代替硬接線、I/O電平可與外部裝置相連接以及結構易于擴展的工業檢測、保護、控制設備[3]。汽輪機危急跳閘系統用以監視汽輪機的某些重要參數，當這些參數超過其運行限制值時，該系統就關閉全部汽輪機蒸汽進汽閥門，緊急停機。

1.ETS系統的構成

ETS系統由邏輯控制柜與手動操作盤構成。

1.1操作盤

操作盤面板上設有電源狀態指示、停機首出原因指示、保護信號指示、各保護投切開關及手動停機、復位等操作按鈕。操作盤安裝在控制室的操作臺上。

1.2邏輯控制柜

邏輯控制柜由電源、信號轉換模塊、PLC組件、中間（輸出）繼電器，空氣開關、交流接觸器、檢修插座和照明等組成。

2.ETS設計要點

2.1獨立、冗余的電源系統

電源是系統穩定運行的動力保障，電源的設計尤為重要。我們采用冗余的電源系統，引入兩路220VAC電源至控制柜，其中一路來自UPS，一路來自廠用電。兩路電源接入控制柜內24VDC電源轉換模塊，如果任何一路電源出現故障，系統仍可正常工作。

2.2冗余的硬件配置

我們采用冗余的PLC配置，兩套系統完全獨立，同時工作，當任何一套PLC發生故障時，系統仍可完成緊急停機任務。

2.3接入信號

所需的現場監測信號由硬接線方式接入控制柜，以減少干擾和延遲。系統設置有備用通道，當用戶需要增加輸入時，可以方便接入。

2.4手動停機信號

設計一路手動停機信號進入ETS系統，設在汽輪機的操作盤上。該信號進入ETS控制柜后，其中一副觸點不通過PLC而直接接入輸出回路，以減少中間環節，實現快速停機。為實現監視及首出記錄，另外接兩副觸點分別進PLC系統。

2.首出回路

當ETS系統動作后，為盡快排除故障，要求迅速、準確地掌握機組跳閘的原因，ETS邏輯上設計有首出回路，用以記錄跳閘回路中首先出現的動作條件。

2.6ETS動作輸出

如果輸出給停機電磁閥的信號為脈寬型，可以根據需要設置脈寬長度。

2.7投切開關

系統設計有ETS總投切開關及各動作條件的分項投切開關。只有總投切開關投入時，系統才會動作輸出。各個分項開關可以選擇性投入，當暫時不需要某個信號參與保護時，可以將其切除。投切開關設置在操作盤上。

2.8電源監視

對引入控制柜的兩路系統電源設有電源監視，當兩路電源均消失時，會提醒操作人員采取必要措施。在機柜內部設計有電源指示燈。

2.9SOE信號輸出端口預留

一些現場信號通常只有一副觸點，為保證安全，這些信號接入ETS控制柜時，在ETS控制柜里擴展預留了SOE信號端口，以便送給SOE裝置使用。

3.ETS系統的聯鎖控制

ETS系統是一套獨立于DCS的安全保護系統，參與聯鎖的控制信號分別送至DCS和ETS中。在正常情況下，DCS動態地監控生產過程的連續運行，而ETS處于相對靜止的狀態，一旦出現危急情況，ETS便直接報警并立即停機，以避免危險擴散造成巨大損失[4]。

ETS的安全級別要高于DCS，這樣保證了事故狀態下的及時動作，降低了控制功能和安全功能同時失效的概率。

ETS控制系統具有下列停機功能（在保護投切開關投入后生效）：

汽輪機超速保護：當汽輪機轉速超過停機值時（約3350～3 450 r/min）停機（三取二）。

軸向位移大保護：當軸向位移超過停機值時（+1.2～+1.4 mm）停機。

潤滑油油壓低保護：當潤滑油油壓低時（O.O2 MPa）停機（三取二）。

凝汽器真空低保護：當凝汽器真空低時（-0.06 MPa）停機（三取二）。

軸承回油溫度保護：當汽輪發電機組支持軸承溫度或推力軸承溫度高時（75℃）停機。

脹差大保護：當轉子與汽缸的脹差過大時（小于-1mm或大于+3mm）停機。

發電機主保護和MFT（鍋爐保護信號）。

手動停機：當出現緊急情況時，可手動停機，保護機組安全（操作盤按鈕）。

各保護投切開關設置在操作盤面板上，易于操作人員操作。同時設有“復位”按鈕。

4.結束語

汽輪機跳閘保護系統ETS作為一套安全保護系統，其責任和重要性不言而喻。優良的安全保護系統必須具有高度的可靠性、安全性和實用性。該裝置ETS自13年投運以來系統運行良好，不僅操作簡單、組態方便、且維護量小、故障率低，提高了裝置的生產操作控制和管理水平，優化了裝置的運行，取得了良好的社會和經濟效益。

參考文獻：

[1]趙燕平.熱工聯鎖保護系統配置優化技術.中國電力出版社，2006.12～18

[2]朱錦智.TS3000在催化裂化壓縮機聯鎖系統上的應用.石油化工自動化，2005，（6）：62～64

[3]譚進，肖忠良.壓縮機安全保護系統的改造.石油化工自動化，2003，（5）：95～97

[4]盛塞斌.600mw亞臨界火力發電機組技術叢書.中國電力出版社，2007. 20～25