汽輪機(jī)ETS保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析及改進(jìn)

王釗 穆占杰 劉慶偉

摘 要：隨著我國(guó)科技、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平也持續(xù)升高，使得人們對(duì)于電這一能源的需求急速增加，同時(shí)關(guān)于電廠汽輪機(jī)ETS的保護(hù)系統(tǒng)的討論也逐漸被人們所熟知，ETS主要是指在汽輪機(jī)的危急遮斷系統(tǒng)，這就是說(shuō)當(dāng)汽輪機(jī)的重要參數(shù)超出規(guī)定的限額時(shí)，ETS遮斷系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)頒布出遮斷指令，把所有的汽輪機(jī)的進(jìn)氣閥門(mén)關(guān)閉，讓機(jī)器的安全可以得到保證。本文就汽輪機(jī)的ETS保護(hù)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析和改進(jìn)，希望對(duì)電力發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞： ETS系統(tǒng)；汽輪機(jī)；可靠性；改進(jìn)措施

汽輪機(jī)作為電廠的常見(jiàn)的一種機(jī)器，其危急遮斷系統(tǒng)一直是人們研究的重點(diǎn)，同時(shí)作為保護(hù)汽輪機(jī)的發(fā)電組正常工作，不可或缺的保護(hù)裝置，其的可靠性價(jià)直接關(guān)系到機(jī)器的安全，當(dāng)汽輪機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中突然存在某種故障的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組處于危險(xiǎn)之中，這時(shí)候就需要ETS來(lái)保護(hù)機(jī)器的安全，同時(shí)因?yàn)闄C(jī)器本身的原因，ETS系統(tǒng)作為電廠汽輪機(jī)的最后的一層保護(hù)程序，對(duì)系統(tǒng)的安全性以及可靠性、緊急遮斷的快速性都有非常高的要求。

1 ETS系統(tǒng)現(xiàn)狀

某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組ETS系統(tǒng)為施耐德昆騰系列PLC控制系統(tǒng)，2004年隨機(jī)組基建投產(chǎn)。設(shè)置一面機(jī)柜，PIO模塊采用施耐德雙機(jī)熱備配置，CPU為113型號(hào)，IO卡件集中配置，電源模塊為單配。

2 ETS保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

（1）#2機(jī)組ETS系統(tǒng)跳閘硬回路失電保護(hù)拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，手動(dòng)跳閘及ETS跳閘是通過(guò)PLC節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)ETS110VDC主跳閘回路，若中間繼電器24V電源系統(tǒng)故障，將導(dǎo)致機(jī)組危機(jī)狀態(tài)下無(wú)法通過(guò)“手動(dòng)停機(jī)按鈕”和ETS跳閘系統(tǒng)停機(jī)。（2）#2機(jī)組ETS系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)未完全獨(dú)立的冗余配置，不具備無(wú)擾切換功能。無(wú)法滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》9.1.2條要求，分散控制系統(tǒng)的控制器、系統(tǒng)電源、為I/O模件供電的直流電源、通訊網(wǎng)絡(luò)等均采用完全獨(dú)立的冗余配置，且具備無(wú)擾切換功能。（3）#2機(jī)組ETS系統(tǒng)輸入、輸出卡件未達(dá)到全程相對(duì)獨(dú)立的原則。無(wú)法滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》9.4.3條要求，所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用“三取二”的邏輯判斷方式，保護(hù)信號(hào)應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對(duì)獨(dú)立的原則，確因系統(tǒng)原因測(cè)點(diǎn)數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護(hù)誤動(dòng)措施。（4）#2機(jī)組并網(wǎng)后投入ETS電跳機(jī)保護(hù)的瞬間機(jī)組誤跳閘。12時(shí)13分56秒841毫秒ETS裝置發(fā)汽輪機(jī)主汽門(mén)關(guān)閉、MFT指令；56秒940毫秒發(fā)變組出口開(kāi)關(guān)2201跳閘；57秒10毫秒發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)跳閘；57秒22毫秒汽機(jī)主汽門(mén)關(guān)閉；58秒867毫秒ETS裝置發(fā)出發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)跳閘信號(hào)。（5）#2機(jī)2016年因雷擊跳閘，SOE沒(méi)有記錄到跳閘信號(hào)。判斷是戶外電纜引入雷電波，導(dǎo)致PLC誤判，發(fā)跳機(jī)指令。但由于雷電波太短，SOE沒(méi)有捕捉到此信號(hào)。

通過(guò)近期發(fā)生的機(jī)組非停時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)，ETS系統(tǒng)的設(shè)備原因是其主要的故障因素，同時(shí)現(xiàn)在已經(jīng)面世的ETS系統(tǒng)其原理和功能都沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并且差別非常的大，發(fā)現(xiàn)很多的ETS都是設(shè)備廠家有供配需要時(shí)才生產(chǎn)的。這樣一來(lái)導(dǎo)致了在生產(chǎn)的過(guò)程中無(wú)法有效的落實(shí)二十五項(xiàng)反措，并且在生產(chǎn)的過(guò)程中對(duì)于主設(shè)備的保護(hù)也無(wú)法有效的展開(kāi)，對(duì)于系統(tǒng)整體的可靠性產(chǎn)生了極大的影響，進(jìn)一步導(dǎo)增大了系統(tǒng)故障的發(fā)生概率。

3 汽輪機(jī)組ETS保護(hù)系統(tǒng)改進(jìn)措施

ETS系統(tǒng)要想適應(yīng)未來(lái)更新越來(lái)越勻速的汽輪機(jī)的發(fā)展，就必需對(duì)自身的系統(tǒng)進(jìn)行不斷的完善系統(tǒng)，同時(shí)ETS作為汽輪機(jī)正常運(yùn)行的最后一道保障，其作用是不可替代的，同時(shí)作為檢測(cè)汽輪機(jī)的參數(shù)是否異常，及時(shí)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行保護(hù)的緊急遮斷系統(tǒng)，以保護(hù)機(jī)組的安全作為前提的的一種系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制，其整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是機(jī)組安全的重要前提，這就需要對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，對(duì)系統(tǒng)現(xiàn)有的部件進(jìn)行更新，以進(jìn)一步的提高系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制的整體性能。具體的改進(jìn)措施如下：

3.1 電阻改造

首先是對(duì)ETS系統(tǒng)的電阻進(jìn)行改造，采用充電式的電阻，對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)的電纜進(jìn)行充電，通過(guò)簡(jiǎn)單并且容易實(shí)施的方案對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，既可以解決PLC通道電壓的突降情況，又可以讓電纜在充電時(shí)不會(huì)影響保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，又可以把充電電阻旁路掉，使其對(duì)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不會(huì)造成影響。

3.2 硬接線回路

3.2.1 原ETS保護(hù)跳閘硬接線回路

四個(gè)AST跳閘電磁閥回路電源為直流110VDC控制回路，AST1、AST3為一組，AST2、AST4為一組，保護(hù)主回路為失電動(dòng)作。

3.2.2 改進(jìn)后ETS保護(hù)跳閘硬接線回路

ETS系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)110VDC控制回路，手動(dòng)打閘、ETS跳閘均增加到此回路，AST跳閘回路依然為兩路110VDC獨(dú)立供電，跳閘節(jié)點(diǎn)為110VDCETS系統(tǒng)跳閘繼電器的常開(kāi)節(jié)點(diǎn)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)110VDCETS系統(tǒng)跳閘繼電器帶電，則跳閘回路通，AST電磁閥得電；機(jī)組跳閘或ETS系統(tǒng)失電時(shí)，則跳閘回路斷開(kāi)，AST電磁閥失電跳機(jī)。

3.3 ETS保護(hù)控制邏輯

3.3.1 在對(duì)ETS系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)，我們發(fā)展ETS的軸向位移的度比較大，這就使得在對(duì)ETS的保護(hù)控制進(jìn)行邏輯推理和現(xiàn)實(shí)判斷時(shí)，既1或2動(dòng)作與3或4動(dòng)作實(shí)現(xiàn)停機(jī)，TSI系統(tǒng)輸出一路軸向位移大信號(hào)到ETS系統(tǒng)中，單點(diǎn)保護(hù)。改進(jìn)后由TSI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)邏輯判斷，TSI系統(tǒng)輸出增加兩路軸向位移大信號(hào)，送三路軸向位移大信號(hào)到ETS系統(tǒng)中，保護(hù)三取二動(dòng)作跳閘。

3.3.2 振動(dòng)大停機(jī)：TSI系統(tǒng)輸出一路大于150μm的開(kāi)關(guān)量（硬接線）；TSI系統(tǒng)輸出一路大于250μm的開(kāi)關(guān)量（硬接線），兩路相與后實(shí)現(xiàn)跳機(jī)。

3.3.3 發(fā)電機(jī)故障：在汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，我們可以對(duì)ETS的單位點(diǎn)保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)，使其由兩路發(fā)電機(jī)故障保護(hù)開(kāi)關(guān)的信號(hào)變?yōu)槿齻€(gè)，這樣就可以有效的對(duì)汽輪機(jī)的安全進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)，在電氣保護(hù)柜的增加也可以讓保護(hù)動(dòng)作更加的完善，做到三取二的基本保護(hù)策略。

3.4 抗雷擊干擾改造

對(duì)于在ETS的基本改造中有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)雷擊的干擾，也就使得在對(duì)ETS進(jìn)行改造的時(shí)候必須對(duì)氣的抗雷擊性進(jìn)行改造，只有這樣才能保證遮斷系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性，同時(shí)在保證汽輪機(jī)安全的前提下，對(duì)其做了為期十秒的濾波躲避性的雷電干擾組態(tài)對(duì)照，通過(guò)組態(tài)對(duì)照試驗(yàn)對(duì)汽輪機(jī)的整體的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間修改為十二秒，同時(shí)保證汽輪機(jī)的飛升轉(zhuǎn)速在安全的范圍之內(nèi)，同時(shí)用雙層屏蔽電纜代替原來(lái)的信號(hào)電纜，來(lái)提升ETS的抗雷擊的性能，避免干擾。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，ETS系統(tǒng)對(duì)于汽輪機(jī)來(lái)講是非常重要的，ETS系統(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)組的重要參數(shù)進(jìn)行異常監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超出規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，ETS系統(tǒng)就會(huì)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行緊急的關(guān)閉停機(jī)，來(lái)保護(hù)汽輪機(jī)的安全。這就對(duì)ETS系統(tǒng)的整體性能提出了更加嚴(yán)格的要求，這就使得必須對(duì)現(xiàn)有的ETS控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，對(duì)原有的系統(tǒng)進(jìn)行拆除，只保留一次元件和就地的線纜，對(duì)硬接線的回路進(jìn)行更換、IO進(jìn)行重新的布置、ETS的邏輯進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，來(lái)完善ETS保護(hù)系統(tǒng)。

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