600MW機組汽機側熱工保護完善及優化

劉鑫

【摘 要】本項目針對熱工設備故障引起的主機和重要輔機設備誤跳閘現象及熱工人員日常投/切保護過程可能出現的誤操作予以統計分析，優化控制邏輯及設備改造以提高熱工保護動作可靠性為目的，達到提高運行機組的穩定可靠性，屬科技創新型項目。

【關鍵詞】熱工設備故障；控制邏輯；可靠性

熱工聯鎖保護是火電廠實現安全可靠運行非常重要的一環，聯鎖保護如果設計不夠完善可靠，輕則引起主輔設備的誤動作或拒動作，重則在異常工況下導致設備損壞或人員傷亡事故。但是由于種種原因、熱工保護邏輯的完善性和合理性、熱工保護信號的取樣方式和配置，都存在不盡如人意的地方，引發熱工保護系統誤動的現象還是時有發生。為此，本人結合工作實際，結合自身及兄弟單位、相應科研院所的經驗，通過熱工保護邏輯完善及設備改造，減少人為因素和不合理保護設計造成的熱工保護誤動作幾率，達到提高機組運行的穩定、可靠性。

1.1汽輪機遮斷（ETS）優化

1.1.1針對汽輪機遮斷保護系統（ETS）存在的單點主保護，通過增加節點信號并優化控制邏輯實現三取二，提高主保護動作的可靠性。

1.1.2 針對汽輪機遮斷保護系統（ETS）啟/停機過程經常投入/解除的保護及機組運行期間由于臨時處理缺陷可能需要解除的保護，在觸摸屏增加一頁專用的保護投/切按鈕，代替原來的拆/接線解除保護方式，防止熱工檢修人員誤操作

1.2汽輪機監測儀表（TSI）系統優化

1.2.1針對汽輪機監測儀表（TSI）系統軸向位移單一卡件監測，通過增加3500/42M卡件實現分卡件監測，避免由于單一卡件故障引起的主機誤跳閘。

1.2.2針對汽輪機監測儀表（TSI）系統振動大、軸向位移大、高壓缸差脹大、低壓缸差脹大等主保護單卡件單通道輸出狀況，通過增加繼電器輸出卡件，實現多卡件布置多通道輸出，在汽輪機ETS系統實現三取二保護。

1.3小汽輪機遮斷（小機ETS）優化

針對小機ETS系統跳閘回路跳閘電磁閥單一布置且常帶電設計，當任一電磁閥故障失電均造成小機誤跳閘，優化設計高壓抗燃油及低壓安全油跳閘回路，高壓抗燃油回路設計4個20/AST電磁閥且串/并連接安裝；低壓安全油回路設計2個20/TT電磁閥且并聯連接安裝，可以防止由于任一單個電磁閥故障引起的小機誤跳閘。

1.4 DCS系統保護界面優化

針對DCS系統重要輔機增加的眾多保護，為減少熱工人員通過DCS系統邏輯強制停止掃描解除保護過程出現人為的誤操作，通過優化控制邏輯并增加保護投/切軟按鈕且當聯鎖保護條件觸發時閉鎖熱工人員投入，防止設備誤跳閘。

通過前期現場工作經驗的總結，設計優化方案并進行論證，2018年逐步實施了小機ETS系統跳閘回路改造；汽輪機TSI系統重要參數分卡件布置，跳閘信號輸出實現多卡件布置多通道輸出；汽機ETS系統優化單點主保護實現三取二保護，觸摸屏增加保護投/切按鈕；DCS系統重要輔機設備優化跳閘邏輯，DCS畫面增加聯鎖保護投/切軟按鈕切聯鎖保護跳閘條件閉鎖熱工人員保護投入；確保了主機及重要輔機設備的安全、可靠運行。

【應用推廣情況】

經過2018年通過現場應用的不斷總結，熱工保護的持續完善及優化，熱工保護設計更加合理，保護軟投/切按鈕更易于熱工人員投/切保護且可以有效的降低人為誤操作的幾率。熱工保護的完善及優化持續進行，對提高機組安全穩定運行意義重大，推廣前景廣闊。

【詳細科學技術內容】

1、立項背景

汽輪機ETS系統外部跳閘主保護信號最初設計均為單點保護，由于電纜或其他原因信號傳輸過程極易出現保護誤動或拒動，不符合主保護三取二設計的要求；汽輪機TSI系統軸向位移重要參數集一塊卡件進行監測及其他保護設計均集一塊繼電器輸出卡件輸出，容易造成因為某一卡件故障引起汽輪機誤跳閘；小機ETS系統跳閘回路設計均為單電磁閥常帶電運行，電磁閥長期帶電發熱曾出現由于單電磁閥故障引起小機誤跳閘，最初的設計也不滿足保護設計的要求；#3、#4機組DCS系統重要輔機設備保護跳閘條件設計較多，正常運行期間由于設備消缺常需要臨時解除保護，無論通過拆/接線還是邏輯強制均容易出現人為的誤操作，通過增加保護投/切軟按鈕可以杜絕人為誤操作的幾率。基于以上原因，2018年，機組汽機側保護不斷通過熱工保護完善、優化及設備改造，使保護設計更加合理，降低保護誤發及人為誤操作的幾率。

2、詳細科學技術內容

（一）汽輪機ETS系統主保護信號完善與優化

1.1 對大機ETS系統外部主保護單點信號進行優化，由原設計的單點保護動作優化設計為三取二動作保護，汽輪機主要優化保護如下：

汽輪機ETS系統單點主保護優化設計效果圖

①汽輪機振動大跳閘保護信號，接收TSI系統3個開關量信號，ETS系統進行三取二邏輯判斷；

②汽輪機軸向位移1保護跳閘信號，接收TSI系統3個開關量信號，ETS系統進行三取二邏輯判斷；

③汽輪機軸向位移2保護跳閘信號，接收TSI系統3個開關量信號，ETS系統進行三取二邏輯判斷；

④汽輪機高差大保護跳閘信號，接收TSI系統3個開關量信號，ETS系統進行三取二邏輯判斷；

⑤汽輪機低差大保護跳閘信號，接收TSI系統3個開關量信號，ETS系統進行三取二邏輯判斷；

⑥鍋爐MFT跳閘保護信號，接收DCS系統3個開關量信號，ETS系統進行三取二邏輯判斷；

邏輯優化過程，同一信號的3個開關輸入信號必須分卡件布置，保護跳閘邏輯設計合理，跳閘回路采用雙通道，有效的防止“拒動”和“誤動”。

大機ETS系統跳閘邏輯進行相應的優化設計，ETS觸摸屏增加相應的信號狀態顯示，達到實時直觀的在線監測，易于熱工人員的巡檢并及時發現異常。

1.2大機ETS觸摸屏增加保護投/切按鈕

根據對檢修及維護經驗的總結，ETS系統增加凝汽器真空低、潤滑油壓低、EH油壓低、軸承振動大、軸向位移大等保護跳閘信號投/切按鈕，杜絕機組運行期間消缺過程解除保護拆/接線可能發生的人為誤操作。

汽輪機ETS系統保護投/切按鈕效果圖

（二）汽輪機TSI系統參數監測及跳閘信號優化

2.1汽輪機軸向位移監測分卡件監測：汽輪機TSI系統框架一增加1塊3500/42M卡件，將4個軸向位移信號實現分卡件監測。

2.2汽輪機TSI系統框架一和框架二分別增加2塊3500/32M繼電器輸出卡，實現同一信號三路輸出且分卡件布置。

汽輪機TSI系統軸向位移及繼電器輸出卡件優化設計后效果圖

（三）小機ETS系統跳閘回路改造

小機ETS系統跳閘回路改造為雙通道冗余配置，高壓抗燃油跳閘電磁閥為帶串并聯的4個電磁閥（失電跳閘）、低壓透平油跳閘電磁閥為并聯的2個電磁閥（帶電跳閘）；新增小機跳閘AST壓力開關及ASP油壓變送器，ASP油壓實時顯示（小機掛閘后顯示約為一次安全油壓的1/2），可根據ASP油壓的變化判斷高壓抗燃油跳閘電磁閥故障發生可以避免因單個電磁閥故障引起小機跳閘異常情況的發生。

小機ETS系統跳閘回路改造跳閘電磁閥安裝設計圖

小機ETS系統跳閘回路改造跳閘電磁閥控制回路設計原理圖

小機ETS系統跳閘回路改造現場竣工圖

（四）DCS系統重要輔機設備聯鎖保護優化，增加聯鎖保護投/切軟按鈕

DCS系統根據熱工人員維護經驗進行總結，將啟/停機過程及日常維護消缺過程經常涉及的聯鎖保護進行優化，增加聯鎖保護投/切軟按鈕且聯鎖保護跳閘條件觸發閉鎖熱工人員投入，防止人為誤操作。

關鍵技術：

通過小機ETS系統跳閘回路改造及熱工保護完善和優化，提高大、小機ETS系統保護及TSI系統重要參數監測及跳閘信號輸出可靠性；增加保護投/切軟按鈕杜絕熱工人員人為誤操作現象的發生。

創新點：

小機跳閘回路改造實現雙通道冗余配置；增加汽輪機ETS系統主保護及DCS系統重要輔機設備聯鎖保護投/切軟按鈕|

實際運行效果：

2018年，完成小機ETS系統跳閘回路改造、汽輪機ETS系統保護完善及優化并在觸摸屏增加主保護投/切按鈕、汽輪機TSI系統重要參數分卡件監測及保護信號實現分卡件多通道輸出；DCS系統及DEH系統重要輔機聯鎖保護增加投/切保護軟按鈕；經過近一年熱工保護持續的完善及優化，熱工保護動作更加安全可靠，在提高機組安全、穩定運行取得了重大突破！

【參考文獻】

[1]陳博川，張建玲.火力發電廠熱工控制技術【M】.長沙；湖南科學技術出版社，2001 .

[2]冷桂森，孝延軍. 汽輪機熱工控制系統故障分析與處理.吉林電力，2012（8）.

[3]江寧，電廠熱工保護完善原則的探討【J】.福建電力與電工，2004（4）.

[4]王勝利，李書森. 電廠熱工保護誤動及拒動原因淺析及對策【J】.節能，2008.