600 MW超臨界機組ETS系統研究與應用

揭其良 郭軼娜 紀斯宇 孫 哲 韓國安

（1.華電電力科學研究院有限公司，浙江杭州310030；2.國網沈陽供電公司，遼寧沈陽110003）

0 引言

汽輪機主保護系統是發電機組安全運行的重要組成部分，為大型機組的安全、經濟運行提供可靠保證[1]。華電某電廠2×600 MW超臨界機組ETS緊急跳閘系統采用PLC控制系統，由哈爾濱汽輪機廠配套供貨。整套裝置采用冗余控制方式[2]：首先，由UPS電源和保安段雙電源供電，以確保供電可靠性；其次，跳閘邏輯為雙套設計，以確保汽輪機主保護的可靠性；再次，跳閘試驗回路也劃分為A側與B側兩部分，以確保所設試驗項目能夠在線進行，即一側保護項目在做跳閘試驗時，檢查相關保護選項能否正常動作，但試驗本身并不引起實際停機，另一側保護邏輯仍在正常工作狀態。在線試驗既不會影響ETS系統的正常停機功能，又能分項在線測試保護功能。ETS系統的各項保護動作結果就是斷開4個AST電磁閥的電源，泄掉保安油壓，實現停機[3]。

1 ETS裝置結構

ETS裝置集成于一個控制柜中，從正面看，主要分4個部分：由上至下依次為電源、操作面板、PLC框架A和PLC框架B；從背面看，左側上半部分是信號輸入端子，下半部分是電源端子，右側是輸出繼電器。電源框架裝有2個24 V電源模塊，2個電源模塊分別由AC220 V UPS電源和AC220 V保安電源供電，2路電源分別由各自的電源開關控制，只要有一個24 V電源模塊正常工作，即可滿足ETS裝置的正常工作需求。PLC框架A和PLC框架B裝有同樣的控制模塊，是2個互相冗余的控制系統，ETS的控制邏輯就裝在這兩個相同的控制系統中，采用雙系統的目的是提高汽輪機主保護的可靠性。操作面板上主要設有光子牌、操作按鈕和轉換開關。ETS系統形成的停機或試驗指令通過輸出繼電器驅動AST電磁閥或相應的試驗電磁閥，實現停機或完成所做的試驗。汽輪機跳閘信號通過繼電器送到SOE畫面顯示。

2 ETS系統在線試驗

2.1 跳閘功能塊的工作原理

跳閘功能塊實際是一個電磁閥組，安裝在汽輪機機頭的右側，一共設有6個DC220 V電磁閥，其中2個是OPC電磁閥，4個是AST電磁閥。OPC電磁閥在正常工況下處于失磁狀態，當汽機轉速超過3 090 r/min時，OPC電磁閥勵磁，瞬間關斷調節汽門，防止汽機超速。而AST電磁閥在正常情況下是勵磁狀態，泄油回路被關斷，建立保安油壓，使主汽門和調節汽門處于開啟狀態。一旦汽機保護動作或直流220 V電源消失，4個AST電磁閥就會同時失磁，開通泄油回路，泄掉保安油壓，關斷所有主汽門和調節汽門，實現安全停機。

2.2 在線試驗方法

汽輪機主保護系統的在線試驗是指機組在正常運行時進行的試驗，目的是檢查保護系統是否工作正常，實質上就是檢查4個AST電磁閥能否正常控制泄油回路。在停機情況下，可以強制某一個保護信號使得4個AST電磁閥動作，讓汽機實際跳閘。但在線試驗要求：既要檢查AST電磁閥工作正常與否，又不能造成錯誤停機。為此，在跳閘功能塊中設置了2個節流孔J1和J2，并外接了2個壓力開關K1和K2。P1點壓力為14.2 MPa左右，經節流孔J1和J2節流使P2點壓力控制在7.1 MPa左右，2個壓力開關的設定值是K1≥10.3 MPa，K2≤5.2 MPa。

為了實現在線試驗目的，將4個AST電磁閥分成“AST1、AST3試驗”和“AST2、AST4試驗”兩組，分別進行試驗：

當進行“AST1、AST3 試驗”時，20-1/AST、20-3/AST 動作，P2點壓力變為14.2 MPa，壓力開關K1動作，ETS機柜操作面板上的“ASP-1＞10.3 MPa”光字牌點亮，表示A側試驗正常；當進行“AST2、AST4試驗”時，20-2/AST、20-4/AST動作，P2點壓力變為0 MPa，壓力開關K2動作，ETS機柜操作面板上的“ASP-2＜5.2 MPa”光字牌點亮，表示B側試驗正常。在線試驗時，雖然P2點油壓隨試驗變化，但由于節流孔J1和J2的作用，P1點油壓只有少量變化，并不會引起停機。

2.3 在線試驗項目

機組停機試驗項目共有18項，但并不是所有項目都要進行在線試驗。因為試驗的主要目的是檢驗AST電磁閥是否工作正常，所以有一兩個試驗選項就能滿足要求。本系統共設計了3個在線試驗項目，分別是EH油壓力低、潤滑油壓力低和真空低。因為這3個試驗項目的保護信號通過壓力開關或真空開關傳送，進行這3項試驗不僅可以檢驗AST電磁閥，而且檢驗了這些壓力開關及真空開關定值的精確性和保護動作的可靠性。它們都有各自的試驗功能塊，3種試驗功能塊的工作原理基本相同。無論采用就地試驗還是遠方試驗，都要嚴格按在線試驗的步驟進行，以防造成誤停機。

2.4 在線試驗步驟

在線試驗必須遵守單側單獨進行的原則，否則會造成誤停機。尤其是就地手動試驗，一定要格外小心。正常的在線試驗步驟如下：（1）將功能轉換開關右旋至“在線試驗”位置。（2）按下“AST1、AST3試驗”或“AST2、AST4試驗”帶燈按鈕，以上兩個按鈕是互為閉鎖的，先按下的有效，按鈕燈點亮，后按下的無效，按鈕燈不亮。閉鎖的目的是防止2個通道同時操作造成誤停機，當然，正確的操作只能是任選其一。（3）如果第2步選定了“AST1、AST3試驗”，則選按A側3項試驗中的一個按鈕進行試驗，此時，按B側的3個試驗按鈕無效。例如按下“A側EH油壓力低”按鈕，該按鈕燈會點亮；隨后，光字牌“EH油壓低1”“ASP-1＞10.3 MPa”會亮起，表示該項試驗結果正常。（4）如果第2步選定了“AST2、AST4試驗”，則選按B側3項試驗中的一個按鈕進行試驗，此時，按A側的3個試驗按鈕無效。例如按下“B側真空低”按鈕，該按鈕燈會點亮；隨后光字牌“真空低2”“真空低4”“ASP-2＜5.2 MPa”會亮起，表示該項試驗結果正常。（5）按下“復位”按鈕，恢復光字牌的報警信號。（6）重復2至5步，完成其他試驗項目。（7）將轉換開關旋回到“運行”位置，結束試驗。

3 靜態調試

在機組靜態調試過程中，主要開展以下工作：

（1）會同熱控安裝人員檢查、更正電纜接線。（2）檢測ETS機柜電源回路的絕緣，給機柜送電。（3）測量各等級電壓，并為ETS系統送電。（4）會同安裝公司單體調試人員對ETS系統的全部I/O信號逐個進行傳送，確保信號傳送準確、保護設備動作可靠。（5）配合汽機專業調試人員對全部保護項目一一進行模擬或實際操作試驗。（6）配合汽機、鍋爐、電氣專業調試人員進行機爐電大聯鎖試驗。經反復調整試驗，靜態調試使ETS系統達到了設計要求，為機組安全啟動準備了條件。

4 動態投運

在機組投運過程中，根據機組運行的實際工況，全部保護相繼投入運行。在機組初次投運時，實際做了“手動停機”“超速”等試驗。同時，也做了“在線保護試驗”，試驗結果正常。

5 結語

本機組在試運期間，經歷了很多次啟、停，不止一次地出現過汽輪機主保護動作，結果非常準確、可靠。可見，ETS系統能夠滿足機組安全運行需要。本系統的缺點是監視和操作不方便，因為在操作員DAS系統上位機上沒有監視畫面[4]，也沒有任何操作手段，不能隨時觀察保護系統的工作現狀及保護項目的投入或切除狀態。汽輪機緊急跳閘系統的各項保護投切，需要對照圖紙認真查找和核對，過程十分麻煩，而且容易造成誤操作。最理想的解決辦法就是將ETS系統升級改造，與DCS、DEH系統融為一體。