安薩爾多AE94.3A型燃氣輪機及其輔機設備控制邏輯與監視功能優化

韓玉鑫

摘要：文中，筆者結合安薩爾多AE94.3A燃氣輪機及其輔機的控制邏輯和監視功能，對部分控制方式進行了一定的優化，以適應國內電力系統的要求和發展形勢。

關鍵詞：燃氣輪機;安薩爾多;控制邏輯;監視功能

0 ?引言

2015年，上海電氣和歐洲燃氣輪機巨頭——意大利安薩爾多公司簽署一系列協議文本，這意味著上海電氣公司成為我國第二家掌握重型燃氣輪機制造核心技術的公司，近年來，上海電氣攜手安薩爾多公司在國內上馬了多個AE94.3A型燃機輪機（9F級）聯合循環項目，其中最早運行的中電四會項目也僅僅2年，第一批次的大唐肇慶和周口項目也僅僅運行了1年。這三個項目是安薩爾多9F級機組在國內的首批次項目，尚處于磨合期。由于安薩爾多公司的設計理念和國內用戶的需求有很大差異，三個項目都發生過多起設備異常和非停事故，這其中機組主保護及主要輔機保護邏輯部分的差異最大：廠家要求以保護設備為主;業主面對多次非停和電網考核，要求優化主保護條件。因此，適當的優化部分控制策略，以適應國內電力系統安全生產要求的工作顯得尤為重要了。

1 ?燃氣輪機主保護邏輯優化

安薩爾多AE94，3A型燃氣輪機主保護邏輯可以歸納概括為60條，主保護條數目是普通汽輪機主保護的3-4倍之多，以下將從非必要主保護邏輯、非三取二保護邏輯及可優化邏輯三個方面，具體說明主保護優化的必要性及優化后的控制邏輯，預想了邏輯修改后的效果。

1.1 燃機振動主保護優化

燃機振動測點是由機組TSI系統從就地采集數據，再經過換算濾波后，通過硬接線的方式傳輸給TCS控制系統，最終在TCS控制系統內進行高低限制的邏輯判斷和壞點的判斷。安薩爾多燃機的TSI系統在向TCS系統傳輸每一個振動值時，不僅發出了一組模擬量信號，而且還配備一個該測點是否正常的開關量信號，稱為“XX測點OK信號”，這個判斷是在TSI系統中完成，通過預制電纜（DB9九針插頭式）硬接線的方式發至TCS系統，由TCS系統的DI卡件接收。信號為1即開關節點閉合時，說明該測點OK;信號為0即開關接點斷開時，說明該測點“not OK”，在邏輯中認為該測點壞點。

由于這個“OK信號”通過DB9九針插頭式電纜連接，多個信號共用一個電纜，并且將一個插頭節點作為公共端子，因此當這跟電纜或者公共端子接線松動或電纜斷線時，將直接造成多個瓦振信號的“OK信號”消失，在控制邏輯中認為該測點壞點，進而通過三取二邏輯判斷主保護動作，造成機組跳閘。因此，通過設置TSI卡件組態，將其“OK”信號由原來常1改為常0，機組正常運行是開關接點是斷開的，避免發生設備誤動和非停事故。

1.2 燃機防喘放氣閥氣源結構優化和相關主保護邏輯刪除

燃機防喘放氣閥采用氣動閥門結構，雙電磁閥并聯控制，失氣開，安薩爾多9F型燃機為燃機防喘放氣閥單獨配套了一用一備的空壓機，用來保證壓縮空氣正常投用。同時增設主保護邏輯“空壓機出口儲氣罐壓力低三取二跳閘”，但實際在國內安薩爾多聯合循環機組建設中，都將廠區壓縮空氣母管與儲氣罐連接，即便兩臺空壓機全部故障，仍有廠區壓縮空氣母管保持壓力，大大降低了因氣源斷氣造成防喘閥誤開的可能性。而且，三個儲氣罐壓力測點共用同一個取壓點和取壓母管，單母管形式若出現焊口有裂縫將直接造成三個開關全部動作，機組誤跳閘。因此，綜合考慮后將此條主保護刪除。

1.3 增加燃機前置模塊緊急關斷閥反饋測點及主保護邏輯優化

燃機前置模塊緊急關斷閥是機組天然氣供應的供氣母管截止閥，該閥門采用氣動結構，雙電磁閥并聯控制，失氣保持，相關主保護邏輯為“緊急關斷閥關反饋發1時機組跳閘”，該閥門的開關反饋均只有一組，屬于典型的單點保護。因此在緊急關斷閥的閥位控制器上，增加兩組開關量節點至TCS控制系統，組成三個關反饋信號，同時將主保護邏輯優化為“緊急關斷閥關反饋三取二機組跳閘”。

1.4 優化燃機前置模塊緊急放散閥控制模式及聯鎖邏輯

燃機前置模塊ESD閥后有一個氣動結構的緊急放散閥，用于火災保護動作時，緊急將管道內存在的天然氣放散至大氣中，避免事故擴大。由于該緊急放散閥在前置模塊緊急關斷閥后，因此兩個閥門存在聯鎖關系，即：放散閥開時，關斷閥聯鎖關閉。由于關斷閥的關閉機組跳閘，因此，實際上放散閥是否開啟也同樣會影響機組的主保護動作。前置模塊緊急放散閥采用氣動結構，單電磁閥控制，失氣開，無保持功能，機組運行時電磁閥常帶電，由于是單電磁閥控制，且正常運行時電磁閥常帶電，該電磁閥的供電回路一旦出現故障，將直接造成電磁閥動作、放散閥開啟，并聯鎖關閉緊急關斷閥跳機，有較大的安全隱患。同時，同緊急關斷閥一樣，放散閥也只有一組開關反饋，若放散閥的開反饋節點故障，同樣將造成機組誤跳閘。因此，將放散閥的氣源控制結構改為雙電磁閥并聯控制，任意一個電磁閥失電不會造成閥門動作，只有兩個電磁閥同時失電時才會開啟放散閥，同時增加放散閥的開反饋信號節點，通過三取二邏輯判斷后，再聯鎖動作緊急關斷閥。

1.5 非獨立取樣三取二測點及燃機本體瓦振測點位置優化

由于安薩爾多燃氣輪機設計的特殊性，部分燃機本體測點及取樣測點不能實際形成三取二保護的模式，而且多個測點共用一個取樣點和取樣管的情況，實際上是不符合電力系統二十五項反措的基本要求的。這其中包括燃機喘振差壓測點、燃機排氣壓力測點、燃機壓氣機排氣壓力測點等等。同時還有燃機透平軸承瓦振測點、壓氣機軸承瓦振測點位于燃機的同一側，并且在同一個位置安裝，雖然形成了同一個軸承雙瓦振參與三取二的判斷，但實際上燃機一側的振動偏大時，兩個測點將同時動作跳機，而燃機另一側振動較大時，卻沒有儀表能夠將燃機振動情況反應到畫面上來。但以上兩種問題，受制于燃機機械設計、材質等多方面因素，據了解各個已投產機組均未整改。

2 ?燃機本體及輔機部分測點增加監視報警功能

2.1 增加燃機防喘放氣閥電磁閥電流監視測點

安薩爾多燃機防喘放氣閥采用氣動控制，失氣開，無保持，控制模式采用雙電磁閥并聯，即雙電磁閥同時失電才會造成閥門快開，因此，實際運行中，若有一個電磁閥的電源回路故障或電磁閥本身故障，并不會引起閥門誤動作，運行人員在畫面上和巡檢過程中也無法發現這個異常，也就不能及時處理該缺陷，若此時另一個電磁閥也發生了同樣的情況，將直接造成防喘閥快開，機組跳機。所以，監視電磁閥控制回路是非常有必要的。在原有的氣源回路和電磁閥控制回路的基礎上，在兩個電磁閥的供電回路中分別串聯一個電流監視模塊，該電流監視模塊可通過判斷回路的電流值的大小，輸出一個開關量信號至TCS系統，再將該開關量信號做到畫面中和報警功能組里，若電磁閥控制回路故障，則該開關信號將由1變為0，直接判斷電磁閥是否正常帶電，起到提前發現提前解決的功能。

2.2 增加燃機前置模塊緊急關斷閥等雙電磁閥控制設備的電流監視測點

燃機前置模塊的緊急關斷閥、優化控制回路后的緊急放散閥、天然氣調壓站緊急關斷閥也同樣采用雙電磁閥并聯控制，同燃機防喘放氣閥一樣，在電磁閥控制回路中增加電流監視模塊，并輸出至TCS系統畫面和報警組中。

2.3 增加緊急停機按鈕節點監視

安薩爾多燃氣輪機設計共有五個緊急停機按鈕，分別在集控室操作臺、燃機電子設備間、燃機發電機及燃機罩殼處。每個按鈕共4組常閉節點，其中三組節點在按鈕與按鈕之間采用串聯連接，并連接至KP繼電器，聯動ROM810繼電器組成硬接線跳機控制回路，每個按鈕的另一組常閉節點分別連接至TCS系統DI卡件的不同通道，用于SOE記錄，在機組停機后可以知道是哪一個按鈕動作造成了機組停機。

因此，在原有設計基礎上，將增加三組KP繼電器的節點分別接入至TCS系統中，當任意一條線路斷線，報警將直接放映在畫面上來。

2.4 完善燃機盤車嚙合信號、燃機進氣擋板門反饋等信號的報警功能

燃機盤車嚙合信號、燃機進氣擋板門等信號直接關聯燃機主保護邏輯，實際采用三測點三取二邏輯判斷方式，但在機組畫面和報警清單中缺少測點翻轉時的報警，因此通過增加畫面測點和報警組，完善其報警功能。

2.5 增加PROFIBUS總線通訊監視

通過軟件配置或增加硬件，對TCS、DCS控制系統中的服務器、交換機、PIN800、小海豚、操作員站、工程師站、歷史站等所有需通過網線連接的端口或設備所在的物理網絡進行監視，一旦某個端口異常，系統及時提醒，報警將直觀的反應在畫面中，并在報警組中提醒運行人員和熱工專業人員。

3 ?優化輔機主輔設備判斷，增加預選功能

安薩爾多9F級燃機的潤滑油等模塊中，多個輔機的主輔設定是不可更改的，如A潤滑油泵就永遠是主油泵，B泵永遠是輔助油泵，而機組啟動過程是完全順控操作，不需要運行人員單獨啟動油泵，因此每次啟機都會啟動A潤滑油泵，B泵則只有在A泵故障或是潤滑油壓力低時才會聯鎖啟動，雖然可以在機組啟動后手動倒換油泵，但這也增加運行人員誤操作和設備異常的風險，不利于機組主要輔機設備的定期輪換。因此，在原有邏輯的基礎上，增加泵的預選功能，啟機前先由運行人員選擇想要啟動的設備為主泵，然后再進行燃機啟動順控的操作，減少了運行人員的操作，提高了設備的壽命，降低了機組運行異常的隱患。

4 ?結語

隨著上海電氣與安薩爾多公司的深度合作，以及國內燃氣蒸汽聯合循環機組的陸續上馬，可以預見未來將有一批安薩爾多9F型機組在國內新建、投產、運營。安薩爾多AE94.3A型機組的控制系統設計思想其實并不復雜，也有很多很好設計理念值得汽輪機DEH和ETS控制系統學習，但部分控組理念的設計過于理想化，在機組實際運行過程中忽略了涉及到設備本體、監測儀表、運行環境、燃料特性、運行人員技術水平等等諸多因素影響，從而增加了控制的難度和精度，造成機組非停的事故也時有發生。以上為筆者在安薩爾多9F級機組調試和運行中發現并改良的個別項目，有不妥之處歡迎各位同行指正。

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