改造燃机三大系统 确保电厂本质安全

钱育军

（华能南山电厂，海南 三亚 572000）

创建本质安全型企业是当前电力系统的重要目标之一，它需要企业把人员、设备系统、环境、人—机系统、管理等诸多要素的本质安全有机地融合起来，形成一个最佳集合体。华能南山电厂近年来在创建本质安全型企业方面进行了大量卓有成效的工作，尤其是着重加强了设备的综合治理力度，先后投资100多万元，对燃机的超速保护系统、防火系统和自动电压调节系统进行了全面的技术和国产化改造，这在国内燃机电厂中尚属首次。通过改造，有力地确保了电厂设备系统的本质安全。

1 超速保护系统改造

电厂采用的FT 8-1型双联燃机属于轻型航改机，由双转子带动力涡轮与发电机相连，无机械超速保护，只有电气超速保护。电气超速保护分为软、硬保护2部分。硬超速保护由动力涡轮转子的磁性传感器ST 008和超速保护开关采用或门逻辑来实现，其输出信号直接跳燃机和解列发电机，如图1所示。燃机双联运行时，可接入任何一台机组的1个ST 008超速传感器信号；燃机单联运行时，只能接入运行机组的1个ST 008超速信号。软超速保护采用3种不同转子的多个转速传感器信号(低压转子ST 001-002，高压转子ST 003-005，动力涡轮转子ST 006-007)，分别选择微分值最小的输入控制系统监视各自的转子是否超速，然后控制系统再据此发出燃机跳机或发电机解列的命令。

由于硬超速保护的ST 008输入信号单一、可靠性不高，且所有转子的速度传感器(ST 001-008)不耐高温，容易失效误动，曾出现过年跳7次燃机的不良记录。

2002年2月，电厂对燃机硬超速保护系统进行了改造。首先，硬超速保护改采用美国W OODW ORD公司生产的PROT ECH 203超速保护系统，其保护逻辑如图2所示。它有A,B,C3个输入信号，分别接入A，B机的ST 008超速信号，C机信号未接入,设定保护正常。当A,B,C中有2个信号同时出现超速时，机组才跳闸解列。如果燃机单联运行，则设定退备机组的ST 008信号为超速状态；当运行机组的信号输入也为超速状态时，超速保护动作，机组将跳机解列。另外，改造后的硬超速保护系统还能对输入信号首先进行失效判断。如果失效，信号将被屏蔽，确保只有真实的超速信号才参与超速判断。因此，无论FT 8-1燃机是单联还是双联运行，该超速保护系统均能正确动作，无误动作的可能。

其次，所有速度传感器均采用耐高温和寿命较长的新型传感器，并在输入回路上安装控制开关(超速传感器ST 008除外)。对于指示不正常的速度传感器，可以及时将其输入信号切除，避免误跳机。

改造后的FT 8-1双联燃机超速保护系统，有效地解决了输入信号的无智能判断和单一的问题，还采用了更符合现场实际的速度传感器，因此系统可靠性大大提高。自2002年3月改造好后，超速保护系统再无误动发生。

2 防火系统改造

FT8-1双联燃机的防火系统与9 E，9F型燃机类似，是按照NFPA12(美国国家防火协会)有关CO2灭火系统标准规定设计的，分为燃机箱体火情防护、天然气泄漏和控制间烟雾探测3大系统，如图3所示。其防火系统由CO2瓶模块、温感探测器、CO2释放信号(压力)开关、天然气泄漏探测器、烟雾探头等部件组成。

据不完全统计，自1994年华能南山电厂投入商业运营后的10年间，防火系统故障多达25起，机组多次跳机解列，累计损失电量超过400MW，企业的经济效益和社会形象多次受损。究其原因，是防火系统的设计存在多种固有缺陷。

(1) 火情探测器种类单一，数量众多，缺乏综合判断功能。这是该系统最大的缺陷。1台FT 8-1双联燃机采用16个温度传感器作为3个受保护区域的箱体(燃机A，B箱体、发电机箱体)温度是否超标的监测器。当它们中任何一个的监测温度达到设定温度值时即判断为着火，CO2系统将发出火情报警并向该区域释放CO2，同时将机组打闸解列。防火系统控制逻辑如图4所示。很显然，这种设计存在不足，其判据单一，仅“听”一面之词，所以，只要有1个温度传感器故障误判，防火系统必定引发跳机和CO2灭火。此外，同一区域布置的温度测点一般是4个或6个，若数量过多，必然增加系统故障的概率。

(2) 部分元件工作环境恶劣，容易误动作。除温度传感器和天然气泄漏探测器布置在机组箱体内之外，其余的设备均暴露在外部环境中，长期遭受日晒雨淋，经常发生进水短路、绝缘老化、安全膜破裂等异常导致的系统误报警、误跳机、误喷CO2等情况。

(3) 进口防火系统的元件使用15年以来，性能逐步下降，但受订货困难或价格的影响，一直带“病”运行。

为此，华能南山电厂从2004年10月起陆续对原防火系统进行了技术改造。改造方案遵循原来的控制原理，并尽量保持原有的功能和测点，仅改善系统的可靠性。即，保留了原来燃机箱体火情防护、天然气泄漏和控制间烟雾探测3个系统，保留了天然气泄漏跳机、烟雾探测报警功能，同时增加了火情辅助判断功能，取消部分跳机功能。具体改造情况如下。

首先，在受保护的每一个区域再加装2个SS-4 A/-2型多频谱数字光电火焰探测器，以实现在同一区域内至少有1个温感和光感探测器同时检测到火情时，防火系统才会自动跳机和灭火；否则，任何单方面监测到的火情仅报警，不跳机和灭火，以保证系统的可靠性。改造后的防火系统控制逻辑如图5所示。

其次，将可燃气体泄漏探测器的变送器移至低温区域，以减少干扰因素；给CO2瓶和压力开关加装遮雨、遮阳棚，防止CO2瓶温度超过60℃时CO2挤破安全膜喷发。

第三，将感受CO2母管压力的跳机信号改为报警信号，防止压力开关误动而导致跳机灭火；将天然气泄漏跳机的整定值从最低爆炸极限浓度60%修改为40%。第四，2008年12月，将部分防火控制器进行国产化改造，以方便及时维护和设备元件更新。

改造后的FT 8-1燃机防火系统信号采集多样化并具有冗余判断功能，性能稳定，检测可靠，无误报、误动作可能存在；同时，备件供应快，检修周期短，实现了预期的改造目的。

3 电压调节系统改造

FT 8-1燃机发电机组采用英国BRU SH公司生产的三机自励无刷励磁调节系统，具有自动和手动电压调节功能。自动电压调节器属于模拟型自动电压调节器，外围设备多，容易老化，机械部件常常卡涩。从2001年4月至2008年7月的统计数据可以看出，自动电压调节器的故障主要集中在功率因数卡、电动设定电位器、励磁监视卡和电压控制卡等元件上。表现为低励磁误动作，励磁自动转换；无功波动大，控制不稳定；电动设定电位器来回频繁摆动等缺陷。累计出现10次故障，事故率比较高，电厂不得不多次停机处理。

鉴于电压调节器存在以上不足，华能南山电厂在2009年2月对电压调节系统进行了改造。改造后的电压调节系统采用国内成熟的微机励磁自动电压调节器，主要由南瑞继保电气有限公司生产的RCS-9410数字励磁调节器和RCS-9420可控硅整流器等装置组成，具有微机保护、容错技术、冗余控制和快速逆变灭磁的特点。

国产自动电压调节器投产近1年来，运行更安全可靠，维护试验更方便，完全适应燃机电厂调峰、调压、孤网运行频繁的工作特点。

4 结束语

华能南山电厂对FT 8-1双联燃机的超速保护系统、防火系统和电压调节系统实施的技术和国产化改造，是在创建本质型安全企业方面进行的一次有益尝试。它不仅提高了进口设备国产化比例，解决了输入信号单一和系统缺乏智能判断的固有缺陷，还方便了运行和维护，并在改造中体现了安全，在安全中创造了效益。

1 王之魁. 创建本质安全型企业[J].电力安全技术，2007，9(1).

2 黄雪中，孟广太. 燃气轮机低压二氧化碳火灾保护系统[J]. 发电设备，2008，22(1).

3 熊传良. 发电机励磁系统自动电压调节器工作原理及故障处理[J].燃气轮机发电技术，2009，11(2).