300 MW汽轮机组控制保安系统与通流部分的协同改造

欧艳清，舒力，胡建余

(大唐湘潭发电有限责任公司，湖南湘潭 411100）

300 MW汽轮机组控制保安系统与通流部分的协同改造

欧艳清，舒力，胡建余

(大唐湘潭发电有限责任公司，湖南湘潭 411100）

为适应当今社会对节能减排的要求，大唐湘潭发电有限责任公司2号机组于2010年大修期间进行了通流改造，额定负荷由300 MW升级为320 MW。本文针对改造前后汽轮机控制保安系统硬件设备、控制逻辑及接线方式的变化进行详细的对比解析，并就调试过程中遇到的问题及解决方案进行分析说明。

300 MW机组;控制保安;协同改造

大唐湘潭发电有限责任公司2号汽轮机组是东方汽轮机有限公司生产的亚临界、中间再热、双缸双排汽凝汽式汽轮机，型号为N300-16.7/537/537-4，于20世纪90年代投产。经过十多年的生产与运转，该机组已无法满足当前社会对节能减排的更高要求。

2010年，公司决定对2号机组通流部分进行大规模改造，以实现降低能耗、增强机组运行安全稳定性能、提高社会效益与经济效益的目的。

根据改造方案，改造后的机组，额定负荷将由300 MW升级为320 MW。因此，原有的控制保安系统已不能完全适应机组的运行要求，必须进行协同改造。

1 液压保护系统的改造

1.1 原液压保护系统工作原理

1.1.1 低压保安系统

原低压保安系统由危急遮断器、危急遮断器杠杆、危急遮断器滑阀、低压遮断集成块、手动遮断阀、危急遮断器试验阀及复位阀组成。

低压保安系统控制油由机组透平油分4路生成:

①透平油经节流孔进入危急遮断器滑阀下腔室，接受手动遮断阀及低压遮断集成块控制;

②透平油经节流孔进入危急遮断器滑阀上腔室，接受复位阀控制;

③透平油经节流孔进入接口阀上部，形成低压保安油，接受危急遮断滑阀控制;

④透平油经危急遮断器试验阀，用于撞击子试验。

第1路控制油主要完成低压遮断功能。然后，危急遮断滑阀在上部油压作用下移动至下止点，接口阀上部油压接通排油泄压，接口阀自动打开，泄掉高压保安油，快速关闭各进汽阀门，遮断机组进汽。

控制这路油压的低压遮断集成块由4只电磁阀先并联后串联作为前置级，加1个卸荷阀作为放大级组成。接受电气遮断信号，挂闸状态下一旦带电，卸荷阀打开，就会排掉滑阀下部油压。

手动遮断阀动作则直接排掉危急遮断器滑阀下油压，实现机组手动遮断功能。

第2路控制油实现机组挂闸功能。当复位阀带电后，泄掉危急遮断器滑阀上部油压，滑阀在其底部油压作用下，上升至上止点，将排油口封住，建立低压安全油，即产生第3路低压控制油压。遮断状态组件3个压力开关，监视压力建立与否，产生机组“已挂闸”或“已遮断”信号。

第4路低压控制油压主要用来实现机组喷油试验，活动双通道危急遮断器中的2个撞击子，以保证机械超速功能的完备。

1.1.2 高压保安系统

高压保安油由EH油泵输出压力油，经滤油器进入高压油管道形成。油压建立，在DEH控制下，高压油可以通过伺服阀或电磁阀，进入各进汽阀油动机，驱动各阀门。

汽机挂闸后，由EH油泵及高压蓄能器共同维持的压力油，经各主汽阀油动机卸荷阀及节流孔形成高压保安 (HPT)油，到达高压遮断 (HPT)集成块和接口阀。压力油经各调节阀油动机卸荷阀及节流孔形成超速限制 (OSP)油，到达超速限制(OSP)集成块前，同时通过单向阀与HPT油路相通。

机组遮断时，HPT集成块电磁阀带电或接口阀打开，都可以泄掉HPT油，同时通过单向阀，泄掉OSP油，使各卸荷阀开启，排掉各进汽阀油动机活塞下压力油，在弹簧力与蒸汽压力作用下，各进汽阀快速关闭，遮断机组进汽。

当发生甩负荷工况或转速达到103%额定转速时，OSP集成块电磁阀带电，泄掉OSP油，各调节汽阀卸荷阀开启，排掉油动机活塞下压力油，调节汽阀快速关闭。2 s脉冲期后，可以重新打开各调节汽阀。HPT集成块，OSP集成块的结构与低压遮断 (LPT)集成块类似，由4个电磁阀组成串并结构。

接口阀与遮断状态组件组成高、低压系统接口装置，作用是将低压保护系统的挂闸及遮断信号传递给高压系统。

1.2 改造后的液压保护系统工作原理

在2号机组通流改造中，更换了机组前端箱，极大地简化了保安油系统结构。

1.2.1 低压保安系统

低压保安系统由危急遮断器、危急遮断器装置、遮断隔离阀组、机械遮断机构、手动停机机构、复位试验阀组、机械停机电磁铁和导油环等组成，如图1。

图1 改造后的液压保护系统结构图

该系统中，低压油只用来实现远方挂闸及喷油试验功能。远方挂闸流程如下:

操作台发出挂闸指令，复位试验阀组中的复位电磁阀 (1YV)带电动作，将润滑油引入危急遮断器装置活塞侧腔室，活塞上行到上止点，使危急遮断器撑钩复位，通过杠杆将遮断隔离阀组的机械遮断阀复位，高压保安油的排油口被封住，建立高压保安油。

压力开关组件中PS1，PS2，PS3开关检测到高压保安油已建立，向DEH系统发出信号，使复位电磁阀 (1YV)失电，危急遮断器装置活塞回到下止点，此时行程开关ZS1，ZS2常开触点均断开，挂闸程序完成。

1.2.2 改造后高压保安系统工作原理

该系统取消了接口阀，其功能由遮断隔离阀组中的机械遮断阀完成。当危急遮断装置动作时，图1中杠杆右移，ZS2行程开关触点闭合，机械遮断阀将高压保安油接通排油，高压保安油压失去，机组快速遮断进汽。

HPT高压遮断模块与OSP超速限制模块部分保持不变。遮断状态组件3个压力开关直接监视高压保安油压建立与否，送至DEH系统，产生“已挂闸”或“已遮断”信号。

从可靠性角度考虑，该系统设置有电气、机械及手动3种冗余的遮断手段。

电气遮断可以由机械停机电磁铁和高压遮断模块同时完成，因此电气遮断功能本身也是冗余的。一旦接受电气停机信号，同时使机械停机电磁铁和高压遮断模块带电。

机械停机电磁铁带电动作，通过机械遮断机构的杠杆使危急遮断器撑钩脱扣，机械遮断阀动作，将高压保安油的排油口打开，泄掉高压保安油，快速关闭各主汽、调节阀门，遮断机组进汽。

高压遮断模块带电，直接泄掉高压保安油，同样达到机组快速遮断目的。

机械超速遮断功能由危急遮断器、危急遮断器装置、遮断隔离阀组和机械遮断机构共同完成。动作转速为额定转速的110% ～111%(3 300～3 330 r/min)。当转速达到危急遮断器设定值时，飞锤击出，打击危急遮断器装置的撑钩，使撑钩脱扣，通过机械遮断机构使遮断隔离阀组的机械遮断阀动作，泄掉高压保安油，快速关闭各进汽阀，遮断机组进汽。

机头前端箱前设有手动停机机构，供就地手动紧急停机用。手拉停机机构拉杆，通过机械遮断机构使危急遮断器装置的撑钩脱扣，泄掉高压保安油，实现机组遮断功能。

2 控制逻辑的变更

针对就地硬件设备的改变，控制逻辑须相应作出调整，以适应新系统的运作需求。此次逻辑组态调整主要包括2个方面:a.挂闸逻辑;b.喷油试验逻辑。

2.1 挂闸逻辑的变更

本次通流改造中，液压保护系统硬件设备作出了较大的调整，取消了原系统中的低压保安油系统。

改造后的低压油已经没有“保安”的实质，只用来完成挂闸及试验的功能。原系统中3个低压保安油压监视开关PS4，PS5，PS6由高压保安油压监视开关PS1，PS2，PS3取代。挂闸信号逻辑见图2。

图2 新挂闸信号逻辑

挂闸时，复位电磁阀 (1YV)带电，将透平油引入危急遮断器装置活塞侧腔室，活塞上行到上止点，使撑钩复位，通过杠杆将遮断隔离阀组的机械遮断阀复位，将高压保安油的排油口封住，建立高压保安油。

当压力开关组件中的开关PS1，PS2，PS3动作，“三取二”形成高压保安油已建立信号，DEH系统检测到后，使复位电磁阀 (1YV)失电，危急遮断器装置活塞回到下止点，行程开关ZS1的常开触点复位，DEH系统判定挂闸程序完成。

改造后机组已跳闸信号判定保留原来3个压力开关“三取二”信号，并增加了行程开关ZS2在跳闸位与之相与。其中油压开关监视高压保安系统状态，行程开关监视低压保安系统状态，增强了信号的稳定性和可靠性。调试时，务必将ZS1，ZS2的位置确定好，其中ZS1最好定在杠杆上止点和下止点实现动作和复位，避免由于杠杆卡在中间位而ZS1发出误信号。挂闸脉冲指令信号的长短根据机组实际挂闸过程时间而定，一般略长于实际挂闸时间即可。

2.2 喷油试验方式的变更

若汽轮机的转速太高，由于离心应力的作用，会损坏汽轮机。虽然DEH系统中配置了超速限制及保护功能，但如果DEH转速信号故障或超速模件 (MFP)故障，就会失去DEH电气超速保护功能，因此实现机械超速保护功能就显得尤为重要。

为防止在机组出现超速时，因为卡涩而致飞锤不能迅速飞出遮断汽轮机，需要定期对飞锤进行活动实验。喷油试验就是在机组正常运行时，将低压透平油注入危急遮断器飞锤腔室，将飞锤压出但不遮断汽轮机的试验。此试验方式的变更，是通过控制逻辑，结合就地设备来完成的。

2.2.1 原喷油试验方式

改造前的机械超速系统采用了冗余设计。2个飞锤，2个危机遮断器阀，用杠杆将它们联系起来。通过移动杠杆，使喷出的飞锤不会遮断汽轮机。

以1号飞锤试验为例，操作员发出指令后，2YV电磁阀带电，透平油进入活塞室，使杠杆右移，油压开关PS3检测到杠杆右移成功，则使1YV电磁阀带电，透平油注入1号飞锤腔室，将飞锤压出，相应磁阻传感器检测到信号后，则试验成功，电磁阀1YV，2YV失电。

2.2.2 改造后喷油试验方式

改造后的喷油试验系统主要由2YV(喷油试验电磁阀)，4YV(喷油试验隔离阀)，ZS4(喷油试验隔离阀在试验位)、ZS5(喷油试验隔离阀在正常位)组成，结构参见图1。

飞锤试验时，按下“飞锤喷油试验”按钮，将“试验钥匙”开关旋到“试验”位置。此时逻辑使遮断隔离阀组的隔离控制阀4YV带电，高压保安油的排油被截断。遮断隔离阀组上设置的行程开关ZS4的常开触点闭合、ZS5的常开触点断开，逻辑检测到信号后，使复位试验阀组的喷油电磁阀2YV带电，透平油压力油被注入危急遮断器飞锤腔室，危急遮断器飞锤击出，打击危急遮断器撑钩，使之脱扣。行程开关ZS2动作，逻辑即确认试验成功，使复位试验阀组的喷油电磁阀2YV失电、复位电磁阀1YV带电15 s，复位危急遮断器撑钩。行程开关ZS1的常开触点闭合、ZS2的常开触点断开后，隔离控制阀4YV失电，飞锤喷油试验完毕。

不难看出，改造后的喷油试验在活动飞锤的同时，整个机械超速遮断系统进行了连锁的动作试验，极大地提高了试验的可靠性和全面性。

3 控制回路接线方式的变更

图3 改造前跳闸回路接线图

原系统中存在4个低压跳闸电磁阀:6YV，7YV，8YV，9YV，接线方式如图3。图中R1，R2，R3，R4为DEH系统跳闸继电器输出接点，ETS1，ETS2，ETS3，ETS4为ETS系统跳闸继电器输出接点。DEH或ETS系统跳闸继电器冗余输出接点闭合后，4个低压跳闸电磁阀带电，实现跳闸功能。

改造后机械停机电磁铁3YV取代原来4个低压跳闸电磁阀，完成电气跳闸任务。系统相对简化，为保障机组运行的安全可靠性能，保留了原来所有的跳闸输出接点。控制回路接线方式如图4。跳闸输出接点采取串并结构，1组DEH系统跳闸输出接点与ETS系统跳闸输出接点并联后，再与第2组同样并联接点串联，既防误动，也防拒动。

图4 改造后跳闸回路接线图

调试过程中，发现ETS系统跳闸输出接点并不会因为机组跳闸成功而复位，导致在停机状态下，机械停机但电磁铁3YV将长期带电。由于3YV功率比较大，将使得线圈容易过热损坏。

在DEH控制回路中加入继电器R5，R6。机组跳闸成功后，行程开关ZS2常开触点闭合，使继电器R5，R6带电动作，切断ETS系统跳闸控制回路电源。机组挂闸后，继电器R5，R6失电，重新接通ETS系统跳闸控制回路电源，使得3YV不管在机组停机状态还是运行状态，都不再长期带电，且能保证其设计功能的实现。

4 结束语

大唐湘潭发电有限责任公司2号机组通流改造后，各类指标都得以优化，经济性能明显提高。控制保安系统经过多次保护试验，均能正常动作。机组经过长时间运行，未发生任何影响机组安全稳定运行的问题，改造效果良好，为同类型机组的类似升级改造积累了宝贵的经验。

TK264.2

B

1008-0198(2011)03-0056-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2011.03.019

2011-01-28