汽轮机侧单点保护技术改造分析

韩国强

（华能国际电力股份有限公司上安电厂，石家庄 050310）

为了确保大容量火电机组的安全运行，对机组保护控制系统的要求越来越高，故障保护动作正确性与机组设备的安全紧密相关，保护动作不正确，轻者会对机组运行造成影响，使机组负荷受阻或停运，重者则会造成运行设备的严重损坏。所谓单点保护，是指在机组重要设备保护回路中，直接导致保护回路动作的唯一硬件测量信号或软件控制回路。目前，由于设计等方面原因，温度、压力、流量测点安装存在单一性，元件易出现接触不良或短线、断线故障，从而使保护系统发生误动，严重威胁机组安全运行。为了提高保护动作可靠性，通过增加就地设备数量，并完善、优化单点保护逻辑，尽可能消除机组运行中就地设备、线路故障引起隐患发生，并通过三取二逻辑判断后输出继电器动作，来消除保护误动的发生。

1 单点保护存在的问题

华能国际电力股份有限公司上安电厂6台机组存在不同程度的单点保护情况（保护动作通过单个测量设备判断后实现），如果测量设备出现问题，则正常运行设备会失去最后一道保护屏障，保护误动可能造成机组主、辅机跳闸停运，保护拒动则会对就地设备造成不同程度的损坏。

a.温度测量保护由单支温度元件实现。该火电厂一单元1A汽泵推力瓦温度测量为单点测量，机组正常运行时，曾经出现过由于测量回路故障，温度显示到达保护动作值，造成汽泵跳闸的问题。三单元排汽装置温度保护、二单元凝泵推力瓦温度保护、三单元电泵推力瓦温度保护存在着相同的隐患。

b.压力、流量等测量保护由单个开关或变送器实现。该火电厂三单元定子冷却水保护原设计为流量开关动作与单台流量变送器测量流量低同时出现后，汽轮机跳闸，由于单点流量测量故障率高，因此主机保护存在着重要设备隐患。二单元小汽轮机润滑油压力、排汽压力保护存在着相同的隐患。

c.机柜盘连信号（如从TSI柜至DCS机柜的信号）采用一路进行判断。该火电厂抗燃油压低至小机保护信号为一路单点保护信号，如果通道故障或电缆出现问题极易发生保护误动和拒动的情况。

d.电气设备运行信号（如前置泵运行信号消失联跳小汽轮机）由单个节点进行判断。2012年5B汽泵跳闸，原因为前置泵运行信号消失，运行信号从6kV抽屉断路器闭合信号取出，原设计为单点，直接导致该故障的发生。

e.DEH、ETS跳闸节点使用单个继电器输出进行判断，若继电器绕组出现故障，跳闸指令无法输出，导致保护拒动。该火电厂三单元抗燃油压低至小汽轮机保护、DEH和ETS跳闸节点的输出均为单点保护信号，也存在同样隐患。

2 单点保护的技术改造方案

为了提高保护系统的可靠性，针对以上提出的单点保护情况进行梳理，利用机组检修的机会，对现场设备和控制组态进行改造，提高了保护动作的可靠性和准确性。

2.1 单点温度保护的改造

现场设备增加温度测量元件，所有的单点温度测量改为双点测量方式。通过铺设控制电缆，将新增温度测量信号引至DCS，并修改组态。改造后一单元汽泵推力瓦温度保护逻辑，见图1。

图1 改造后一单元汽泵推力瓦温度保护逻辑

汽泵推力瓦温度测点064A，原保护组态为温度85℃报警，达到90℃延时6s汽泵跳闸。由图1可见，增加064A－2温度测点后，相应保护逻辑完善为：当双侧点都没有坏质量时，一支元件达到跳闸值延时6s，并且另外一支元件达到报警值时设备保护动作，当一支测点坏质量时，另外一支测点达到跳闸值延时6s设备保护动作。当双测点测量偏差过大时，大屏幕发光字报警信号。将该测点由单支改为双测点温度元件，使保护互相冗余，在画面进行显示，完善相应保护逻辑，并传动试验成功，确保了回路动作的可靠性和准确性，为汽泵正常运转提供了有利保障。进行上述改造的还有三单元排汽装置温度保护逻辑。

原保护组态为排汽装置温度单点达到100℃时快速关闭低压旁路系统，将其更换为双支热电阻元件后，相应组态修改为当双测点都没有坏质量时，一支元件达到跳闸值100℃，并且另外一支元件达到报警值90℃时快速关闭低压旁路系统；当一支测点坏质量时，另外一支测点达到跳闸值100℃时快速关闭低压旁路系统，确保低压旁路系统各阀门动作准确、可靠。进行上述改造的还有一单元电泵、汽泵机械密封水温度保护，二单元凝泵推力瓦温度保护，三单元电泵推力瓦温度保护等。

2.2 单点压力和流量保护的改造

现场设备增加压力、流量开关或变送器，每一单点保护新增2台测量装置，将所有的单点测量改为三测量方式。通过铺设控制电缆，将新增测量信号引至DCS，修改组态为三取二表决判断方式。进行上述改造的还有三单元定子冷却水保护逻辑。

原发电机定子冷却水流量低保护为3个流量低开关三取二保护动作和单台流量变送器定子冷却水流量低于63t/h相与，延时60s保护动作。由于定子冷却水管路流量波动经常引起开关动作，造成定子冷却水流量低假象。此次检修将其改造为3个流量变送器流量低于63t/h三取二，延时60s保护动作，通过变送器的阻尼可以很好滤去系统波动造成的定子冷却水流量低假象，并且能够时时准确监视定子冷却水流量。

只有当3个测量信号中2个及以上达到保护定值时，断水保护才会动作，并设计了3测量信号异或报警，当3个测量信号状态不一致时发出大屏幕光子牌报警信号，该项设备改造，提高了发电机断水保护投入的可靠性。进行上述改造的还有二单元小汽轮机润滑油压力、排汽压力保护等。

2.3 单点盘连保护的改造

铺设盘连电缆，将机柜间的单个盘连信号增加为3组，修改组态为三取二表决判断方式。改造后三单元抗燃油压低至小汽轮机保护逻辑，见图2。

图2 改造后三单元抗燃油压低至小汽轮机保护逻辑

抗燃油压低至小汽轮机保护信号，原为一路单点保护信号，为此特增加电缆和继电器通道，并设计DCS逻辑，改为三取二判断。

由图2可见，只有当3个测量信号中2个及以上达到保护定值时，保护才会动作，并设计了3测量信号异或报警，当3个测量信号状态不一致时发出大屏幕光子牌报警信号，该项设备改造，提高了保护动作的可靠性和准确性。进行上述改造的还有二、三单元TSI保护，小汽轮机DCS、MEH盘连保护；三单元MFT跳小汽轮机等。

2.4 单点电气运行信号的改造

通过与电气专业协商，由电气专业在原一路运行信号的基础上再提供两路节点，热工专业铺设电缆，将DCS的单个运行信号增加为三组，修改组态为三取二表决判断方式。改造后三单元前置泵运行信号消失跳小汽轮机保护逻辑，见图3。

图3 改造后二单元前置泵运行信号消失跳小机保护逻辑

由图3可见，只有当3个测量信号中2个及以上动作时，才认为设备正在运行，并设计了三测量信号异或报警，当3个运行信号状态不一致时发出大屏幕光子牌报警信号，该项设备改造，提高了保护动作的可靠性和准确性。进行上述改造的还有三单元小汽轮机前置泵运行信号等。

2.5 单个DEH和ETS跳闸节点输出的改造

通过研究DEH、ETS跳闸回路，增加了跳闸继电器，并修改ETS回路配线和DCS组态。改造后三单元、ETS至DEH跳闸保护逻辑，见图4，进行上述改造还有三单元DEH至ETS跳闸保护逻辑。

DEH至ETS跳闸、ETS至DEH跳闸，以上为一路单点保护信号，如果通道故障或电缆出现问题极易发生保护误动和拒动的情况，由图4可见，增加电缆和继电器通道，并设计DCS逻辑，将单个跳闸节点改造为三取二判断后输出动作，有效提高了ETS回路动作的可靠性和准确性。进行上述改造的还有二单元DEH、ETS跳闸回路，三单元汽机跳闸快切厂用电回路等。

图4 改造后三单元ETS至DEH跳闸保护逻辑

3 改造效果

a.通过对该火电厂单点保护回路的改造，从根本上消除了温度、压力、流量等测量保护由单支温度元件实现，机柜盘连信号、电气设备运行信号采用一路进行判断，跳闸节点使用单个继电器输出进行判断等问题。

b.在确保重要保护不发生拒动的前提下，对单点保护进行优化，通过合理采用闭锁条件，使信号检测回路具有逻辑判断能力。

c.采用多重化的热工信号摄取方法，减少检测回路自身的误动作率，优化逻辑组态，有效降低了热工信号系统和热工保护系统的误动作率，减少了火电厂主、辅机各类不安全事件特别是机组非计划停运次数，提高机组运行效率，避免了不必要的资源浪费。

4 结束语

无论保护回路是软件还是硬件，凡是局部单一设备可能造成整个机组保护误动或拒动的，都可视作单点保护，都应在保护系统设计时尽可能避免。目前，该火电厂通过实施单点保护改造，提高了保护动作的可靠性，机组运行效果良好，既保证了保护不发生拒动，又极大减少了保护误动的次数。