SPPA-T3000系统超速保护装置性能分析与改进

林 昇

（华能福州电厂，福州350200）

华能福州电厂660MW汽轮机控制系统采用SPPA-T3000控制系统，数字电液控制系统（DEH）与紧急停机系统（ETS）采用硬件一体化设计，在ETS中包括轴承金属温度高、轴承绝对振动大、凝汽器水位高等17项保护项目。笔者针对机组运行中出现的一次超速保护装置误动过程进行分析，并提出改进措施。

1 超速保护装置动作原理

超速保护回路原理见图1。

图1 超速保护回路原理图

SPPA-T3000系统中DEH与ETS采用硬件一体化设计，ETS不采用PLC，超速保护采用两套独立的BRAUN E16A323电子超速保护装置来完成，不设机械超速保护遮断器。每套超速保护由硬回路组成“三选二”选择后进行超速输出，而两套电子超速保护装置中任一套“三选二”超速动作则直接将故障安全型的开关量输出模块断电，汽轮机各汽门的跳闸电磁阀失电，汽轮机跳闸；系统不设置103%电超速保护，只有110%超速保护动作［1-2］。

主汽轮机设置6个转速探头，每套Braun超速保护装置由3个转速探头、1块Braun E1696超速信号发生器模块和3块Braun E1655超速监控模块组成，每套超速保护装置内的任意两个转速超速则引发超速保护动作，任一套超速保护动作触发机组跳闸［3］。正常情况下，超速保护装置根据Braun E1696模块的设置每隔721min（约12h）定期测试一次，每次测试时，超速信号发生器E1696模块将发出三次信号检测超速监控模块E1655是否正常，第一次发出3 350r／min的超速检测信号，第二次发出3 250r／min的不超速检测信号，第三次发出3 250r／min的FC-1强制超速动作信号，完成整个测试过程需要约2min，但是当本套保护装置中任一个转速超速时将自动停止模块超速试验并报警。

2 超速保护装置误动过程

2.1 误动过程描述

从图1可以看出：SPPA-T3000系统中的超速动作与Braun仪表组的工作可靠性以及参数设置有很大的关联性，特别是其中某些参数如果设置不合理，就可能会在极端条件下触发超速保护误动作。

2010年12月2 4日5号机组520MW协调方式下稳定运行，01：33开始在西门子SPPA-T3000系统的报警画面上多次出现超速保护装置2通道3故障（即第6个转速通道50MYA01CS023故障）；此外超速保护装置中Braun超速信号发生器E1696模块发现所属的转速监控模块E1655有异常并报警，随后又消失；随即在03：55发生汽轮机跳闸、发电机跳闸和锅炉MFT。

现场发现：DCS画面上MFT的首出故障为汽轮机跳闸，虽然汽轮机DEH画面上的首出为锅炉MFT，但DEH和DCS侧的事件记录中均是汽轮机先跳闸，DEH首出故障以及历史记录中均未找到引起保护动作的逻辑条件，因此判断ETS系统硬件回路保护动作的可能性较大；随后在5号机组汽轮机电子间发现：CJJ11柜左侧第一套电超速保护装置显示正常，而右侧第二套电超速保护装置有异常，其Braun E1696模块的故障代码为闪烁的“C7-E3”，E1655模块的故障代码为“CE-1”，最右边转速6的模块显示0（当时汽轮机处于跳闸后的惰走过程中）。故障安全型的开关量输出模件的SF红灯亮。同时，热控检修人员检查发现：15m层汽轮机平台的中间接线箱第6个转速（对应第2套电超速保护装置的第3个转速通道）的端子有松脱现象。

2.2 事故原因

由于事件记录未找到引起保护动作的逻辑条件，并且电超速装置上存在故障代码，CJJ11柜内的故障安全型输出模块的故障红灯亮，初步判断电超速保护动作。但是按照西门子系统的设计理念，在一个转速信号出现故障时，自动闭锁超速通道自检，也不应该发出电超速保护动作。电厂技术人员在6号机组上对超速保护装置Braun E1696和E1655模块动作过程进行了模拟试验。模拟过程所产生故障代码与5号机组跳闸的故障代码完全一致，因此对2010年12月24日5号机组的超速保护动作过程可解释如下：

12月24日0 1：33：01，由于5号机组汽轮机平台振动或者基建遗留的接线不良等原因，汽轮机转速的中间接线箱第6个转速50MYA01CS023的端子松脱而接触不良（试验中在6号机组0转速状态下拆接转速信号线，可产生瞬间高达600r／min的干扰信号。在这种时通时断状态下，正常的转速脉冲信号被分割成多个脉冲信号送入测速模块，从而产生错误的转速测量信号），产生了6次以上的高频信号（超过3 300r／min的保护动作值，随后又马上消失，由于瞬间发生，仅E1655模块检测到，E1696模块没有检测到），并在DEH画面报警窗上报警，但当时未引起运行人员的重视。03：53：17，第二套超速保护装置的第3通道转速由于接线抖动再次产生大于3 300r／min的信号，转速监控模块E1655超速动作并被E1696模块检测到；100ms后信号又恢复正常，超速复归，E1696模块检测到的故障消失（30s）后重新进行一次超速通道测试，03：55：03，当第二套超速保护装置进行到超速测试的第3步，即E1696模块在3 250r／min测试转速下发出强制跳闸信号触发第1个通道转速E1655模块超速动作的瞬间，正好接线不良的第3通道转速E1655模块再次收到了大于3 300r／min的受干扰转速信号，第二套超速保护装置三取二动作，直接动作硬件回路，将汽轮机各主汽门、调门的跳闸电磁阀所在的故障安全型DO（输出）模块断电，保护装置（50MAY01EU001）动作，汽轮机跳闸。

此外，根据西门子模块提供的参数计算，开关量输入模块的通道响应时间在37ms左右（在SIL3安全模式下最大的内部处理时间34ms，再加上输入延时2.1～3.4ms）［4］，由于超速硬件动作的时间很快，来不及被故障安全型的开关量输入模块采集到（同时也验证了在定期超速测试期间DEH系统是监测不到信号的变化），而导致跳闸首出信号来不及输出，使得在本次电超速动作时DEH侧并无超速保护首出故障。图2是第二套电超速保护的首出故障以及超速动作监视部分的逻辑图。

图2 第二套电超速保护的首出故障以及超速动作监视部分的逻辑图

因此本次保护误动的原因可以归结为：在第二套超速保护装置通道测试时，由超速信号发生器的E1696模块发出3 250r／min强制跳闸信号触发第一通道Braun模块动作的瞬间，恰好在第三通道检测到由于接触不良而产生的大于3 300r／min转速信号，超速保护动作。

3 改进建议

通过对本次超速保护动作过程的模拟试验和分析，对超速保护的设计提出以下整改意见：

（1）E1696转速测试模块中的参数P02.01（Automatic resume of auto-test after failure alarm of monitor）设置不合理，原模块参数设置为1，这样一旦E1696模块检测到转速故障消失，不管原来的设置超速测试周期是多少，30s后开始新的一次超速测试，只有测试正常后，才重新按照原来的设置超速测试周期（721min）进行测试，因此在转速信号接触不好的情况下容易出现机组跳机的事件。因此应将E1696模块中的参数P02.01由原来的“1”修改为“0”，这样一旦出现通道故障或超速跳闸（如线路抖动或干扰等引起速度突跳），这时E1696会保持报警状态（在DEH上会发出TEST GENERATOR及WATCH DOG FAULT报警），E1696模块上显示故障代码，自检功能被闭锁，这为查找故障原因提供有用信息，必须由检修人员根据故障代码查找原因确认后予以复归才能再次自检，而不能让模块自行复归故障。

（2）汽轮机制造厂组态时没有对第二套Braun超速保护装置的转速信号进行有效性判断，也没有将第二套电超速装置的转速信号接入DEH系统，无法对转速回路进行监控，甚至在3路转速通道均断线的情况下也没有任何报警，存在保护拒动的可能。应将第二套超速保护装置的转速信号接入ADDFEM 3模块，以便于监视转速信号的变化（如：转速偏差等），及早发现异常。

（3）建议将超速保护装置Braun E1696模块所设置的自检时间由721min进行适当延长，如：9 998min（可调范围：1～9 999min）；但是一旦最大值设置为9 999min，则自检功能被屏蔽，模块在手、自动下均不会进行自检，但并不影响正常超速跳闸动作。该参数设为9 999min的后果在说明书中也未提及，可以延长超速保护装置自检时间，但应避免巧合事件的发生。

（4）Braun E1696模块在定期自检过程中应禁止在E1655面板上进行参数设置工作，否则在自检过程将会跳闸继电器，这一点对于维护人员要特别注意。

4 结语

通过对本次电超速保护动作过程的模拟试验和分析，一些在说明书和手册上没有提及的功能被发现，对SPPA-T3000的电超速Braun仪表组参数设置的含义和结果有了较深入的了解，上述四点整改建议可供使用同类型系统的同行参考。

［1］包锦华，李刚.1 000MW超超临界机组保护系统简介［J］.热力透平，2009，38（4）：277-279.

［2］仵华南，郝德兴.超超临界机组汽轮机电超速保护控制单元及其调试方法［J］.热力发电，2012，41（3）：12-14.

［3］Braun Instrument，Braun I E16x323／E16x324eTurbine Over-speed Protection System Manual［M］.Germany：Braun Gmbh，2008.

［4］Siemens AG.Siamtic Automation System S7-300Fail-Safe Signal Modules Manual［M］.Germany：Siemens AG，2002.