汽轮机跳闸保护系统在热电站工程中的应用

韩广东

摘 要：介绍了汽轮机跳闸保护系统ETS在河南晋煤天庆18305项目热电站工程中的实际应用，对ETS的系统构成、设计要点、联锁控制的实现等做了简要陈述。该系统是DCS和PLC成功的组合运用，取得了很好的效果。

关键词：ETS；联锁控制；PLC

引言

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。主要作为发电用的原动机，也可驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽提供生产和生活上的供热需求[1]。河南晋煤天庆18305项目热电站工程新上1台18 MW抽汽背压式汽轮发电机组，作为热电联产的主要设备，在生产中发挥着重要的作用。

由于汽轮机的转速很高，在机组启动、运行或停机过程中，因操作不当或某些相关设备故障，容易使汽轮机的转动部件和静止部件发生摩擦，引起叶片损坏、大轴弯曲、推力瓦烧毁等恶性事故[2]。为确保机组安全起停和正常运行，需对汽轮机的轴向位移、转速、振动等机械参数进行监控，并对轴承温度、油压、主汽温等热工参数进行监视和异常保护。在出现危急状况时，联锁保护系统能及时动作，迅速停机，对防止事故扩大，具有十分重要的意义。

因此，汽轮机除了设有手动的停机功能之外，还需设置具有自动停机功能的汽轮机跳闸保护系统（ETS）。ETS系统是用PLC代替继电器、由程序处理控制代替硬接线、I/O电平可与外部装置相连接以及结构易于扩展的工业检测、保护、控制设备[3]。汽轮机危急跳闸系统用以监视汽轮机的某些重要参数，当这些参数超过其运行限制值时，该系统就关闭全部汽轮机蒸汽进汽阀门，紧急停机。

1.ETS系统的构成

ETS系统由逻辑控制柜与手动操作盘构成。

1.1操作盘

操作盘面板上设有电源状态指示、停机首出原因指示、保护信号指示、各保护投切开关及手动停机、复位等操作按钮。操作盘安装在控制室的操作台上。

1.2逻辑控制柜

逻辑控制柜由电源、信号转换模块、PLC组件、中间（输出）继电器，空气开关、交流接触器、检修插座和照明等组成。

2.ETS设计要点

2.1独立、冗余的电源系统

电源是系统稳定运行的动力保障，电源的设计尤为重要。我们采用冗余的电源系统，引入两路220VAC电源至控制柜，其中一路来自UPS，一路来自厂用电。两路电源接入控制柜内24VDC电源转换模块，如果任何一路电源出现故障，系统仍可正常工作。

2.2冗余的硬件配置

我们采用冗余的PLC配置，两套系统完全独立，同时工作，当任何一套PLC发生故障时，系统仍可完成紧急停机任务。

2.3接入信号

所需的现场监测信号由硬接线方式接入控制柜，以减少干扰和延迟。系统设置有备用通道，当用户需要增加输入时，可以方便接入。

2.4手动停机信号

设计一路手动停机信号进入ETS系统，设在汽轮机的操作盘上。该信号进入ETS控制柜后，其中一副触点不通过PLC而直接接入输出回路，以减少中间环节，实现快速停机。为实现监视及首出记录，另外接两副触点分别进PLC系统。

2.首出回路

当ETS系统动作后，为尽快排除故障，要求迅速、准确地掌握机组跳闸的原因，ETS逻辑上设计有首出回路，用以记录跳闸回路中首先出现的动作条件。

2.6ETS动作输出

如果输出给停机电磁阀的信号为脉宽型，可以根据需要设置脉宽长度。

2.7投切开关

系统设计有ETS总投切开关及各动作条件的分项投切开关。只有总投切开关投入时，系统才会动作输出。各个分项开关可以选择性投入，当暂时不需要某个信号参与保护时，可以将其切除。投切开关设置在操作盘上。

2.8电源监视

对引入控制柜的两路系统电源设有电源监视，当两路电源均消失时，会提醒操作人员采取必要措施。在机柜内部设计有电源指示灯。

2.9SOE信号输出端口预留

一些现场信号通常只有一副触点，为保证安全，这些信号接入ETS控制柜时，在ETS控制柜里扩展预留了SOE信号端口，以便送给SOE装置使用。

3.ETS系统的联锁控制

ETS系统是一套独立于DCS的安全保护系统，参与联锁的控制信号分别送至DCS和ETS中。在正常情况下，DCS动态地监控生产过程的连续运行，而ETS处于相对静止的状态，一旦出现危急情况，ETS便直接报警并立即停机，以避免危险扩散造成巨大损失[4]。

ETS的安全级别要高于DCS，这样保证了事故状态下的及时动作，降低了控制功能和安全功能同时失效的概率。

ETS控制系统具有下列停机功能（在保护投切开关投入后生效）：

汽轮机超速保护：当汽轮机转速超过停机值时（约3350～3 450 r/min）停机（三取二）。

轴向位移大保护：当轴向位移超过停机值时（+1.2～+1.4 mm）停机。

润滑油油压低保护：当润滑油油压低时（O.O2 MPa）停机（三取二）。

凝汽器真空低保护：当凝汽器真空低时（-0.06 MPa）停机（三取二）。

轴承回油温度保护：当汽轮发电机组支持轴承温度或推力轴承温度高时（75℃）停机。

胀差大保护：当转子与汽缸的胀差过大时（小于-1mm或大于+3mm）停机。

发电机主保护和MFT（锅炉保护信号）。

手动停机：当出现紧急情况时，可手动停机，保护机组安全（操作盘按钮）。

各保护投切开关设置在操作盘面板上，易于操作人员操作。同时设有“复位”按钮。

4.结束语

汽轮机跳闸保护系统ETS作为一套安全保护系统，其责任和重要性不言而喻。优良的安全保护系统必须具有高度的可靠性、安全性和实用性。该装置ETS自13年投运以来系统运行良好，不仅操作简单、组态方便、且维护量小、故障率低，提高了装置的生产操作控制和管理水平，优化了装置的运行，取得了良好的社会和经济效益。

参考文献：

[1]赵燕平.热工联锁保护系统配置优化技术.中国电力出版社，2006.12～18

[2]朱锦智.TS3000在催化裂化压缩机联锁系统上的应用.石油化工自动化，2005，（6）：62～64

[3]谭进，肖忠良.压缩机安全保护系统的改造.石油化工自动化，2003，（5）：95～97

[4]盛塞斌.600mw亚临界火力发电机组技术丛书.中国电力出版社，2007. 20～25