提高600MW机组汽轮机危急跳闸系统（ETS）可靠性的若干举措

李 岩

（华电能源哈尔滨第三发电厂）



提高600MW机组汽轮机危急跳闸系统（ETS）可靠性的若干举措

李 岩

（华电能源哈尔滨第三发电厂）

摘要：汽轮机危急跳闸系统（ETS）是火力发电机组非常重要主机保护系统，其运行的可靠性直接影响到机组的安全稳定运行。本文主要阐述哈三电厂3号机600MW机组汽轮机危急跳闸系统（ETS）电源配置、硬件配置以及保护逻辑等方面存在的安全隐患以及具体的改进方案。

关键词：可靠性；汽轮机保护；单点保护

0 引言

华电能源哈尔滨第三发电厂（简称“哈三电厂”）二期工程，汽轮机由哈尔滨汽轮机厂设计制造，亚临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽凝汽式汽轮机；汽轮机控制装置采用的是上海信号DEHⅢA，汽轮机危急跳闸系统（ETS）采用的是OMRON CS100系统PLC控制器，汽轮机监测仪表系统采用的是菲利普MMS6000监测装置。汽轮机危急跳闸系统（ETS）运行的可靠性直接影响机组的安全稳定运行。原设计汽轮机危急跳闸系统（ETS）在电源配置、硬件配置、保护逻辑等方面存在诸多的安全隐患。通过近几年的隐患排查、热控设备和系统可靠性自查、技术改造、机组大修等工作，目前这些安全隐患都得到了及时地发现和有效地解决。由此进一步提升汽轮机危急跳闸系统（ETS）的运行可靠性，本文主要以哈三电厂3号机组汽轮机危急跳闸系统（ETS）为例，重点介绍汽轮机危急跳闸系统（ETS）在电源配置、硬件配置、保护逻辑等方面存在的安全隐患，以及相应的改进方案。

1 汽轮机危急跳闸系统（ETS）介绍

汽轮机危急跳闸系统（ETS）用以监视汽轮机的某些参数，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。哈三电厂3号机组ETS系统采用双套PLC并列工作方式，每套PLC同时接收DCS控制系统、TSI系统、DEH系统、现场设备来的输入保护信号，经过综合逻辑判断后输出4路跳闸信号至汽轮机跳闸集成块上的4个AST电磁阀，泄掉危机遮断油压，关闭汽轮机所有的主汽门和调节汽门，实现汽轮机跳闸。其中4个AST电磁阀应用了双通道概念，布置成“或─与”门的通道方式。其中AST1、AST3为一通道跳闸电磁阀，AST2、AST4为二通道跳闸电磁阀，4个AST电磁阀均设置为失电为跳闸状态，AST1、AST3任一电磁阀失电动作仅代表一通道跳闸，不会泄掉危机遮断油压；AST2、AST4任一电磁阀失电动作仅代表二通道跳闸，不会泄掉危机遮断油压；只有AST1、AST3任一电磁阀失电动作并且AST2、AST4任一电磁阀失电动作，才会泄掉危机遮断油压，关闭汽轮机所有的主汽门和调节汽门，实现汽轮机跳闸，如图1所示。

哈三电厂3号机组汽轮机危急跳闸系统（ETS）保护项目包含：润滑油压低保护、EH油压低保护、真空低保护、振动大保护、轴承温度高保护、推力轴承温度高保护、压比低保护、轴向位移大保护、高压胀差保护、低压胀差保护、炉跳机保护、汽机手动跳闸保护、发电机保护动作。

2 汽轮机危急跳闸系统（ETS）电源配置问题

哈三电厂3号机组汽轮机危急跳闸系统（ETS）供电电源采用双路电源，两路220VAC电源经过切换继电器输出一路电源，为2套PLC提供工作电源，该电源配置方式存在很大的安全隐患，一旦出现电源切换继电器故障，很容易引起两套PLC同时失电，从而造成汽轮机保护误动作，如图2所示。

图1　汽轮机危急跳闸系统结构

图2　PLC电源配置

改进方案：二路PLC的供电电源分别取自独立的两路电源，并增加任一路电源失去报警功能，任一路电源失去都不会引起保护误动作，进一步提高ETS系统供电电源的可靠性，如图3所示。

图3　改进后的电源分配图

3 汽轮机危急跳闸系统(ETS)PLC I/O通道配置问题

原设计PLC润滑油压低保护信号均布置在同一块DI卡件上，EH油压低保护信号均布置在同一块DI卡件上，真空低保护信号均布置在同一块DI卡件上，串轴保护信号均布置在同一块DI卡件上。一旦DI卡件故障，很容易造成汽机保护的误动或拒动，给机组的安全运行带来很大的安全隐患。

改进方案：增加DI卡件，修改内部配线，完成如下硬件配置方案：

1）将4个润滑油压低保护信号分别布置在不通的DI卡件上；

2）将4个EH油压低保护信号分别布置在不通的DI卡件上；

3）将高压凝汽器4个真空低保护信号分别布置在不通的DI卡件上；

4）将低压凝汽器4个真空低保护信号分别布置在不通的DI卡件上；

5）将4个串轴大保护信号分别布置在不通的DI卡件上。

原设计PLC跳闸输出4路信号布置在同一块输出卡件上，存在一定的安全隐患，一旦出现DO卡件故障很容易引起汽轮机保护误动或拒动。

改进方案：增加DO卡件，将PLC跳闸输出4路信号分别布置在不同的DO卡件。

4 汽轮机危急跳闸系统（ETS）单点保护问题

ETS系统单点保护较多，DEH失电保护、DEH电超速保护、DCS输出的轴承温度高保护、DCS输出的推力轴承温度高保护、MFT出口联动汽机保护、振动大保护、高压胀差、低压胀差均为单点保护。输入、输出通道、输出继电器、信号电缆任一环节出现故障，都可能引起汽轮机保护拒动或误动事故的出现，不利于机组的安全稳定运行。

4.1 DEH失电保护

原设计DEH失电保护信号采用的DEH两路电源同时失去从DEH控制装置输出一路信号至ETS保护装置。存在保护拒动或误动的安全隐患。

改进方案：从DEH装置分别输出第一路电源失电信号和第二路电源失电信号，然后在ETS装置将两路失电信号进行与逻辑判断后实现DEH失电保护功能。改进后大幅度提高DEH失电保护的可靠性。

4.2 DEH超速保护

原设计DEH电超速保护采用的三块超速卡输出三个超速信号进行硬三取二逻辑判断，然后驱动一个中间继电器，最终通过该继电器输出单路DEH电超速保护信号到ETS装置实现DEH超速保护功能。一旦继电器故障、信号电缆、输入通道任何环节出现问题都易引起汽轮机保护拒动或误动，存在一定的安全隐患。

改进方案：利用DEH升级改造的机会，变更超速保护硬件配置，每个超速卡驱动独立的中间继电器，然后通过三个继电器分别送出三路超速保护信号至ETS装置，在ETS装置进行三取二逻辑判断，实现DEH超速保护功能，改造后大幅度提高DEH电超速保护的可靠性。

4.3 轴承温度高保护（推力瓦温度高）

原设计轴承温度高保护（推力瓦温度高保护）采用从DCS控制系统输出一路温度高信号通过硬线送至ETS装置实现轴承温度高保护（推力瓦温度高保护）功能，一旦DCS输出通道、信号电缆、PLC输入通道任何环节出现问题都易引起汽轮机保护拒动或误动，存在一定的安全隐患。

改进方案：在DCS中将轴承温度高保护（推力瓦温度高保护）信号输出三路独立的信号（三个信号分布在不同的输出模件、输出端子单元），然后在ETS装置中进行三取二逻辑判断，实现轴承温度高保护（推力瓦温度高保护）功能。改造后大幅度提高轴承温度高保护（推力瓦温度高保护）的可靠性。

4.4 MFT跳机保护

原设计MFT跳机保护采用从MFT出口中的单一继电器输出MFT跳机保护信号至ETS装置实现MFT保护功能，一旦出现继电器、信号电缆、输入通道任何环节出现问题都易引起汽轮机保护拒动或误动，存在一定的安全隐患。

改进方案：从MFT出口继电器上选三个独立的继电器，分别输出三个独立的保护信号至ETS控制装置，在ETS装置中进行三取二逻辑判断，实现MFT保护逻辑。改造后大幅度提高MFT跳机保护的可靠性。

4.5 轴承振动大保护

原设计振动保护采用Y向轴承单点保护，即从TSI装置输出一路Y向轴振大保护信号至ETS装置实现汽轮机振动大保护功能，一旦振动探头、前置器、延长电缆、信号电缆、监视器、输出继电器任何环节出现问题易引起汽轮机保护拒动或误动，存在一定的安全隐患。

改进方案：将本瓦的X向振动和相邻瓦的X/Y向振动报警信号作为辅助判断，即本瓦的Y向振动值达到跳闸值并且本瓦的X向振动值、相邻瓦的X向振动值、相邻瓦的Y向振动值任一达到报警值，触发汽轮机振动大跳闸。改造后大幅度提升了振动大保护的可靠性。

5 汽轮机手动打闸问题

汽轮机手动打闸是汽轮机的一项重要保护，在紧急事故处理情况下，可以通过汽机手动打闸安全停机。原设计仅有手动打闸信号经过PLC手动跳闸汽轮机，未设计直接驱动跳闸汽轮机回路，一旦出现PLC控制失灵，易引起保护拒动。另外进入PLC手动跳闸汽轮机信号也仅采用的单一信号，存在一定的安全隐患。

5.1 独立于PLC的硬手动跳闸保护

原设计无独立于PLC的直接驱动手动打闸硬跳闸回路。

改进方案：增设汽机手动打闸直接驱动跳闸回路，手动打闸共设计有两个按钮，其中手动打闸按钮1直接驱动AST电磁阀1、AST电磁阀3，电磁阀的供电电源采用第一路电源，并每个按钮设置两个常闭接点，两个常闭接点并联后驱动AST电磁阀；其中手动打闸按钮2直接驱动AST电磁阀2、AST电磁阀4，电磁阀的供电电源采用第一路电源，并每个按钮设置2个常闭接点，两个常闭接点并联后驱动AST电磁阀。任何一个按钮动作都不会引起汽机跳闸，由此提高汽轮机手动打闸的可靠性。具体如图4所示。

图4　汽轮机手动打闸

5.2 PLC手动跳闸保护

原设计进入PLC手动打闸保护信号采用的两个按钮的两个常开触点串联后送至单路信号至PLC，实现汽轮机手动打闸功能。存在信号电缆、输入通道任何一个环节问题易引起保护拒动或误动，不利于机组的安全稳定运行。

改进方案：手动打闸按钮1设置三个常开接点、手动打闸按钮2设置三个常开接点，两个按钮的常开接点两两串联，然后送三路手动打闸信号去ETS装置进行三取二逻辑判断，最终形成汽轮机手动打闸保护。此改进方案进一步提高了汽轮机手动打闸保护的可靠性。

6 ETS报警问题

对于双电源回路设置单路电源失电报警，三取二保护、四取二保护逻辑设置单通道动作报警可以及时提醒检修人员检查处理目前存在的单通道故障，由此可以避免汽轮机保护误动事件的发现，无单路信号异常热工报警功能。

改进方案，增设如下光子牌报警功能：AST电源任一路失去光子牌报警；PLC电源任一路失去报警；任一路保护压力开关动作报警；任一路手动打闸按钮动作报警；任一路超速保护动作报警；任一路轴承温度高保护（推力瓦温度高保护）动作报警；任一路PLC工作异常报警。

7 结束语

经过近几年技术改造、机组检修工作逐渐解决了3号机组存在的各类安全隐患，极大地提升3号机组ETS装置的可靠性。为此通过开展隐患排查、热控设备和系统可靠性自查等工作，深入研究，积极主动地发现热控设备和系统存在的各类安全隐患，并采取及时有效的技术措施，提升热控设备和系统的可靠性，为发电机组的安全稳定运行提供可靠的监控手段。

参考文献：

[1] DL/T261—2012 火力发电热工自动化系统可靠性评估技术导则[S].

[2] DLT 1012—2006 火力发电厂汽轮机监视和保护系统验收测试规程[S].

[3]谢柏曾.汽轮机热工监视与保护[M].北京：水利电力出版社，1998.

收稿日期：（2015-12-05）