1 000 MW机组锅炉给水泵汽轮机保护系统可靠性分析及系统优化

徐　林

(广东粤电靖海发电有限公司,广东 揭阳 515223)



1 000 MW机组锅炉给水泵汽轮机保护系统可靠性分析及系统优化

徐林

(广东粤电靖海发电有限公司,广东 揭阳 515223)

摘要：1 000 MW机组锅炉给水泵汽轮机(简称小机)作为电厂中的重要辅机设备，安全保护系统是保证小机正常运行的基础，通过对其进行可靠性分析和系统优化，提升了小机安全、稳定运行的能力。

关键词：跳闸；可靠性；优化

广东粤电靖海发电有限公司的1 000 MW机组锅炉给水泵汽轮机(简称小机)采用的是东方汽轮机厂生产的冲动式汽轮机，主要用于驱动大型电站锅炉给水泵，满足锅炉给水的要求。为了保证小机本体设备、机组给水系统、小机调节控制系统均能正常运行，小机设置了安全保护系统。通过触发安全保护系统的正确动作，不仅保护了小机本体设备的安全，也保证了机组的安全运行。小机安全保护系统作为保护小机的重要系统，其可靠性必须得到保障，保护误动不利于机组的稳定运行，也使得发电企业遭受经济损失；保护拒动会损坏小机设备，这是更加不能容忍的。因此有必要对小机安全保护系统的触发条件进行可靠性分析，通过整改和优化系统使其能同时防止误动和拒动带来的风险。

1小机保护系统组成

小机蒸汽系统主要由主机四段抽汽和再热器冷段蒸汽分别经过各自的调节阀，再通过主汽阀进入小机阀室，驱动小机转子做功，如图1所示。当小机跳闸时，两路调节阀和主汽阀需同时关闭，防止设备损坏。

图1　小机蒸汽系统图

小机保护系统主要由3个回路组成，包括就地跳闸驱动回路、跳闸控制回路和跳闸触发逻辑。就地跳闸驱动回路通过电磁阀组的通断来完成。小机正常运行时，电磁阀组得电建立高压安全油，使阀门能自由开关；小机跳闸时，电磁阀组失电泄掉高压安全油，使阀门快速关闭，保护机组设备。跳闸控制回路由110 V直流电(DC)电源、电磁阀驱动继电器、二极管等组成。两路110 V DC电源通过断路器接入控制回路，正常运行时跳闸继电器JR3-JR6不动作，继电器常闭触点保持常闭，电磁阀组得电，小机正常运行；当有任一跳闸条件成立时，跳闸继电器动作，继电器常闭触点断开，电磁阀组失电，小机跳闸。跳闸触发逻辑是为了保护小机本体设备、机组给水系统、小机调节控制系统正常运行而设置的跳闸条件，主要有小机轴向位移大保护、小机转子振动异常保护、给水流量低保护、小机转速异常保护等。

2可靠性分析及系统优化

小机在正常启停和运行过程中，通过热工监测和自动调节等手段，使系统的运行参数维持在规定值或按一定规律变化。然而，设备本身故障、运行人员操作不当等原因，会造成运行参数超过规定的限值，严重时甚至会发生设备或人身事故。小机保护系统就是为了防止发生以上情况而设置的。因此小机保护系统在生产过程中处于特别重要的地位，不仅应选择配置合理、设计严谨的保护逻辑，还要考虑选择合适的控制设备、跳闸信号来源、信号测量安装位置等，以保证保护系统在投入运行后能够准确、灵敏、可靠地确保机组安全经济运行。保护系统还要考虑具有防止保护误动、拒动的相关措施。因此，要使系统可靠地工作，就必须保证各环节的可靠性。

2.1就地跳闸驱动回路可靠性分析

驱动回路包括用于泄去高压安全油的电磁阀组和高压安全油压力的开关。它们是驱动小机跳闸最直接的设备，设计、安装是否可靠直接决定了机组保护系统的稳定性。电磁阀组采用先并联后串联的方式连接(见图2)，每一组中至少有一个跳闸电磁阀动作释放高压安全油，使小机跳闸。这样不仅提高了保护动作的可靠性，也避免了设备误动的可能。但电磁阀与阀组连接密封采用的是四氟乙烯密封圈，高压安全油正常工作时压力有11 MPa，长时间的工作使得密封圈变形和老化，达不到密封的效果，从而导致高压安全油泄露，而且此系统在正常运行时无法隔离，需停机处理。因此在机组大小修过程中需及时更换密封圈，防止其老化和变形而影响机组正常保护动作[1]。

图2　小机跳闸驱动回路图

2.2跳闸控制回路可靠性分析

跳闸控制回路中主要包括控制电源和继电器，他们是保护系统的重要组成部分。控制电源是由两路独立110 V DC(正负极分别是+55 V DC，-55 V DC)电源经过断路器后，加双二极管进行冗余，输出一路电源，供给现场使用(如图3所示)。通过二极管连接在一起来实现两路电源冗余配置，虽然可以避免环流，但非完全电气隔离。当两路电压负极存在较大偏差或一路电源负端接地时，容易对上一级供给电源产生扰动。如负载设备过压易受损、支路正负极间出现环流。当一段电压低于二段时，由于电池内阻很小，将会产生大电流，二段会向一段充电，供给侧的蓄电池易受损，一但接地后，正负极之间有漏电流，不接地时也存在电流，接地仪不能分辨，因而无法测量。以上问题均得到试验的证实，因此有必要对控制电源回路进行改造。与电气专业和控制厂家进行回路分析和试验后，决定在其中一路供电的直流回路中增加直流隔离电源。此种隔离电源通过自己内部的电磁干扰(EMI)抑制、隔离变换等电路实现稳定的直流输出。这样不仅实现了电气完全隔离，而且就地电源回路无需改动即可使用。

2.3保护触发条件可靠性分析

保护触发条件共3大项23小项，3大项分别是小机跳闸触发条件、汽泵跳闸触发条件、调节控制系统异常触发条件。通过对其可靠性分析主要存在以下问题。

1)润滑油压力低保护设计问题。原设计为三取二逻辑，但现场实际压力取样只有一路，容易引起小机润滑油压力低低保护误动作，且不满足《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中“所有重要的主保护都应采用三取二的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则”[2]。此润滑油压力取样管还提供小机试验电磁阀及压力报警等装置的使用，一根油压取样管有较多接头与分支，容易造成运行中压力泄漏及试验过程中的误动。润滑油母管在做润滑油泵切换和联锁试验时压力低低现象总是出现，不能满足切换试验的要求。通过现场分析，决定在小机运行平台的润滑油母管处增加4个独立压力取样管，分别送至压力开关和试验电磁阀处，还增加2个压力蓄能器，以防止润滑油泵切换时出现母管润滑油压力低的情况。采取以上措施可及时避免因润滑油压力低而无法为轴承供给，导致烧瓦的恶性事件。

图3　小机跳闸控制回路图

2)真空低保护设计问题。原设计为三取二逻辑，但现场实际压力取样管只有一路，而且取样管成U型布置，导致在运行过程中管路容易积水，使得保护误动。通过分析，决定在排汽室处增加排汽压力管独立取样，且对取样管重新改造，增加向上的坡度，当环境温度变化时，使气体内的少量凝结液能顺利流回工艺管道，不会进入测量管路及仪表造成测量误差[3]。

3)排汽温度高保护设计问题。原设计为三取二逻辑，但排汽温度取样点布置不合理。其中1支布置在小机排汽室处，另外2支布置在小机排汽管处，而且存在热电偶、热电阻混用的情况，因安装位置不一样，排气温度工况变化时会有所偏差，这样容易引起运行人员的误判。通过现场分析，决定在排汽管处预留的测量孔处安装3支热电阻，这样可避免温度测量的不一致，从而确保保护动作的正确性。

4)调节控制系统保护设计问题。跳闸硬回路中设计24 V DC/48 V DC电源消失跳闸逻辑，而且设计为串联方式，这样就避免了因单个电源信号故障而导致跳机。但调节控制系统中原设计有单一24 V DC/48 V DC电源消失跳闸逻辑，因此取消此保护，增加该电源消失的报警功能，及时提醒检修和运行人员[4]。

5)小机振动监视系统(MTSI)设计问题。汽轮机监视仪表系统(TSI)是一种集保护和检测功能于一体的永久监视系统，是大型旋转机械必不可少的保护系统[5]。MTSI监视小机振动信号并具备振动保护的装置，热工人员在做振动通道数值和保护校验时，显示值大幅波动导致小机保护系统异常跳闸，检查MTSI机柜24 V DC电源，发现电源负端对地有+ 6 V电压，判断电源负端未接地。为了确定是否由于电源负端未接地而导致数值波动，通过现场模拟试验，在4 A小机前轴承振动测点预制电缆外壳上分别加载5～14 V交流、直流干扰电压：当MTSI机柜24 V DC电源负端浮空时，TSI机柜内的所有测点均大幅波动，甚至变成坏值，与校验时现象一致；当24 V DC电源负端接地后，测点均无变化。因此，可判断为是由于24 V DC电源负端浮空导致。对设计图纸和实际接线进行比对后发现，原设计中需将24 V DC电源负端接地，联系设计厂家确认后，将电源负端接至机柜地端。这样，就有效避免了信号干扰导致振动信号异常而触发小机保护系统异常动作。

3结论

小机作为电厂重要的辅机设备，它的安全、可靠运行能保证机组的稳定运行。通过对小机保护系统的可靠性分析，采取冗余判断、辅助判断、独立合理取样等容错逻辑设计和优化技术，提高了保护功能的可靠性，有效防止了保护拒动和误动的可能。

参考文献：

[1]刘钊.电厂液压设备维修技术[M].北京：中国电力出版社，2007:118-120.

[2]国家能源局电力安全监管司，中国电机工程学会.《防止电力生产事故的二十五项重点要求》辅导教材(2014版)[M].北京：中国电力出版社，2015：240-241.

[3]赵燕平.热工联锁保护系统配置优化技术[M].北京：中国电力出版社，2006：16-17.

[4]唐东主.汽轮机数字电液控制系统说明书[Z].东方电气自动控制工程有限公司，2002：12.

[5]肖大雏.控制设备及系统[M].北京：中国电力出版社，2006：411-412.

Reliability Analysis of the Protection System of the BFPT of the 1 000 MW Unit and Its Optimization

XU Lin

(Guangdong Yudean Jinghai Power Generation Co., Ltd.，Jieyang Guangdong 515223，P.R.China)

Abstract：The BFPT of the 1 000 MW unit is an important auxiliary device in a power plant，whose normal operation is guaranteed by the safety system．Its reliability analysis and optimization can make the operation of the BFPT more secure and stable．

Key words：trip；reliability；optimization

收稿日期：2016-03-30

作者简介：徐林(1982-)，工程师，主要从事发电厂自动控制系统检修和技术管理。

中图分类号：TM621.3

文献标识码：A

文章编号：1008- 8032(2016)03- 0036- 04