9E燃气轮机MarkⅥe控制系统紧急保护存在的问题和对策

李玉杰，黄雪成

(1.上海发电设备成套设计研究院，上海　200240; 2.惠州深能源丰达电力有限公司，广东　惠州　516025)

9E燃气轮机MarkⅥe控制系统紧急保护存在的问题和对策

李玉杰1，黄雪成2

(1.上海发电设备成套设计研究院，上海200240; 2.惠州深能源丰达电力有限公司，广东惠州516025)

介绍MarkⅥe控制系统紧急保护的组成，分析其存在的漏洞和不足。通过优化紧急保护的配置，降低紧急保护误动风险，以提高机组运行的安全性。

燃气轮机;MarkⅥe控制系统;紧急保护;硬接线保护

某电厂有两套PG9171E燃气轮机(简称燃机)联合循环机组，装机容量为2×180 MW。为降低NOx的排放，机组先后进行低氮燃烧(DLN1.0)改造，将原有控制系统MarkⅤ升级为MarkⅥe。

相比较MarkⅤ控制系统，MarkⅥe控制系统紧急保护的范围和内容有很大扩展，保护功能更加完善，安全性能也有很大提升;但是，紧急保护的设置仍存在一些不足，不利于机组安全稳定运行。笔者对MarkⅥe系统的紧急保护系统进行介绍，分析其存在的问题。

1　MarkⅥe控制系统紧急保护

1.1硬件组成

MarkⅥe控制系统紧急保护硬件部分由3个设备构成(见图1):

(1)TREG，燃机紧急跳闸端子板。紧急跳闸信号输入该端子板，通过电缆JX/JY/JZ并接收来自PPRO包的跳闸信号，通过该端子板的跳闸继电器执行紧急跳闸和保护。

(2)TPRO，燃机紧急保护端子板。接收燃机转速信号和用于同期并网的PT信号。

(3)PPRO，I/O包(3块)。用于紧急保护信号处理、逻辑运算和与主控制器通信。

1.2紧急保护构成

该控制系统的紧急保护有硬件接线保护和程序保护两个部分［1］。

1.2.1硬接线保护

硬接线保护主要由紧急停机按钮及控制回路、中间继电器构成。通过紧急停机按钮控制中间继电器KX4、KY4和KZ4的得失电，然后通过中间继电器来控制跳闸继电器KX、KY和KZ的得失电，再经过电路三选二表决冗余控制跳闸油电磁阀，以实现硬接线保护。另外该中间继电器回路反馈信号经过PPRO包表决后输入主控制器，通过程序实现其跳闸保护。紧急保护硬接线控制简图见图2。

1.2.2程序保护

I/O包PPRO对输入的速度信号、紧急跳闸信号进行处理，对速度探头坏点和通信状况进行监测，最后通过固化程序(见图3)，实现机组紧急跳闸保护。

紧急保护信号和固化程序功能如下:

(1)OS1_Trip，固件超速跳闸保护，对应跳闸信号为L12HP。在转速探头77HT-1/2/3超过设定值(110%)时，L12HP信号为“1”，机组超速跳闸。

(2)Dec1_Trip，负加速度超限跳闸保护，对应跳闸信号为L12HP_DEC，该保护未投入。

(3)L5CFG1_Trip，固件超速设定配置错误跳闸保护。在机组零转速时，来自控制器超速设定值与固件超速设定值的偏差超过1 r/min时，该L5CFG1_Trip为“1”，机组跳闸。

(4)Acc1_Trip，正加速度超限跳闸保护，该保护未投入。

(5)L5Cont_Trip，外接入跳闸信号。最多可以接入7个跳闸信号，每个跳闸信号均可进行机组跳闸保护。目前接入跳闸保护信号有发电机差动保护和火灾保护。

(6)SpeedDiff_Trip，对应信号为L4SPDDT。该信号在控制器与PPRO包所测转速值之差超过5%时，该保护动作，机组跳闸。

(7)Cross_Trip，SS，对应信号L4_XTP，来自控制器主保护，即L4取反的信号。

(8)StaleSpdTrip，转速无效探测保护(见图4)，对应信号L4SSPDT。在100个扫描周期内检测到速度无任何变化时，该保护动作。

(9)ContWdogTrip，控制器看门狗保护(见图5)，对应信号为L4CWDT。当控制器与PPRO包之间的心跳包数据无变化时，且持续5个扫描周期，看门狗保护将动作，机组跳闸。

(10)FrameSyncTrip，同步帧监测保护(见图6)。当监测到PPRO与主控器之间通信帧数未按顺序递增，则认为通信异常，当持续5个扫描周期后，将触发该保护信号，机组跳闸。

(11)Sil_Diag_Trip，速度探头无效探测保护，该保护未投入。

(12)OS1HW_Trip，硬件超速保护，对应信号L12H_P_HW。在转速探头77HT-1/2/3超过设定值(110%)时，L12H_P_HW信号为“1”，机组跳闸。

2　紧急保护存在的问题和解决方案

2.1紧急保护存在的问题

根据MarkⅥe控制系统的设置，MarkⅥe紧急停机按钮(E-stop)和远控紧急停机按钮(辅机间紧急停机按钮5E-1/2和中央控制室5E-3)通过串联的方式构成硬接线保护(见图7)。

另外，该硬接线保护电源电压为24 V直流电(0～+24 V)。

以上设置存在的问题有:

(1)硬接线保护线路过长，环境恶劣。整个控制回路过长(导线长度超过300 m)，导线和触点经过的区域环境比较恶劣(存在高温或高振动)，当接线存在松动或就地出现高幅振动时，其接触电阻增大，就有可能导致KX4/KY4/KZ4继电器失电，致使机组跳闸。

(2)电源电压特性为0～+24 V，如硬接线保护回路存在单点接地的情况时，机组将出现误动跳闸。

2.2解决方案

针对上述设置存在的缺陷，对硬接线保护回路作如下改进:

(1)将硬件接线保护回路分成两部分:就地硬接线保护回路和远控硬接线保护回路。就地硬件接线保护回路仅包含就地紧急停机按钮E-Stop及控制回路;远控硬接线保护回路包含辅机紧急停机按钮5E-1/2和中央控制室紧急停机按钮5E-3，及相关控制回路。

(2)就地硬接线保护回路处于控制柜内，距离短、环境好，故仍采用原设置模式，通过硬接线方式控制K4X、K4Y和K4Z继电器得失电，实现其紧急保护。

(3)远控硬接线保护回路则通过备用端子接入触点跳闸信号L5cont_Trip，通过固化程序实现其紧急跳闸功能。

2.3改造效果

通过以上改造，既保留燃机辅机和中央控制室紧急跳闸功能，又有效降低控制回路线路长、环境恶劣和单点接地等因素所带的误动跳机风险，提高机组紧急保护的可靠性。

3　结语

通过探讨9E燃机MarkⅥe控制系统的紧急保护构成，认识其优缺点。针对其存在的不足和缺陷，进行优化，提高紧急保护的可靠性。

［1］吴革新.大型燃气-蒸汽联合循环发电技术丛书控制系统分册［M］.北京:中国电力出版社，2009.

Shortcomings Existing in Emergency Protection Module of 9E Gas Turbine's MarkⅥe Control System and the Countermeasures

Li Yujie1，Huang Xuecheng2
(1.Shanghai Power Equipment Research Institute，Shanghai 200240，China; 2.Huizhou SE Fengda Electric Power Co.，Ltd.，Huizhou 516025，Guangdong Province，China)

An introduction is presented to the emergency protection configuration in MarkⅥe control system of 9E gas turbines，together with an analysis on the shortcomings.Through optimization on the emergency protection configuration，the risk of malfunction of emergency protection can be reduced，so as to improve the stability of unit operation.

gas turbine;MarkⅥe control system;emergency protection;hardwiring protection

TK477

A

1671-086X(2016)01-0068-03

2015-07-27

李玉杰(1980—)，男，工程师，主要从事科研项目管理工作。

E-mail:liyujie@speri.com.cn