汽轮机ETS装置误动原因分析及防范措施

饶文勇

(广东省粤泷发电有限责任公司，广东 罗定 527200)

汽轮机ETS装置误动原因分析及防范措施

饶文勇

(广东省粤泷发电有限责任公司，广东 罗定 527200)

针对一起由于雷击导致汽轮机ETS电跳机信号回路受干扰，使机组误跳闸的事故案例，从ETS跳闸原理、跳闸时的数据及事后的试验数据等方面，分析汽轮机ETS电跳机回路设计存在的不足，并提出防范措施，以降低雷击对ETS电跳机信号的干扰。

汽轮机；ETS装置；雷击；误动

0 引言

某机组选用N125-135-535/535型超高压、中间再热、冷凝式汽轮机和QFS-125-2型双水冷汽轮发电机。ETS(emergency trip system，汽轮机危急遮断保护系统)采用由上海汽轮机厂配套的控制系统，该系统使用的是施耐德莫迪康可编程控制器PLC。

1 事件经过

2016年9月，机组正常运行，负荷120 MW。当时暴雨，并伴有雷电，因厂区附近遭受雷击，导致机组跳闸，负荷降到0，汽机主汽门关闭，发变组开关分闸，锅炉MFT(main fuel trip，主燃烧跳闸)灭火停炉，汽轮机未出现转速飞升。检查机组SOE(sequence of event，事件顺序记录系统)记录，显示汽机主汽门关闭，ETS跳闸首出逻辑显示为发变组开关跳闸。

按照事件的推理，SOE记录顺序应该是：发变组开关跳闸；然后200 ms后，记录汽轮机主汽门关闭。但根据当时的SOE记录，无法判断机组跳闸的真正原因。

2 ETS电跳机保护回路接线

ETS电跳机保护回路接线如图1所示。ETS电跳机保护信号直接取自升压站发变组开关辅助接点，通过控制信号电缆将开关接点信号接入ETS装置;经过汽轮机ETS逻辑判断后，触发汽轮机跳闸，发出发变组开关跳闸至SOE记录，同时ETS首出逻辑记录：发变组开关跳闸。其中，控制信号电缆长度为260 m，ETS装置DI通道的扫描电压为24 V。

图1 电跳机保护回路接线

3 ETS电跳机保护逻辑原理

ETS电跳机保护逻辑原理如图2所示。根据图2中逻辑分析可知，发变组开关接点信号进入ETS装置后，不通过任何逻辑运算即直接输入SOE进行记录;ETS首出逻辑及AST跳闸逻辑均设计有自保持回路，逻辑一旦检测到发变组开关分闸信号后，即进行信号自保持。

4 试验分析

4.1 发变组开关分闸信号经ETS装置执行时间测试

对发变组开关跳闸信号经ETS装置至SOE记录的时间进行试验，试验接线如图3所示。

试验情况：从ETS接收发变组开关跳闸信号到SOE记录至少耗时9 ms。

图2 ETS电跳机保护逻辑原理

图3 执行时间测试接线

根据试验可知，当干扰信号持续时间小于9 ms时，SOE不会记录发变组开关跳闸；但持续时间小于9 ms的干扰信号，会因ETS逻辑设置了自保持回路而触发汽轮机跳闸。所以，SOE应该先记录汽轮机主汽门关闭，间隔30 ms后再记录发变组开关跳闸(来至ETS)。

4.2 ETS电跳机保护信号电缆测试

发变组开关辅助接点至汽轮机ETS电跳机保护信号电缆使用的是ZR-KVV22P2铠装屏蔽控制电缆。测试屏蔽接地电阻为5 Ω，单端接地，其中一端在ETS装置接地，一端在发变组开关端子箱悬空。但电缆单端接地只能防静电感应，不能防磁场强度变化所感应的电压，无法阻碍雷电波的侵入。

4.3 录波分析

电气录波如图4所示。可以看出，在机组跳闸前主变高压侧3U0电压出现剧烈波动，但发电机机端电流Ia，Ib，Ic未出现异常。出现这种现象的原因可能有以下几个：

(1) 电网系统故障；

(2) 开关分合闸操作导致过电压；

(3) 天气异常，受雷击干扰。

由于当时电网未出现故障，运行人员也未进行发变组开关的操作；再根据当时的天气情况，故分析认为是发变组开关受到雷击的强烈干扰。

汽轮机转速变化如图5所示。由图5可知，在机组跳闸后，汽轮机转速逐渐下降，没有上升。从图4，5综合分析可知，发变组开关受到雷击的强烈干扰，干扰信号通过发变组开关传至汽轮机ETS的信号电缆，再输入到汽轮机ETS装置；ETS装置接受到干扰信号后，发出汽轮机跳闸指令，使汽轮机首先跳闸，主汽门关闭，再联跳发变组开关。

图4 电气录波

图5 汽轮机转速变化

5 跳闸原因分析

雷击导致发变组开关辅助接点至ETS的信号电缆受到干扰，信号电缆提供了干扰信号的途径并将此信号传入ETS装置。由于PLC的DI输入通道采用光耦器件，在雷电流感应的作用下，产生感应电压，此电压与PLC的DI输入通道的直流扫描电源电压合成高于光耦触发电压，使光耦导通，从而导致ETS装置误发汽机跳闸信号。

ETS首出逻辑记录的发变组开关跳闸信号导致汽轮机跳闸是正确、可靠的。而SOE记录汽轮机主汽门先关闭、发变组开关后跳闸，原因是由于雷击干扰信号持续时间很短(小于9 ms)，ETS尚未发出发变组开关跳闸至SOE记录时，干扰信号已消失。

6 防范措施

(1) 更换信号电缆。将目前的单屏蔽电缆改为双屏蔽电缆，并将外屏蔽进行两端接地，做等电位联接，内屏蔽进行一点接地。这样外屏蔽层与其他同样做了等电位联接的导体构成了环路，产生了减低原磁场强度的磁通，从而基本上可抵消无外屏蔽层时所感应的电压。

(2) 更换DI卡件及电源。ETS电跳机原使用的是140DDI35300型号的DI卡件，扫描电压为直流24 V，接点通断时间为1 ms。

由于直流24 V电压易受干扰，信噪比低，根据现场情况更换为扫描电压为直流125 V、型号为140DDI67300的卡件，以增大信噪比，提高ETS抗干扰能力。

(3) 优化ETS电跳机PLC逻辑。增加SOE自保持回路，以准确记录小于9 ms的干扰信号，为日后的事故分析提供参考信息。

2017-03-18。

饶文勇(1978—)，男，工程师，主要从事热控技术监督、重大事故或异常情况分析等工作，email：176803854@qq.com。