燃气机组SFC启动过程中报警信息系统完善分析

顾逸阳，肖黎明

(1.江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213011； 2.南京信息工程大学 电子与信息工程学院，南京 210044)

1 SFC在燃气轮机中的应用概述

静态变频器启动装置(SFC，static frequency converter)在燃气轮机(以下简称燃机)快速并网中起着非常重要作用，燃机一般采用SFC供电拖动的启动方式。采用SFC启动，通过改变定子旋转磁场的转速，使定子、转子之间产生的电磁转矩能带动转子同步旋转。SFC的启动过程由信息系统控制，启动时与发动机同步[1]。

SFC逻辑比较复杂，与其相关联的设备比较多，任何一个条件不满足的信息激发都不能实现拖动。因此，在SFC报警系统中，需要深入掌握SFC系统原理，理清各个设备之间的关系，才能对拖动过程中出现的故障进行快速处理，为发电机并网节约时间，保障机组正常启动。

某燃机电厂有2台9F燃气发电机组，每台机组配置1套6 MV·A ABB MEGADRIVE LCI静态启动系统，2台机组配套1面逻辑切换盘(以下简称逻辑盘)。逻辑盘使用罗克韦尔1756系列可编程逻辑控制器(PLC)组态，共有72个开关量输入、94个开关量输出。逻辑盘主要用于启动过程中的刀闸切换准备，协调燃机控制系统(TCS)、SFC及发电机励磁装置之间指令输入输出，同步建立定子转子电磁转矩，使发电机变为同步电动机运行，驱动燃机转子旋转[2]。

2 运行中出现的问题

该厂燃机在长期运行过程中发现，SFC使用中易出现以下问题[3]。

(1)该厂2台机组原设计只有部分刀闸状态信号接入TCS，在燃机启动过程中不便于参看，当出现问题时也不便于故障分析，之前出现过因信息不全造成排除故障时间较长，造成机组启动延迟的情况。

(2)机组在调试阶段和投产后发生SFC顺控流程终止造成机组启动失败事件，因无逻辑盘PLC与SFC专用工具软件，无法参看内部参数及报警信息数据，无法及时快速处理故障。

(3)燃机拖动SFC系统在投产时，一般不具备对时功能，无法实现与其他应用系统时间同步，也不便于故障分析。

3 优化技术方案的实施

解决上述SFC运行过程中经常存在的问题，需要优化技术方案并进行技术攻关。SFC出现故障报警时，如将其余刀闸信号接入TCS，需修改TCS逻辑与画面。

方案1：返回原厂家，研究周期长且需收费，操作可行性不高。

方案2：考虑部分刀闸信号已接入DCS，通过技术攻关，自行修改DCS画面与逻辑亦可解决。

本文采用方案2，方案实施过程中进行了大胆的尝试和探索。

3.1 信号接入

结合机组检修，将谐波涌流柜开关HAM-1、励磁变压器(以下简称励磁变)低压侧开关MDS5-4、启动励磁变低压侧开关MDS4-4刀闸位置、SFC ready、SFC on、Sfc alarm、Sfc trip等信号状态有序接入分散控制系统(DCS)。通过施放电缆接线，实现信号的接入，详细电气点位见表1。

3.2 完善DCS

修改DCS中逻辑画面，画面刀闸位置随机组启动做相应变位，完善相关DCS画面，具体如图1所示。

表1 电气点位状态表

图1 DCS状态图(截图)

3.3 导出PLC梯形图

接下来需要导出PLC梯形图，共形成七大块逻辑图，分别为刀闸监测模块(detect_switcher_state)、主程序跳转模块(mainroutine)、#1 SFC启动停止逻辑(sfc1_start_stop_logic)、#2 SFC启动停止逻辑(sfc2_start_stop_logic)、机组SFC选择逻辑(sfc_gt_sel_cfg)、启动回路报警逻辑(statr_circuit_alarm)、刀闸启动控制逻辑(switcher_control_cmd)。其中，刀闸检测模块如图2所示。

3.4 逻辑图顺序

通过对逻辑图的研究和测试可以明确，启动过程中的刀闸切换顺序为：运行人员在操作台选择该SFC启动该机组，具备启动条件后点START[4]。

逻辑盘收到启动指令后，延时2 s同时合DS-11、分DS-NGT-3、分MDS5-3同时合MDS4-3；DS-11已合闸且DS-NGT-3已合闸后延时10 s合DS-IPB-3；DS-IPB-3已合闸后延时2 s合CB-SFC-3；MDS5-3已分闸且MDS4-3已合上延时2 s合CB-L3。

到此，如果15 s内以上刀闸未就位，逻辑盘向TCS发SFC_CIUCUIT_FAULT信号，需检查刀闸。

以上刀闸就位后延时2 s合DS-HAM-3。DS-HAM-3合上逻辑盘向TCS发SFC1_GT1_READY_MID信号，告诉TCS刀闸已全部就位， TCS收到信息后发出启动指令，逻辑盘收到后延时6 s合上FCB-3，延时10 s发SFC1_START_RQ指令给SFC。SFC与励磁装置开始配合输出指令给发电机定转子，变为同步电动机拖动燃机启动[5]。

图2 PLC梯形图内容范例

掌握启动过程中刀闸分合顺序后，通过在DCS中参看刀闸变位录波，可以很快发现启动过程中的刀闸异常情况，及时处理故障。

3.5 系统设置调整

通过增加模块方式扩展网络时间协议(NTP)对时功能，同时SFC通过修改相应参数具备NTP对时功能。机组检修中，在#3机组对时屏扩容NTP网络对时模块，从保护小室施放网线至SFC控制器，在SFC工控机通过相应软件设置，使SFC控制器时钟与TCS、发电机变压器组(以下简称发变组)同步。在SFC控制器显示屏具体设置步骤如下：

(1)进入系统设置，打开“计算机管理”/Services and Applications/services。

(2)双击Windows Time，出现对时启动类型选择画面。

(3)将Startup type改为manual后，单击“Start”运行。然后将Startup type改为Automatic(Delayed Start)，再点击“Apply”。

(4)进入计算机的“时间设置”/Internet Time/Chang Settings，server：为授时装置设置地址，本次改造NTP模块地址为172.16.1.111。然后点击“Update now”，最后点击“OK”。

(5)更改注册表，运行regedit，找到并单击以下注册表子项：HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesW32TimeTimeProvidersNtpClientSpecialPollIntervala. 在右窗格中，右键单击“Special Poll Interval”，然后单击“修改”。在“编辑Dword值”的“值数据”框中键入Time In Seconds，然后单击“确定”。注意： Time In Seconds是操作者想要的轮询间隔秒数的占位符，建议值为900(十进制)。该值将时间服务器配置为每隔15 min轮询1次。

现场因对时网线长度大于100 m而存在衰耗，导致对时信号不稳定。后续通过增加交换机中转放大后，可保障对时信号传输正常。通过以上一系列措施，使SFC控制器最终对时成功。

4 实践成果推广应用

(1)通过优化SFC报警系统，可以缩短SFC启动设备故障排除时间，提高机组启动成功率。

(2)在今后该厂同类型机组检修中可直接接入另一台机组的SFC信号，实现交叉启动信号的监测。

(3)本文提出的技术创新方案可以解决三菱M701F4联合循环燃气发电机组SFC启动过程报警信息不全的问题，可推广至其他使用该型机组的单位。