燃煤发电机组“机炉电大联锁保护”的分析与改进

刘国华，揭其良，王 礼

(华电电力科学研究院有限公司东北分公司，辽宁 沈阳 110180)

机炉电大联锁保护是汽轮机、锅炉或发电机主设备跳闸后互相联锁跳闸的机组级的保护动作，是发电机组最重要的保护功能，对发电机组的安全稳定运行至关重要。随着DCS系统可靠性和运算速度的提高，大联锁保护由过去的硬接线继电器实现，也已改为通过DCS系统来实现，机、炉、电之间的跳闸联锁关系见图1。

图1 机炉电大联锁跳闸示意图

2017年某公司对其所属6家电厂20余台大型火电机组开展热工可靠性检查，重点对热工保护的逻辑、硬件配置、就地保护设备等开展普查，在检查中发现,各家电厂的机炉电大联锁的逻辑设计、信号选择都不尽相同，与目前相关设计规程的具体规定存在很多差异，本文基于本次检查情况，分析了各厂“大联锁”保护的现状，提出改进措施。

1 汽轮机跳闸信号的分析与改进

汽轮机作为火力发电机组的枢纽，汽轮机、锅炉和发电机的跳闸互联都是通过汽轮机跳闸来实现的。在表征汽轮机已跳闸的信号选择上，各厂的选择大相径庭。有的电厂选择汽轮机紧急跳闸系统(ETS)发出的“汽轮机跳闸指令”代表汽轮机已跳闸，有的电厂选择就地设备发出的“主汽门关闭”信号，而“主汽门关闭”信号的判据为“2个高压主汽门均关闭”，或“1个高压1个中压主汽门均关闭”等。

在绝大多数工况下， ETS发出的“汽轮机跳闸指令”和就地行程开关发出“主汽门关闭”都能准确地代表汽轮机已跳闸的状态，具有不同的优点，但也都存在一定的局限性。

用ETS发出的“汽轮机跳闸指令”代表汽轮机已跳闸，最大的优点就是ETS保护系统输出的接点数量不受限制，可以在FSSS或其他保护系统中很方便地实现三取二冗余判断，满足相关规程的要求[1]，提高保护的可靠性。但如果在ETS中没有“挂闸油压低，汽轮机跳闸”的保护控制功能时，汽轮机的主汽门如果由于挂闸油压丧失而自行关闭时，此时尽管汽轮机已经跳闸， ETS也无法发出“汽轮机跳闸”信号，将导致大联锁保护拒动。对于ETS系统中无“挂闸油压低”低保护条件的，建议增加“挂闸油压低，汽轮机跳闸”的保护跳闸条件。如果挂闸油压测量困难，可在FSSS或发电机保护系统采用“主汽门关闭”信号作为“汽轮机跳闸”的补充，在FSSS系统和发电机保护系统中2个条件“或”在一起，联锁锅炉和发电机跳闸。

采用就地行程开关 “主汽门关闭”代表汽轮机已跳闸，最大的优点就是可以真实反映汽轮机的状态。但就地行程开关通常可靠性不佳，且受制于行程开关数量的限制在其他保护系统中很难实现三取二的逻辑判断。为解决这个问题，建议“汽轮机主汽门已关闭”综合判据的状态信号取自DEH或DCS，在DEH或DCS中，对于不允许单侧进汽的机组，可采用“2个高压主汽门任1个关闭或者2个中压主汽门任1个关闭”作为“主汽门已关闭”的综合判据；对于允许单侧进汽的机组，可采用“2个高压主汽门全部关闭”作为“主汽门已关闭”的综合判据。

2 锅炉跳闸信号的研究与改进

对于单元机组锅炉跳闸后需要联跳汽轮机，作为汽轮机主保护的条件之一[2]。ETS系统中主保护跳闸信号应该采用三取二的逻辑判断，该公司所属各家电厂在MFT跳闸信号的选择也都不尽相同，且存在很多不合理之处。多数电厂ETS中的锅炉跳闸信号取自炉膛安全监控系统中“MFT跳闸继电器柜”的跳闸继电器输出接点，个别电厂联锁跳闸信号取自炉膛安全监控系统中的FSSS动作命令。所有电厂ETS系统中锅炉联锁跳闸信号均为“2个信号或运算”方式，即在MFT跳闸继电器柜中输出2个开关量信号(或FSSS中输出2个DO点)，在ETS中通过2个DI模件接入，在ETS保护控制逻辑中采用“或”运算方式，形成ETS中“MFT已动作”信号，驱动汽轮机跳闸。

在炉膛安全监控系统中，MFT跳闸继电器柜硬跳闸控制装置的主要作用是防止DCS软逻辑系统故障时，仍可保证可靠的紧急停炉，而在正常工况下，即使MFT跳闸继电器柜不动作，通过FSSS动作命令及磨煤机给煤机控制逻辑仍可实现MFT保护跳闸控制功能，因此，用于炉跳机的联锁信号，不应只取自MFT跳闸继电器接点或只取自FSSS跳闸动作命令，而应将二者均取。根据以上分析，建议按照图2的方法修改ETS中的锅炉跳闸信号。即在MFT跳闸继电器柜中，应取3个“MFT动作”的开关量信号，送至ETS中3个DI模件，在ETS逻辑中通过三取二冗余方式，形成“MFT动作”的状态信号；在FSSS控制逻辑中，将FSSS动作命令(正逻辑输出)通过3个DO模件输出，送至ETS中3个DI模件，在ETS逻辑中通过三取二冗余方式，形成“FSSS动作”的状态信号；在ETS逻辑中，将“MFT动作”的状态信号和“FSSS动作”的状态信号进行“或”运算，形成最终的炉跳机控制命令，驱动汽轮机跳闸见图2。

图2 锅炉跳闸信号示意图

3 发电机联跳汽轮机保护信号的研究与改进

发电机联锁跳闸汽轮机的保护中，所有电厂联锁跳闸用信号均取自“发变组保护动作(有的电厂称之为发电机故障)”，该信号的形成方式各电厂不一，有的电厂将发变组保护中A、B、C三屏的“关主汽门”信号并接后，送至ETS中，在ETS中仅采用1个DI通道接入，形成ETS中的“发电机故障”跳闸条件；有的电厂将发变组保护中A、B、C三屏的“关主汽门”信号分别送至ETS中，在ETS中采用3个DI模件接入，采用三取一的冗余方式(即或逻辑)，形成ETS中的“发变组保护动作”跳闸条件。无论哪种方式，在汽轮机紧急跳闸系统中，均不能满足信号传输通道的三取二冗余要求。

为实现保护跳闸用信号的传输通道三取二冗余要求，在发变组保护屏侧，应将来自A、B、C三屏中的“关主汽门”开关量信号采用“环并”的方式连接，并将A、B、C三屏中的“关主汽门”

开关量信号分别送至ETS中，在ETS中通过3个DI模件接入，在ETS逻辑中采用三取二冗余方式，形成ETS中的“发电机主保护动作”状态信号，驱动汽轮机跳闸。若将来自A、B、C三屏中的“关主汽门”开关量信号在ETS侧并接，则不能防止电缆断线的问题，因此应在发变组保护屏侧并接。

4 结束语

目前，各发电集团对发电机机组的“非停”管理愈加严格，电网和机组的安全要求各厂必须“降非停”。本文通过对“机炉电”大联锁信号现状的分析，提出改进措施，提高了大联锁保护功能的可靠性，满足《二十五项反措》等规程的要求。本文提出的改进措施已在部分电厂得到应用，对机组安全稳定运行效果改善明显，具有良好的推广价值。