汽轮机电超速保护装置异常诊断及处理

仵华南，席明伟，陈志新

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003；2.山东中实易通集团有限公司，山东 济南 250003）

0 引言

目前，大型汽轮机多用高可靠性的电超速保护装置取代机械超速保护，可简化液压保安系统，提高超速保护的安全性和准确性。BRAUN-E16型电超速装置可靠性高，在国内外1000 MW、660 MW等大型汽轮机组普遍应用，其自动巡检测试功能是BRAUNE16型电超速保护装置可靠性的重要保障。在汽轮机运行中，其自动巡检测试功能定期检测电超速保护遮断功能的正确性，保证电超速保护的可靠性[1-2]。

鉴于自动巡检测试功能对此类电超速保护的重要性，研究电超速保护自动巡检测试机理和故障诊断方法具有十分重要的意义。通过对多台机组的调试诊断和总结研究，本文对自动巡检测试机理进行分析，并结合现场具体实例，阐述自动巡检测试故障的排查过程和处理方法，以期为以后同类型保护的故障诊断提供参考。

1 自动巡检测试机理

1.1 自动巡检测试单元结构

如图1所示，自动巡检测试单元由监测模块E1696、测速模块 E1655、接触器 K07—K09、24 V 电源、辅助开关及导线等组成。

监测模块E1696通过总线通讯方式，发出3路步序（Step） 指令到测速模块（E1655A、E1655B、E1655C），实现遮断功能。由3路反馈通道来监测遮断跳闸回路的状态。E1696通过自动巡检定期测试遮断跳闸回路，确保测速模块E1655、接触器及遮断回路电源工作的正确性和可靠性。

图1 自动巡检测试单元结构

1.2 自动巡检测试步序

自动巡检测试共分3个步序，E1696每隔721 min，自动进行步序检测。以下结合图1，对3个检测步序过程进行分析。

1）步序 1（Step1）。 E1696依次对 3路测速模块发送3 350 Hz测试信号，相应接触器K07—K09线圈失磁且触点断开，E1696的反馈通道接收到接触器触点断开信号，判断超速回路测试正常[3]。E1696停发3 350 Hz测试信号，接触器线圈励磁且触点闭合，判断Step1测试完成。

2）步序 2（Step2）。 E1696依次对 3路测速模块发送3 250 Hz测试信号，相应接触器K07—K09线圈保持励磁且触点闭合，E1696的反馈通道接收到接触器触点闭合信号，判断低转速超速回路测试正常[4]。 E1696 停发 3 250 Hz测试信号，接触器线圈励磁且触点闭合，判断Step2测试完成。

3）步序 3（Step3）。 E1696依次对 3路测速模块发送强制遮断“1”信号，相应接触器K07—K09线圈失磁且触点断开，E1696的反馈通道接收到接触器触点断开信号，判断外部遮断超速回路测试正常。E1696停发强制遮断测试信号，接触器线圈励磁且触点闭合，判断Step3测试完成。

2 电超速保护异常情况及危害

2.1 装置异常情况

某超超临界汽轮机采用BRAUN-E16型电超速保护。在该汽轮机超速保护调试中，数字电液控制系统出现电超速保护报警，监测模块E1696面板呈C9-E7代码报警。C9-E7报警代表电超速保护自动巡检测试功能故障，自动巡检测试不能正常启动，电超速保护失去自动巡检测试监控。

2.2 故障危害

自动巡检测试异常将导致自动巡检步序测试不能定时启动，测速模块E1655的设置参数和外部遮断停机功能不能被有效识别检验，电超速三重冗余保护功能的正确性不能被有效监控，电超速保护的可靠性大大降低，并严重影响电超速遮断故障发现处理的及时性，导致汽轮机超速保护存在误动非停、拒动飞车等重大安全隐患。因此，电超速保护出现自动巡检测试异常时，必须及时诊断处理。

3 故障原因排查

依据自动巡检测试机理，将该电超速保护装置的参数设置、巡检反馈回路线路作为核查重点，排查自动巡检测试故障原因。

3.1 装置参数排查

该电超速保护装置自动巡检测试功能参数排查结果：测速齿数设置为60，高电平触发外部跳闸、故障指示报警和自动巡检测试的逻辑值均设置在作用方式，超速遮断值设置为3 300 r／min，自动巡检高、低频测试值分别设置为 3 350 Hz和 3 250 Hz[5]，参数设置全部正确。

3.2 巡检反馈回路排查

巡检测试反馈回路如图2所示，由接触器K07—K09的常开触点、电源辅助开关_F51—_F59的常开触点、直流24 V电源L+21—L+23连接组成。

根据巡检反馈回路组成原理，对巡检反馈回路进行排查。合上接触器组电源开关F51—F59，确认辅助开关_F51—_F59在合闸位；确认直流24 V电源L+21—L+23开关在合闸位；汽轮机挂闸，确认接触器组K07—K09线圈励磁吸合；用万用表测量反馈回路电压。

测试反馈回路排查结果：巡检测试反馈1路，E1696模块无24 V电压反馈，K07触点闭合且端子3和4皆无24 V电压，_F53和_F52触点断开且端子23和24皆无24 V电压，_F51触点断开、端子23有24V电压、端子24无24 V电压。同样，巡检测试反馈2路和3路，E1696模块无24 V电压反馈，K08和K09触点闭合且端子3和4皆无24 V电压，_F55、_F56、_F58、_F59 触点断开且端子 23 和 24 皆无24 V电压，_F54和_F57触点断开、端子23有24 V电压、端子24无24 V电压。

图2 巡检测试反馈回路

3.3 排查结果诊断分析

该电超速保护装置参数设置正确无误。

巡检测试回路排查结果：回路中接触器电源辅助开关_F51—_F59的串接触点类型错误。合上辅助开关_F51—_F59，其串接触点断开。断开辅助开关_F51—_F59，其串接触点闭合。故串接触点类型为常闭，与设计不符。

辅助开关_F51—_F59诊断结果：现使用的辅助开关型号为5ST31010AS，与原设计5ST31011AS型不符，导致辅助开关串接触点类型错误。由图3可见，5ST31010AS型辅助开关的串接触点为常闭触点（NC），5ST31011AS型辅助开关的串接触点为常开触点 （NO）。辅助开关配置不当导致合上开关_F51—_F59后，串接触点断开，巡检反馈回路24 V电压不能导通至接触器的串接触点，E1696的反馈查询通道接收不到电压信号。

图3 辅助开关触点比对

断开电源开关F51—F59、L+21—L+23，用3根导线分别短接_F51的端子23和_F53的端子24，_F54的端子23和_F56的端子24，_F57的端子23和_F59的端子24；合上F51—F59、L+21—L+23电源开关，C9-E7故障报警消失。

由以上分析可见，自动巡检测试故障原因为辅助开关_F51—_F59配置不当，导致串接在巡检反馈回路触点为故障断开点，E1696不能接收到反馈回路24 V电压，造成故障报警。

4 故障处理

对故障进行处理，更换辅助开关_F51—_F59。自下而上逐级断开电超速保护控制柜电源开关；对需解开辅助开关_F51—_F59的接线进行标记；对更换5ST31011AS型辅助开关进行分合试验及触点检查，保证更换品的正确性；逐个更换辅助开关_F51—_F59，将其固定牢固，并按标记正确接线；自上而下逐级合上电超速保护控制柜电源开关；模拟汽轮机挂闸，按E1696面板上的“△”和“P”键进行自动巡检测试功能验证。

通过采取以上措施，辅助开关_F51—_F59更换为5ST31011AS型，C9-E7故障报警消失。经验证，自动巡检3350Hz、3250Hz、强制遮断3步序测试功能正常。

故障处理后未再出现C9-E7报警现象，自动巡检测试功能每隔721 min，正确执行步序测试，自动巡检测试功能正常，确保了电超速遮断功能的可靠性。

5 结语

通过自动巡检测试机理和诊断实例分析，自动巡检测试功能对保障电超速保护的可靠性非常重要。自动巡检测试功能一旦出现异常，应根据测试机理及时诊断处理。保护装置参数设置和巡检反馈回路的正确性是自动巡检测试工作正常的前提条件，在机组调试及运维中，应将保护装置的参数设置和巡检反馈回路核查作为重点检测项目，能有效避免自动巡检测试功能出现异常。