某1 050MW汽轮机组安全监视系统保护回路现状分析及优化措施

刘铁柱 张佳兴

某1 050MW汽轮机组安全监视系统保护回路现状分析及优化措施

刘铁柱 张佳兴

（国能神福石狮发电有限公司，福建 泉州 362700）

本文对某电厂1 050MW汽轮机组安全监视系统（TSI）保护回路现状进行研究，列举继电器检测模件、跳闸回路接线和振动保护逻辑中存在的单点保护问题并进行风险分析，提出优化解决措施，在应用中提高了TSI保护回路的可靠性。

汽轮机安全监视系统（TSI）；振动；轴位移；跳闸；保护

0 引言

某电厂1 050MW汽轮发电机组采用东方汽轮机厂生产的超超临界、一次中间再热、四缸、四排汽、单轴、单抽、抽凝式汽轮机，型号为N1050— 26.25/600/600。该汽轮发电机组共分11个轴瓦，其中1～8瓦对应高压缸、中压缸和两个低压缸侧，9瓦和10瓦对应发电机，11瓦对应励磁机侧。汽轮机安全监视系统（turbine supervisoy instrument, TSI）[1]采用本特利3500系列在线监测保护系统，实现对轴振、盖振、轴位移、偏心、转速、胀差、热膨胀等汽轮发电机组运行参数的长期连续在线监测[2-3]。本文主要针对在TSI运行中发现的问题进行研究并提出相应的解决方案，以提高TSI的可靠性。

1 TSI继电器输出模件

1.1 模件设置

该TSI模件机架配置有一块3500/33(1-13)-16通道继电器输出模件和一块3500/32M(1-14)-4通道继电器输出模件。其中，3500/33(1-13)-16通道继电器输出模件负责接收3500/42M轴承振动检测模件送来的轴承振动大报警和跳闸信号，并输出1路轴承振动大报警信号、10路轴承振动大跳闸信号。该继电器模件通道1对应输出轴承振动大报警信号送至分散控制系统（distributed control system, DCS）报警，通道2～11分别对应输出1～10瓦轴振大跳闸信号送至汽轮机跳闸保护系统（emergency trip system, ETS）[4]。

3500/32M(1-14)-4通道继电器输出模件负责接收3500/42M轴位移检测模件送来的轴位移大报警和跳闸信号，并输出1路轴位移大报警信号和3路轴位移大跳闸信号。该继电器模件通道1对应输出轴位移大报警信号至DCS报警，通道2～4分别对应输出3路轴位移大跳闸信号至ETS。TSI机架继电器模件配置如图1所示。

图1 TSI机架继电器模件配置

1.2 风险分析

从该TSI配置可以看出，一旦负责汽轮机轴承振动大保护输出的3500/33(1-13)-16通道继电器输出模件发生故障而误发信号，将造成输出至ETS的3路轴振大跳闸信号误发，导致轴承振动大保护误动。

同样，如果作为汽轮机轴位移大保护输出的3500/32M(1-14)-4通道继电器输出模件发生故障而误发信号，也会造成轴位移大保护误动。

在国家能源局发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》[5]中第9.4.3条款要求“所有重要的主、辅机保护都应采用‘三取二’或‘先或后与四取二’的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则”。该TSI配置方式不满足要求，TSI装置的轴承振动、轴位移保护继电器输出模件实际为单点保护方式。

1.3 优化措施

根据国家标准GB 50660—2011《大中型火力发电厂设计规范》[6]中第15.6.1条款规定“机组保护系统的设计应符合下列规定：冗余的I/O信号应通过不同的I/O模件引入”。对该主机TSI轴振大信号、轴位移大信号设计在同一块模件的问题采取冗余保护分模件处理，以提高保护系统的可靠性[7]，即在原主机TSI机架上增设一块3500/33(1-12)-16通道继电器输出模件，与原有3500/33(1-13)-16模件和3500/32M(1-14)-4模件组成三条独立的I/O模件回路。优化后的TSI机架继电器模件配置如图2所示。

同时调整相应继电器模件的输出通道配置，由这3块继电器模件分别输出轴振大停机信号、轴位移大停机信号，实现送往ETS的3路轴振大保护信号及3路轴位移大保护信号输出完全独立并且冗余，通过ETS进行三取二逻辑判断，提高保护逻辑的稳定性和可靠性。

图2 优化后的TSI机架继电器模件配置

2 输出跳闸回路接线

2.1 接线设置

该TSI 3500/33(1-13)-16通道继电器输出模件由通道2～11分别对应输出1～10瓦轴振大跳闸信号，该10路轴振大跳闸信号分别驱动TSI柜内REL2至REL11共10个跳闸继电器，再由这10个跳闸继电器辅助触点分别输出10路信号至TSI柜内端子排，并在端子排处经过环接后最终输出3路轴振大跳闸信号至ETS。优化前的TSI轴振大跳闸回路流程如图3所示。

2.2 风险分析

如果TSI柜内用于驱动10个跳闸继电器动作的10路轴振大跳闸信号线中任意一路发生短路，或者10个继电器中任意一个继电器出现故障导致辅助触点闭合，又或者在端子排环接处的10路信号中任意一路发生短路[8]，均会输出3路轴振大跳闸信号至ETS，造成ETS保护误动，机组跳闸。

2.3 优化措施

由这三块继电器输出模件分别输出六组跳闸信号，即新增3500/33(1-12)-16通道继电器输出模件的通道3输出一路信号代表“1～5瓦轴振大跳闸信号1”，通道4输出一路信号代表“6～10瓦轴振大跳闸信号1”，这两路跳闸信号在端子排处环接成第一路轴振大跳闸信号送至ETS。

同样地，原有的3500/33(1-13)-16通道继电器输出模件的通道3输出一路信号代表“1～5瓦轴振大跳闸信号2”，通道4输出一路信号代表“6～10瓦轴振大跳闸信号2”，这两路跳闸信号在端子排处环接成第二路轴振大跳闸信号送至ETS。原有的3500/ 33(1-14)-4通道继电器输出模件的通道3输出一路信号代表“1～5瓦轴振大跳闸信号3”，通道4输出一路信号代表“6～10瓦轴振大跳闸信号3”，这两路跳闸信号在端子排处环接成第三路轴振大跳闸信号送至ETS。

图3 优化前的TSI轴振大跳闸回路流程

改成此种接线方式后，从继电器输出模件到跳闸继电器，再到柜内输出至ETS的端子排，实现了信号回路独立，避免保护误动。优化后的TSI轴振大跳闸回路流程如图4所示。

图4 优化后的TSI轴振大跳闸回路流程

3 轴承振动大跳闸逻辑

3.1 逻辑设置

该汽轮发电机组1～10瓦每个瓦都分别装有向和向两个轴承振动传感器，9～11瓦还分别装有向和向两个盖振传感器。该机组TSI的汽轮机轴承振动大跳闸逻辑设置为：当1～10瓦中任一瓦的任一方向轴承振动达到跳闸值或者9～11瓦中任一瓦的任一方向瓦振达到跳闸值就会触发轴承振动大保护使汽轮机跳闸[9]。

3.2 存在风险

经过现场多次试验发现，如果在振动传感器或前置器附近使用对讲机等大功率通信设备时，会对传感器的输出信号产生较大干扰，振动监测值发生明显变化，造成信号失真，有保护误动风险。

由于就地传感器安装质量或前置器及信号电缆接线松动也会导致振动信号异常或达到跳闸值，单个测点振动值达到跳闸值就触发跳闸保护的逻辑设置属于典型的单点保护逻辑，存在较大的保护误动风险[10]，不符合《防止电力生产事故的二十五项重点要求》相关规定。

3.3 管控及优化措施

严禁在临近振动传感器或前置器区域使用对讲机或手机等大功率通信设备，严禁磁性物体靠近振动传感器[11]。安装振动传感器时调整其间隙电压为DC 10V±0.25V，以保证其测量的准确性。检查信号电缆接头有无油污等杂质，使用酒精或专用清洗剂清理干净后再连接接头，拧紧后包上绝缘胶带或热缩管。

为解决TSI轴振大跳闸逻辑缺陷，经过深入调研，并征求汽轮机厂家及设计院意见，做出如下保护逻辑优化方案：9～10瓦的振动保护逻辑中已有轴振保护，不必再设置瓦振保护，所以取消9～11瓦的瓦振保护逻辑，改为DCS显示及报警使用[12]。

优化后的轴承振动大跳闸逻辑为：1～10瓦中任一瓦的任一方向振动的跳闸值与上其他瓦的振动报警值触发轴承振动大跳闸保护[13]。以1瓦为例，保护逻辑组态为：((S03C01P##A2+S03C02P##A2)* (((((S03C03P##A1+S03C04P##A1)+S04C##A1)+S05C##A1)+S06C##A1)+S07C##A1))[14]，即1X跳闸值或1Y跳闸值与上2～10瓦中任一瓦的任一方向报警值。优化后的1瓦轴振大跳闸逻辑如图5所示。

4 结论

该电厂通过增加TSI继电器输出模件实现模件信号输出完全独立并且冗余，改进跳闸回路接线实现信号回路独立，采取有效的抗干扰措施，优化振动保护逻辑中的单点保护逻辑，消除了TSI保护回路中的单点保护问题，降低保护误动风险，提高了系统可靠性，为机组的安全稳定运行提供了保障，也可为其他同类型机组提供参考依据。

图5 优化后的1瓦轴振大跳闸逻辑

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Status analysis and optimization measures of turbine supervisory instrument protection circuit for a 1 050MW steam turbine generation unit

LIU Tiezhu ZHANG Jiaxing

(CHN Energy Shenfu Shishi Power Generation Co., Ltd, Quanzhou, Fujian 362700)

This paper studies the present situation of the turbine supervisory instrument (TSI) protection circuit of a 1 050MW steam turbine unit. The problems of the single-point signal protection in the relay detection module, trip circuit connection and the protection logic of vibration are enumerated and risks are analyzed. Optimized solutions are put forward. The reliability of TSI protection circuit is improved in the application.

turbine supervisory instrument (TSI); vibration; axial displacement; trip; protection

2022-06-08

2022-09-21

刘铁柱（1980—），男，福建省泉州市人，本科，工程师，主要从事火力发电厂热控技术方面的研究工作。