摘要：本文介绍某火力发电厂新开发应用汽轮机重要参数异常实时监测系统的提出背景、实施方案及取得的良好效果，阐述在汽轮机发生无法预知的异常事故时，如何利用现场装设的检测元件、DCS控制系统为运行人员提供数据参考、声光报警，把运行机组的异常工况更加简单明了的展现出来，进而提前采取合理的应急措施，最大程度上保证汽轮机主设备的安全。
关键词：汽轮机；重要参数；异常；实时监测
1 引言
某火力发电厂一期设计4台660MW超超临界燃煤发电机组，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂设计生产的超超临界、单轴、三缸四排汽，一次中间再热凝汽式汽轮机，单元机组采用艾默生过程控制有限公司OVATION 3.0.4版本分散控制系统，4台机组于2010年第二季度陆续投产转商业运行。
为了保证汽轮机主设备的安全良好运行，该厂经过摸索研究，新开发应用一套汽轮机重要参数异常实时监测系统，利用DCS系统自备的强大数据运算处理功能，对采集到的汽轮机重要参数进行二次处理，按照预先设定好的报警逻辑、报警限值，在预想事故工况发生时，触发声光报警，及时提醒运行人员，本监测系统旨在解决汽轮机发生重大事故时的未发现、发现不及时、采取措施不合理等难点问题。
2 实时监测系统提出的背景
该厂4台汽轮机目前所设置重要监视参数点有：轴振、轴向位移、瓦振、轴瓦温度、调节级压力、高排压力、调门开度、监视段压力及温度等1，现场所安装测点种类、数量均满足监视要求，各参数监测正常可靠。
近年来火力电力系统通报汽机重大安全事故时有发生，上半年某发电有限责任公司两台运行机组先后发生通流部分损坏相继停机的事故、下半年某电厂一台机组中压缸静叶2掉落汽机严重损坏事故，此类事故无论破坏程度深浅，均对汽轮机造成严重损坏。
结合数据统计，纵观这几起事故，存在一共同点即在造成汽机严重损坏之前，重要参数所检测参数的数值并没有达到保护跳闸值，运行人员虽发现机组重要参数值异常变化，但没有及时果断停机而仅采取保守处理方案，进而导致事故时间延长、破坏程度加剧、损失加重。
该厂曾多次成功在线处理伺服阀高压抗燃油泄漏事故，但相关人员意识到自身新建机组特点，从未遇到汽机缸内部件异常事故，存在相同的问题需要解决。
3 实施监测系统的必要性
考虑汽轮机本体参数的全面监视，通常将大量参数集中在一张CRT画面中，本身设计理念并无问题，可以方便运行人员进行不同参数对比，但显得繁多且繁琐，各参数正常运行中均动态变化且变化幅度不大，而汽轮机在高速旋转运行中，一旦出现事故均会在短暂时刻内发生相关参数大幅度的变化，运行监盘人员虽定时翻看不同画面，但若未发现或发现不及时，势必引起机组实时安全状况的错误分析和错误判断，导致错误的决策，最终可能发生无法挽回的经济损失和设备损坏。
这是一个潜在的深层问题，若无法及时发现问题，其严重程度可想而知。开发汽轮机重要参数异常实时监测系统，可以借助声光报警及时提醒运行人员，并记录报警及运行过程中突变量的最大值，给运行人员提供可靠参考值，因此很有必要。
4 设计方案及实施
DCS系统除了正常的显示、操作、趋势分析、联锁保护、自动调节功能外，还配置有软、硬光字牌两种形式的声光报警功能，当现场设备发生异常时，例如：某辅机跳闸，设定好的声音会触发、画面会闪烁。
该厂在原系统一级光字报警的基础上，将各报警信号图像化，设计了直观的二级报警，运行人员可以根据报警直接判断故障点。
但汽轮机结构复杂，参数众多，仅仅依靠各参数到达定值后的报警显然比较迟钝，发生叶片脱落、通流部分损坏等重大问题时反应滞后，为了预防类似事故发生时手足无措、处理不及时果断导致事故扩大，最大程度保障汽机主设备安全，经过多次深入讨论、分析，该厂提出如下设计方案。
4.1实时监测系统方案
1）利用DCS系统进行合理逻辑组态、画面开发，动态计算、采集汽轮机各重要参数突变量数值，设置突变量报警，当各参数动态变化量超过设定值时，触发声光报警及时提醒运行人员，并动态锁存报警及运行过程中突变量的最大值，给运行人员提供可靠参考值。
使用OVATION系统组态工具中的模拟量延时输出块Transport、加减法块Sum、绝对值块Absvalue等功能块，设计组态逻辑3，具体如下图1：
图1 汽轮机重要参数异常实时监测系统逻辑示意图
2）由运行部门提出所需增加监视的测点清单，并经汽机专业核实合理性。
运行部门根据多起汽机损坏事故的初期共同现象点，结合各汽机参数实际运行中的稳定运行值，总结制定出了不同参数贴近实际的预警定值。
3）抓住汽机损坏事故时，往往是多参数并行异常的特征点，总结分析以往事故，选出了多次出现且最能反应汽机内部故障最有直接影响的6类参数作为重点监视对象，针对这些参数制定汽机参数异常分级处理预案，进行宣贯执行4。
4）在6类参数中，又选出了以下两种必须立即停机的组合，分别是：负荷突变报警、调节级压力突变报警、轴位移突变报警、推力瓦温度突升报警、轴振突变报警，5项报警同时出现破坏真空紧急停机；负荷突变报警、高排压力突变报警、轴位移突变报警、推力瓦温度突升报警、轴振突变报警，5项报警同时出现破坏真空紧急停机。
采用热工报警与运行预案结合，并用多种报警条件组合判断的方法滤掉可能的单点误动，从而可帮助运行人员针对运行参数未达跳闸定值的特定异常进行准确判断，为挽救设备、防止进一步的损坏赢得时间。
4.2 方案实施
在机组停机检修时，开始实施：
在DAS控制器DROP17/67中按图2要求组态报警逻辑，实现各参数变化率（在预定的时间间隔内产生的变化量）超过设定值时即触发声光报警，在系统一级光字报警中增加“汽机重要参数突变”报警，同时增加二级报警画面如下图2所示，使用报警指示灯记录具体报警点信息，待全部组态完工后，按照要求逐条测试报警功能完好。
从图3可以看出，各点的实时变化速率、最大的变化速率、报警状况均得到显示，运行人员可直观发现那些参数报警，对应预案组合列表做出准确判断。
在DCS系统历史站中采集各报警点，方便在异常分析时提供准确的时间基准。
4.3实际运行优化
实时监测系统在投用后，经过摸索发现两个问题：
1、使用初期，因个别突变量限值不合理，会频繁报警，经过对定值的重新优化设置得以解决；
2、机组启动冲转阶段，机组各参数变化量较大，部分参数会突发报警，如下图3红色报警点，由运行人员进行一次系统复位。
实际运行中，该两个问题均得到了解决，各种参数动态变化数值均做到了实时监控，免去了运行人员大量的手动计算。
图2 汽轮机重要参数异常实时监测系统运行画面
5 结论
经过设计开发汽轮机重要参数异常实时监测系统，开创了对参数变化速率领域异常的监视，扩展了热工监视及预警领域的范围。给运行人员提供了在异常、事故发生的前期预警时间，极大的方便了运行人员根据声光报警提示及实际参数的报警组合决定采取何种应急措施，从而能够及时、准确的掌握机组的安全状况，提高准确判断的几率。
本系统在机组启动后经过多台次的机组启停、分析及参数优化，运行良好，设计方案和措施经过机组实际运行检验，证明合理、可靠，基本实现了系统开发制定的目标，值得推广应用。
参考文献：
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[2] 蔡帼英．苏勇令．600MW汽轮机叶片断裂事故分析[J]．华东电力技术1996年第9期42页
[3] 西屋OVATION控制系统算法手册
[4] 司彦辰．大型汽轮机事故分析与处理．科技向导．2012年21期216页
论文作者:费飞飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第9期
论文发表时间:2018/7/2
标签：汽轮机论文; 参数论文; 汽机论文; 机组论文; 突变论文; 异常论文; 事故论文; 《电力设备》2018年第9期论文;