摘要：分析原汽轮机跳闸保护系统在灵活性、可靠性等方面存在的不足，采用DCS对汽轮机跳闸保护系统进行改造和完善，针对可能导致汽轮机保护拒动和误动的原因采取多重技术措施，克服了原系统的不足，经实际运行证明改造后的系统安全可靠性得到较大提高。
关键词：汽轮机；跳闸保护系统；改造
0 引言
电厂汽轮机运行时转速很高，在冲转、运行或停机过程中，如果违反操作规程，极易造成汽轮机动静部分摩擦损坏，为保证汽轮机安全运行，需对汽轮机轴向位移、偏心、胀差、振动、转速、真空等参数进行监控和保护，当被控参数超过报警值时发出报警信号，超过保护值时保护装置动作，关闭进汽阀门，实现紧急停机。这些控制功能均需依靠汽轮机跳闸保护系统ETS来实现，ETS系统运行可靠性直接影响汽轮机运行可靠性，有必要采取措施提高ETS系统可靠性。
1 设备概况[1]
1.1 汽轮机
汽轮机为日本三菱公司生产的亚临界、一次中间再热、反动式、单轴双缸双排汽凝汽式汽轮机。汽轮机共有十个阀门，分别是两个高压主汽门（MSV）、四个高压调汽门（GV）、两个中压主汽门（RSV）、两个中压调汽门（ICV）。汽轮机调速系统采用数字电液调节系统，共有四个电液转换器E/H，#1、#3号GV共用一个E/H，#2、#4号GV共用一个E/H，两个MSV使用一个E/H，两个ICV使用一个E/H，稳定、精确地控制汽轮机转速及负荷。十个阀门中，除两个RSV为两位开关型阀门外，其余八个阀门均为调节型阀门，高压主汽门配有预启阀。
1.2 汽轮机跳闸保护系统
汽轮机跳闸保护系统简称ETS系统，ETS是Emergency trip system的缩写，当汽轮机各项被控参数出现异常，调速系统无法正常控制汽轮机，ETS系统发出汽轮机跳闸命令，泄掉汽轮机安全油，关闭所有进汽阀门，使汽轮机处于安全状态。
2 原汽轮机跳闸保护系统
2.1原汽轮机跳闸保护系统组成
原汽轮机跳闸保护系统由日本三菱公司研制开发，由电源系统、开关量变送器、中间继电器、R/S触发器、汽机跳闸电磁阀、电超速跳闸电磁阀、汽机复位电磁阀、OPC（超速保护控制）电磁阀以及试验电磁阀等组成。电源系统电压等级为DC110V，为中间继电器、R/S触发器以及现场电磁阀提供驱动电源；开关量变送器包括压力开关、限位开关等，测量汽轮机安全油压、凝汽器真空、润滑油压力、推力轴承磨损油压以及汽轮机阀门位置信号等重要参数；中间继电器和R/S触发器组成跳闸保护系统控制回路，实现ETS系统全部控制功能；汽机跳闸电磁阀和电超速跳闸电磁阀是跳闸保护系统动作设备，泄掉汽轮机低压安全油，关闭汽轮机进汽阀门，实现汽轮机保护停机；汽机复位电磁阀复归汽轮机危急遮断装置，关闭安全油卸油口，建立安全油压；试验电磁阀有六个，分别完成左右侧高压主汽门、左右侧中压主汽门及左右侧中压调汽门在线试验功能；OPC电磁阀有四个，当汽轮机转速达到OPC动作转速时，OPC电磁阀励磁打开，瞬时关闭四个高压调门和两个中压调门，减缓汽轮机转速飞升趋势。
当汽轮机某项重要参数越限或其他系统发出保护跳闸信号时，经控制回路逻辑运算，ETS系统送出紧急跳闸信号使跳闸电磁阀通电励磁打开，电超速电磁阀失电打开，安全油压母管泄油，迅速关闭所有主汽门、调节汽门使汽轮机停机。
改造前的汽轮机跳闸保护装置原理图如图1。
2.2原汽轮机跳闸保护系统存在的不足
原ETS系统是基于继电器硬接线控制回路的逻辑系统，采用大量的中间继电器、时间继电器、R/S触发器、H/L发生器等元器件，保护系统逻辑关系并不复杂，但系统接线极其复杂，故障原因难于查找，存在诸多不足之处。
（1）ETS系统可靠性取决于中间继电器等元器件运行可靠性，随着ETS系统运行时间增加，元器件可靠性逐年下降，中间继电器线圈电阻增大、绝缘老化、触点接触电阻增大、复位弹簧弹力减弱等异常现象出现频率越来越高。
（2）ETS系统采用许多特殊元器件，如R/S触发器、H/L发生器等，这些特殊元器件为三菱公司生产，市场上缺少可替代产品，随着这些特殊元器件逐渐停产，ETS系统备件采购愈发困难，直接影响系统可靠运行。
（3）ETS系统独立于DCS系统，未设计上位机，没有人机界面，交互性很差，在多重原因引起ETS系统保护动作后，无法查找首出原因，日常运行中缺陷处理也十分困难，投退保护必须甩开控制电缆接线，增加误操作风险。
（4）ETS系统控制功能修改、变更难度极大，想要变更控制功能，必须改变控制电缆接线方式，出错率极高，且中间继电器数量的增加还受制于控制柜内富余空间。复杂的电缆接线给维护人员的日常维护带来了很大困难，埋下较大安全隐患。
（5）电源系统为单回路供电系统，不满足二十五项反措规定，ETS系统只有一路DC110V供电电源，没有备用电源，给系统安全运行带来隐患。
3 改造后的汽轮机跳闸保护系统
3.1改造后汽轮机跳闸保护系统保护机理
汽机专业对汽轮机阀门油动机进行了改造，拆除原低压油动机，更改为高压EH油油动机，原供油系统保留低压润滑油系统，拆除高压控制油系统，增加高压抗燃油系统。
为适应汽轮机阀门油动机改造，调速系统拆除原有四台电液转换器，安装八个MOOG阀，分别控制汽轮机八个调节型阀门，调速系统由原来电液调速系统改造为纯电调调速系统，为加快阀门关闭速度，在汽轮机十个阀门上均设计有快关电磁阀。
由于机组控制系统已由三菱DCS系统改造为艾默生DCS系统，决定对原ETS系统实施DCS系统一体化改造，单独设置一个控制站，实现ETS系统原有控制功能。
ETS系统跳闸保护装置拆除原有的跳闸电磁阀、电超速跳闸电磁阀及OPC电磁阀，安装一套AST/OPC危急遮断控制块，由四个AST跳闸电磁阀和两个OPC电磁阀组成。6YV/7YV/8YV/9YV为AST跳闸电磁阀，10YV/11YV为OPC电磁阀，1PS、2PS、3PS为原低压安全油压低低压力开关，12PS、13PS、14PS为高压安全油压低低压力开关，5APS、5BPS为AST电磁阀试验用压力开关。
低压安全油和高压安全油通过隔膜阀连接，当汽轮机正常运行时，低压安全油通入阀盖内隔膜上面的腔室内，克服了弹簧力，使隔膜阀保持在关闭位置，堵住高压危急遮断油母管通向回油的通道，使高压抗燃油系统正常运行。当机械超速遮断装置动作后，低压安全油压降低或消失，从而使压缩弹簧打开隔膜阀，把高压安全油排到回油管，关闭所有进汽阀。
当汽轮机某项重要参数越限或其他系统发出保护跳闸信号时， ETS系统经过逻辑运算，送出紧急跳闸信号使四个AST电磁阀失电打开，高压安全油压母管泄油，所有主汽门、调节汽门关闭使汽轮机停机。当OPC回路动作，两个OPC电磁阀通电励磁打开，使对应调节汽门的控制油压泄放，使所有调节汽门迅速关闭。
改造后的汽轮机跳闸保护装置原理图如图2。
3.2改造后汽轮机跳闸保护系统特点
（1）ETS系统和DCS系统采用“一体化”控制，ETS系统作为DCS系统一个控制站，控制功能由DCS系统CPU卡件实现，ETS系统采用双冗余CPU并联运行，一台CPU控制，一台CPU备用，当控制CPU故障时，备用CPU可以无扰切换为控制方式，提高了ETS系统可靠性。
（2）ETS系统采用中间继电器数量大幅度减少，只保留少量转速继电器和输出继电器，大大减少机械动作型元器件，避免继电器可靠性下降影响ETS系统可靠运行。
（3）AST/OPC危急遮断控制块上共有六个电磁阀，两个OPC电磁阀为常闭电磁阀，带电打开；四个AST电磁阀为常开电磁阀，带电闭合，失电打开。机组正常运行时，AST电磁阀为常带电状态。
危急遮断控制块为“双通道”原理，采用“两或一与”设计。当一个通道中的任一只电磁阀打开都将使该通道跳闸，但不能使汽轮机跳闸；只有两个通道都跳闸时，才能使汽轮机进汽阀关闭，起到跳闸作用，因此大大提高了可靠性，可有效地防止“误动”和“拒动”。
（4）AST/OPC危急遮断控制块在线试验功能更加灵活，不再需要运行人员现场操作试验拉杆，运行人员只需要在操作员站上操作AST电磁阀试验按钮，便可以完成AST电磁阀在线试验。原有的试验拉杆只对注油试验起作用。
（5）合理分配ETS系统支线、通道，四个AST电磁阀分配在四条支线上，现场同一测量信号的开关量信号分别进入不同的数字量输入卡件，防止支线失电、输入卡件故障导致ETS系统误动作。
（6）改造后加强对“电超速”这个重要参数的监控，DEH系统电超速信号除了进入ETS系统CPU进行逻辑控制外，还经硬接线直接送出控制AST电磁阀。
DEH系统采用特殊卡件实现超速控制及保护功能，三块转速测量控制卡件分别检测三路磁阻转速探头的测量信号，并判断测速回路好坏，当汽轮机转速达到110%额定转速时，转速卡发出转速大于110%信号，经继电器三取二回路判断后输出三路超速停机信号到ETS系统，使汽轮机紧急停机。
DEH控制逻辑中也设计有超速抑制功能，当汽轮机转速升高时，DEH控制回路减小调门开度，降低进汽流量，延缓转速升高趋势。
（7）手动停机按钮采用双按钮串联设计，除将信号送至ETS系统跳机外，为防止DCS系统失灵，还设计一路硬接线信号直接控制AST电磁阀，实现DCS系统失灵后停机功能。
（8）电源系统更改为双路冗余供电系统。
4 结束语
ETS系统实现DCS改造后，人机界面交互性能友好，事故追忆功能得到强化，不仅降低了维护人员误操作几率，而且提高运行人员对ETS系统监控水平，显著增强ETS系统运行可靠性。ETS系统和DCS系统“一体化”改造实践，是特别有意义的改造探索，具有良好的推广价值。
参考文献：
[1] 2×350MW机组主机运行规程1-3
作者简介：孙永再，山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司，山西省河津市，联系电话0359-5063170，毕业于太原电力高等专科学校电厂热能动力工程专业，高级工程师职称。
论文作者:孙永再
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/2/13
标签：汽轮机论文; 系统论文; 电磁阀论文; 转速论文; 继电器论文; 阀门论文; 高压论文; 《电力设备》2018年第25期论文;