(湖南火电建设有限公司运检分公司 湖南长沙 410000)
摘 要：以前接触的大多为常规300MW和600MW的机组，对汽轮机调节保安系统有所了解，特别是从控制的角度，对相关的控制系统及设备如DEH、AST、OPC、ASP、ETS等接触较多，但接触到西门子1000MW机组后，感觉变化太大。特对这两种类型的调节保安系统从控制的角度来分析其不同之处，并进行总结。
关键词：调节保安系统、DEH、超速、危急遮断、ETS
记得我第一次看到1000MW机组的汽轮机，感觉很奇怪，居然没有前轴承箱！没有主油泵！没有隔膜阀！没有汽机保护实验块！后来慢慢通过学习和了解，原来这种西门子类型的机组汽轮机调节保安系统与常规的300MW和600MW机组的汽轮机调节保安系统有了很大的不同。
1、常规机组的调节保安系统
一般汽轮机的调节保安系统由数字电调控制系统（DEH）、高压抗燃油系统（EH）、EH执行机构、危急保安系统、ETS系统等几部分组成。DEH系统的硬件设备、软件特点、组态方法等方面随各厂家的不同而不同，西门子类型机组DEH采用的是西门子T3000系统。EH供油系统则各类型机组都大同小异，都是以高压抗燃油为工质，为各执行机构及安全部套提供动力油源并保证油的品质。EH系统的总的功能是接受DEH信号操纵汽轮机的进汽阀以调节进入汽轮机的蒸汽流量。ETS是汽轮机的紧急停机装置，根据汽轮机安全运行的要求，接受就地一次仪表、TSI二次仪表及其他系统的要求，控制停机电磁阀，使机组紧急停机，保护汽轮机。
危急保安系统由危急遮断控制块、隔膜阀、超速遮断机构等组成，为系统提供超速保护及危急停机的功能。TSI是汽轮机的监测保护系统，在汽轮机盘车、启动、运行和超速试验以及停机过程中，可以连续显示和记录汽轮机转子和汽缸机械状态参数，并在预置的运行极限时发出报警，当超出预置的危险值时发送停机信号给ETS，使机组自动停机。由汽轮机转子直接带动的主油泵除通过注油器将润滑油供给汽轮机及发电机的轴承外，还供给机械超速遮断装置以及手动遮断装置用油，后者产生的安全油将通过隔膜阀与EH系统连结在一起。
2、西门子机组DEH介绍
西门子机组DEH的主要任务也是控制通过汽轮机调节阀（CONTROL VALVE）的蒸汽流量，在不同情况下的控制对象有汽轮机转速、负荷、主汽阀前蒸汽压力等。转速、负荷、主蒸汽压力等信号通过三取二进入主控制器，输出的阀位控制信号经放大后送到电液油动机（EHA），控制汽轮机调节阀的开度，DEH提供最佳的负荷运行及稳定电网运行，也可以方便地选择控制方式如汽机跟踪、锅炉跟踪、协调运行等。
2.1负荷控制器
负荷控制器采用允许的变负荷率控制机组负荷。最大的变负荷率不仅取决于锅炉对负荷变化的适应能力，同时还受汽轮机热应力评估器TSE限制。在锅炉有问题或负荷指令变化太快时，则由主蒸汽压力限制器对汽轮机控制阀进行节流。
2.2转速控制器
只要发电机从电网脱离，DEH控制器进入转速控制方式，当断路器合上，则进入负荷控制方式。进行转速控制的状态包括：启动阶段、同步阶段、甩负荷时防止超速、停机（解列后）、在带负荷时进行频率控制。
2.3频率单元
电网频率以二种方式作用于DEH：限制频率作用，通过在频率作用中设定死区，当电网频率变化时起作用，在孤网运行时，此作用不能切除；频率作用，支持电网维持频率稳定，当电网频率和额定频率相对应时达到平衡。如果电网频率高于额定频率，发电机功率将减少；如果电网频率低于额定频率，发电机功率将增加。
2.4压力控制器
压力控制器以压力限制方式和初始压力方式起作用。
2.5阀位控制器
每个调节阀有一个比例控制器，为了改善控制特性，阀位控制器接受主控制器信号，每个控制阀有一个阀门特性校准，此校准将进汽流量要求信号（来自主控制器）转化为阀位指令信号，油动机上测得的阀位信号作为反馈送入阀位控制器，阀位控制器控制调节阀的阀位。如果实际阀位信号失效，则相应的控制阀缓慢关闭。
2.6启动装置
启动装置TAB提供一个模拟量信号去一个低选逻辑，在启动前零位信号时保持调节阀可靠关闭。在启动时启动装置TAB的信号开始升高，这样使转速控制器进行转速控制，当汽轮机达到正常速度，并且发电机已同步，启动装置设定在100%位置，这样主控制器信号不再受TAB限制。
2.7汽轮机热应力评估器（TSE）
汽轮机热应力评估器TSE的基本功能就是对汽轮机的转子、进汽阀门的阀体和汽缸缸体等厚重部件的温差进行监视，防止由于蒸汽温度与金属温度的不匹配导致金属部件产生过大的热应力，影响部件的使用寿命。
2.8汽轮机组和辅助系统的自启动控制
在自启动系统的作用下，汽轮机能够安全可靠地在合适的时间内启动，这符合可能的最短启动时间和最高可用性的经济要求。
3、危急遮断系统的变化
汽轮机危急遮断系统监视汽轮机的重要运行参数，当这些参数超过运行限制时，发出停机信号，快速关闭汽轮机进汽阀门，使汽轮机处于安全状态。汉川电厂1000MW机组的ETS系统主要由超速保护装置、数据采集及处理系统、EH停机系统组成。
3.1超速保护系统
超速保护系统取消了传统的机械危急遮断器，由两套电子式的超速保护装置构成。
3.2数据采集处理系统
数据采集处理系统包括输入输出卡件、处理器及相关的逻辑处理。汽轮机现场及其他系统来的保护信号送至输入卡件继而送到控制处理器，进行相关的逻辑处理，形成最终的汽轮机保护动作信号，通过输出卡件控制相关的停机电磁阀，从而使机组迅速停机。
西门子机组不设置专门的停机电磁阀，从ETS发出单独的动作信号到每个快关电磁阀，同时机组不采用OPC电磁阀，从DEH发出的超速控制指令直接作用到调门的快关电磁阀，将所有调门快关。
3.3保护回路构成
标准的保护包括三取二组态（振动信号采用二取二），还包括数据测量采集设备、信号处理、限制信号产生、遮断信号产生和保护信号输出。汽轮机保护条件通过模拟量测量，信号不间断的进行监视和比较，通过数字化自动系统执行信号处理。其余接受保护的开关量信号包括超速保护、发电机保护、锅炉保护MFT、紧急停机按钮等。这些信号通过相应的输入模块送到处理器，在处理器进行运算处理，形成最终的停机信号，通过冗余输出模块，控制油动机的快关电磁阀，使阀门迅速关闭。
3.4EH停机系统
西门子机组的EH停机系统的每个油动机是独立的，单独动作。在每个油动机上设置了两个串联的快关电磁阀，只要其中的一个电磁阀动作，该阀门就迅速关闭。每个电磁阀分别接受ETS来的动作信号，将阀门快速关闭。电磁阀常带电，失电动作。
4、保护项目说明
4.1手动停机
由于西门子机组取消了以往的危急遮断器、危急遮断油门、隔膜阀等诸多部套，所以在汽轮机头部无法通过机械遮断装置手动停机，于是在机头设置了一个紧急停机按钮，有三付NC和一付NO触点，该紧急停机按钮和集控室的紧急停机按钮一起构成手动停机回路。这些按钮信号送到ETS系统，当需要手动紧急停机时，通过这些按钮，使快关电磁阀失电，遮断机组。
4.2振动保护
西门子机组采用轴承座落地结构，汽轮机基础采用柔性机组，因此轴承保护采用轴承座振动（绝对振动）保护，而轴振动（相对振动）仅用来报警。轴承座振动探头安装在45°方向，在相近的位置设置了两只振动探头，这两个信号通过TSI装置处理后将4~20mA模拟信号都送入ETS系统，进行二取二处理，即两个振动信号都超限时保护动作。
4.3轴向位移
在汽轮机的#2轴承座处安装有三个轴向位移探头，通过TSI装置处理后将三个模拟量信号送到ETS系统，进行三取二处理。
4.4轴承温度
机组在每个轴承上安装有两个测量轴承金属温度的三只热电偶，推力轴承在正负推力面各装有三只热电偶，每个热电偶的信号全部进入ETS系统，在处理器中对每个温度点进行三取二处理，当温度超限后动作。
4.5润滑油系统
润滑油系统的保护参数包括润滑油压和油箱油位，都采用三个变送器进行测量，将4~20mA模拟信号送到ETS进行三取二处理。
4.6凝汽器真空
为了保护汽轮机低压缸末级叶片，以及防止凝汽器超压，需要对凝汽器真空进行限制，当超限时，保护动作停机。
4.7EH油压低保护
在每个EH油泵出口设置一台压力变送器，当两个压力都低于设定值，延时5秒后发出保护信号。
4.8高压叶片级温度高保护
高压叶片级温度是高压缸进汽蒸汽温度（12级后），由于超超临界机型高压缸的特殊通流设计，这个温度用来替代高压缸排汽温度保护。
4.9低压缸排汽温度高保护
为了防止末级叶片温度过热，在每个低压缸末端安装三只热电偶来监视末级叶片温度，当温度升高到一定值时，打开低压缸喷水电磁阀降低此处温度，若温度继续升高超过限值，则汽轮机保护动作。
4.10其他保护
保护系统接受其他系统来的停机信号，包括发电机保护停机、锅炉MFT停机、发电机断水保护等。
结束语：相比常规的300MW、600MW机组，西门子机组的调节保安系统更简单，主要是取消了机械式的危急遮断装置，而采用了电子式的超速保护装置。谁更可靠？众说纷纭。我想，关键是把现有设备了解、熟悉、维护好，满足其设计初衷，才是我们最应该做的。
论文作者:彭浩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/6
标签：汽轮机论文; 系统论文; 信号论文; 机组论文; 温度论文; 危急论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第22期论文;