摘要：汽轮机危急跳闸系统（ETS）是火力发电机组非常重要主机保护系统，其运行的可靠性直接影响到机组的安全稳定运行。基于此，本文就针对汽轮机ETS保护系统的可靠性进行了探讨，以供参考。
关键词：汽轮机；ETS保护系统；可靠性
汽轮机的危急遮断系统（ETS），是保证汽轮发电机组正常运行的必不可少的安全保护装置。汽轮机运行中，当存在某种可能导致机组受损害的危险情况时，ETS装置可使汽轮机自动紧急遮断，保护机组的安全。由于ETS系统是确保机组安全运行的最后一道自动保护装置，因此，对系统的可靠性和快速性有非常高的要求。
1、ETS系统可靠性分析
1.1I/O点分配
冷凝器真空低保护与润滑油压低保护作为汽轮机重要保护措施，在ETS系统中，运用的是三重冗余设计，三取二的动作于跳闸，在就地冷凝器与润滑油母管上，均安装了三个取样管路互相独立的压力开关，来完成对冷凝器真空与润滑油压的实时监测。在真空低与润滑油压低保护信号接线当中，2DIA、2DIB为PLC组件的第2块DI输入卡件，PLCI/O点分配上，由就地压力开关引出的冗余跳机信号设计，全部是接在并列运行的PLC组件相同的DI输入卡件上，所以不满足重要保护信号在设计上的独立性要求，并违背了《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》等相关规定。若是对于该系统中，DI卡件一旦出现问题，便会造成输入信号全部出现异常，进而造成拒动或者误动问题产生。
1.2ETS控制系统电源回路
ETS在设计时，PLC与AST电源均是运用220VAC电源。当ETS控制柜，接受到UPS与保安段冗余电源后，通过电源切换装置完成切换之后，便能够对AST电磁阀与PLC组件供电，并同时可以实现对1PS与2PS电源转换模块供电，在转换模块得到转换过后，便得到PLC冗余I/O电源。如电源回路图所示，UPS与保安段两路电源都处于正常状态时，切换之后的电源，变为UPS电源。汽轮机机组在正常运行时，若是UPS电源出现断电或者故障，则系统便能够自动通过OJ切换，来为保安段电源供电。虽然接触器的工作效率较为快速，对PLC组件运行不构成影响，然而，因为在切换之后，220VAC对AST电磁阀直接供电，从而使接触器动作电源在切换的一瞬间，便会使得AST电磁阀出现暂时性断电，从而使AST油管失压，使得汽轮机进汽阀出现关闭，保护动作及发生跳闸。根据《火力发电厂汽轮机监视与保护系统验收测试规程》来进行试验，可以得出，UPS电源在断开之后，安全油压便会出现大幅度下降，DEH阀门出现自动关闭，并且在安全油母管上的三个判断油压状态的开关，也会达到动作值，DEH系统会检测到三个挂闸信号出现消失，并自动产生DEH故障信号，使得ETS系统跳闸，由此可见，ETS电源难以达到冗余备用要求。
2汽轮机组ETS保护系统改进措施
2.1电阻改造
采用充电电阻，对电缆进行充电。该方案简单易行，可以解决信号电缆充电导致PLC通道电压突降现象，在投入保护后充电电阻被旁路掉，不影响保护动作时间。
2.2硬接线回路
2.2.1原ETS保护跳闸硬接线回路
四个AST跳闸电磁阀回路电源为直流110VDC控制回路，AST1、AST3为一组，AST2、AST4为一组，保护主回路为失电动作。AST主回路通过跳闸中间继电器动作，中间继电器回路为24V控制回路，回路中包含手动打闸停机和PLC输出保护动作两部分。此回路存在的问题：24V电源一旦失去，手动打闸停机和PLC输出保护动作均将失效，造成机组将无法安全打闸。
2.2.2改进后ETS保护跳闸硬接线回路
ETS系统直接驱动110VDC控制回路，手动打闸、ETS跳闸均增加到此回路，AST跳闸回路依然为两路110VDC独立供电，跳闸节点为110VDCETS系统跳闸继电器的常开节点，机组正常运行时110VDCETS系统跳闸继电器带电，则跳闸回路通，AST电磁阀得电；机组跳闸或ETS系统失电时，则跳闸回路断开，AST电磁阀失电跳机。试验回路继电器接收ETS软逻辑试验指令，驱动AST跳闸继电器或试验继电器，跳闸继电器再驱动110VDC电磁阀动作；试验继电器驱动220VDC电磁阀动作。此次改造中，将根据原控制方案基本不变，只是AST电磁阀修改为失电直跳。
2.3ETS保护控制逻辑
1）轴向位移大：由TSI系统实现逻辑判断，既1或2动作与3或4动作实现停机，TSI系统输出一路轴向位移大信号到ETS系统中，单点保护。改进后由TSI系统实现逻辑判断，TSI系统输出增加两路轴向位移大信号，送三路轴向位移大信号到ETS系统中，保护三取二动作跳闸。2）振动大停机：TSI系统输出一路大于150μm的开关量（硬接线）；TSI系统输出一路大于250μm的开关量（硬接线），两路相与后实现跳机。改进后TSI输出三路大于150μm的开关量（硬接线）；TSI系统输出三路大于250μm的开关量（硬接线），实现三取二后再相与。3）发电机故障：改进前为单点保护。改进后在电气保护柜增加两路发电机故障开关量信号（硬接线），逻辑三取二保护动作。
2.4抗雷击干扰改造
在满足汽轮机保护规范规定的保护动作时间情况下，组态里做了10ms的滤波躲避雷电干扰，修改后保护动作时间12ms。汽轮机的飞升转速仍在安全范围内。并采用屏蔽效果更好的双层屏蔽电缆替换原信号电缆。
3汽轮机ETS保护系统可靠性的加强策略
3.1I/O点分配的改进策略
在《火力发电厂热工保护系统设计规定》与《国家电网公司发电厂重大反事故措施》等相关规定的要求，对ETS系统中的I/O点实施重新分配。把三个冗余冷凝器真空低与三个冗余润滑油低压输入信号分散的接入到每列PLC组件对应的三个不同DI卡件通道中，同时对PLC数据库、对应的三取二遮断与报警扩展输出逻辑实施重新组态。进而从根本上使得ETS保护信号能够独立实现三重冗余，使得风险得以分散处理，最终能够避免由于单块卡件故障而造成的保护误动与拒动问题出现。
3.2ETS控制系统电源回路的改进策略
ETS控制电源应当能够达到冗余切换功能与消除保护误动的相关要求，针对上文提到的问题，对ETS系统电源回路做出如下改进：把AST1及ATS3电磁阀所供电的电源，改在电源切换之前，通过ETS控制柜中的UPS电源来实施供电，把ATS2与AST4电磁阀的供电电源改换在电源切换之前，并通过ETS控制柜中的保护电源来实施供电。与此同时，把操作台上的汽机跳闸按钮原设计的一副常闭接点串接到AST1与AST3电磁阀电源控制回路上，然后再利用一副并联常闭接点串接到AST2与AST4电磁阀电源控制回路当中。在通过这种改进之后，危急遮断液压组件两个跳闸通道上的AST电磁阀会由UPS与保安段的两路独立电源实施供电。因为四个电磁阀均是采用双通道设计，因此，当任何一个控制电源断电或者因故障出现电源切换时，只会出现一个AST跳闸通道动作，另外一个AST跳闸通道内的两个AST电磁阀，依旧会维持安全油压，并使得汽轮机机组不会有误动跳闸问题出现。当ETS系统出现单路控制电源断电之后，危急遮断液压组块上的油压状态监测开关对应动作便会在DEH操作员站发出报警信号，让工作人员对其进行及时的检修与处理。
在PLC系统因为故障而出现失灵之后，操作台上的汽机跳闸硬手操按钮便能够使AST电磁阀供电回路得以直接切断，从而使得紧急打闸出现停机。通过这种改进，能够使ETS系统中的控制电源冗余互备功能得以真正实现，进而彻底消除由于单路控制电源失电或者因故障切换时，汽轮机保护误动跳闸的问题出现。
结语
ETS系统的作用就是监视汽轮机组的一些重要参数及工况，在异常情况下，使汽轮机紧急停机，保护汽轮机组的安全。上述改造将拆除原ETS控制系统，保留就地线缆及一次元件，更换新的硬接线回路，重新布置IO分配，优化ETS逻辑。通过改进，解决ETS控制系统的可靠性问题，完善保护系统功能，提高机组安全性。
参考文献：
[1]麻志彬，崔志斌，何晓辉.汽轮机ETS保护系统控制方案的改进[J].河北电力技术，2015，34（S1）：25-26.
[2]侯媛媛，齐鸣，王晓娇，等.汽轮机ETS保护系统存在的问题分析及防范措施[J].河北电力技术，2015，34（a01）：29-31.
论文作者:刘传芳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
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