危急遮断系统保护回路改造

刘伟兴

(广东粤嘉电力有限公司,广东 梅州 514032)

1 设备概况

梅县发电厂三期 2×135MW机组采用 N135-13.24/535/535型超高压、中间再热、双缸双排气、冲动式单轴布置凝汽式汽轮机。汽轮机控制系统(DEH)采用西屋 OVATION汽轮机数字电液控制系统。危急遮断控制系统(ETS)由汽轮机厂商成套配供。它主要由 2套 PLC、保护投切操作面板、触摸式监视屏操作面板、电源装置等电器元件构成,所有电器元器件均安装在 ETS控制柜中。该装置接收来自现场及其他系统提供的停机信号,通过 PLC逻辑判断后输出停机指令驱动就地 4个 AST电磁阀动作,带动高压抗燃油管路泄压,关闭高、中压主汽门和调门,切断过热蒸汽和再热蒸汽进入汽轮机,从而完成汽轮机紧急停机功能。采用 XDPS-400分散控制系统(DCS),控制范围包括数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、数字电液控制系统(DEH)、炉膛安全监控系统(FSSS)、电气控制系统(ECS)等。

2 ETS改造前的情况

梅县发电厂#5、#6机组 ETS保护信号包括 EH油压信号低保护、润滑油压信号低保护、凝汽器低真空保护、汽机超速保护、轴向位移大保护、高低压缸差胀大保护、轴承振动大保护、回油温度高保护、锅炉 MFT保护、发电机主保护动作保护、发电机甩负荷保护、DEH-110%超速保护、手动跳机保护及发电机解列保护。

EH油压信号低保护、润滑油压信号低保护、凝汽器低真空保护采用串并联的方式进行,其保护示意图如图 1所示。

图1 串并联保护方式

EH油压低 1和 EH油压低 3信号进行并联,再与 EH油压低 2和 EH油压低 4信号并联后的信号串联。如果信号 1,3中至少有 1个信号成立和 2,4信号中有至少 1个成立的话,信号回路接通。如果保护投切开关投入,PLC的 I/O模件就输出,AST电磁阀失电,高压抗燃油管路泄压,主汽门关闭,起到保护汽轮机的目的。

汽轮机超速保护即 ETS保护信号采用 3取2的方式进行,保护示意图如图 2所示。

图2 3取 2的保护方式

当汽轮机超速信号 1,2,3中至少有 2个信号成立时则超速保护动作,信号回路接通,如果保护投切开关投入,PLC的 I/O模件就输出,AST电磁阀失电,高压抗燃油管路泄压,主汽门关闭,起到保护汽轮机的目的。

对于其他保护,只要进入 ETS的现场停机信号成立且对应该信号的保护投切开关投入,保护就会起到相应的作用。

梅县发电厂#5、#6机组 ETS保护投切开关采用硬接线连接方式,ETS没有设置总保护投切开关,只设置各分项保护投切开关。现场停机信号均通过硬接线与各分项保护投切开关的常闭触点之间串联或并联后接入 PLC的 DI模件中。当各分项保护投切开关投入时,系统各分项保护才起作用。对于各分项保护则可以选择性地投入,当暂时不需要某信号参与保护时可将其切除。

梅县发电厂#5、#6机组ETS配置触摸式监视屏,触摸式监视屏安装在电子室 ETS柜背面。其功能主要包含遮断首出记录、在线试验操作、遮断后信号复位、信号报警等。

3 改造前存在的问题

在保护改造前,所有现场保护信号均通过硬接线与保护投切开关的常闭触点之间通过串联或者并联后接入 PLC的 DI模件中。这种接线方式使得该系统存在现场停机信号与保护投切开关之间的不分离问题,即现场停机信号与保护投切开关触点之间通过串联或并联后接入 PLC的 DI模件,特别是对于并联情况,在保护投入前根本无法确定现场停机信号的实际状态,在投入保护瞬间容易出现误操作而发生跳机事件。

在保护改造前,EH油压低在线试验、润滑油压低在线试验、凝汽器低真空在线试验均需在触摸式监视屏上进行操作,而触摸式监视屏设置在电子设备间的 ETS盘柜中。如需进行在线试验则必须进入电子设备间操作,试验人员及配合人员相对分散,试验所需人员就相对较多,触摸式监视屏操作方式也相对复杂,容易引起误操作。

4 改造方案

对上述现场停机信号与保护投切开关不分离的安全隐患进行改造,使现场停机信号与保护投切开关之间分离。在改造过程中,针对现场停机信号与保护投切开关的常闭触点进行串联或并联方式接入PLC的 DI模件的这一情况,把现场停机信号作为一独立的信号源接入 PLC的有源 DI模件中,各分项保护投切面板的常开触点也作为一独立的信号源接入 PLC的有源 DI模件中。现场停机信号进入 PLC进行逻辑处理,一方面通过逻辑判断现场停机信号是否成立,判断后的信号通过 PLC的 I/O模件进行输出,采用硬接线连接方式接入到 DCS中,在 DCS的画面上显示现场停机信号的实际状态;另一方面,在逻辑处理上现场停机信号与采样所得的该分项保护投切开关的信号进行串联,经逻辑判断后进行输出。这样改造使得现场停机信号与保护投切开关信号真正分离,保护投切开关的另一对常闭触点则被用作保护投切开关投入与否的状态反馈信号。把保护投切开关的常闭触点通过硬接线接入 DCS有源模件中,用作保护投切开关的实际状态反馈信号。这样,现场停机信号和分项保护投切开关投入与否就可以在 DCS中直观地反映出来,如图 3所示。

例如,EH油压低,1或 3压力开关至少有 1个出现油压低时,通过 PLC逻辑判断后,PLC的 DO模件就会相应输出,输出的信号再通过硬接线连接到DCS中,作为现场停机信号成立与否的状态反馈信号。图 3所示的 DCS画面中,“EH油压信号1/3低”就会变成红色,否则为绿色,运行人员由此就可以直观判断出信号是否已经成立,避免误投保护而引起不必要的跳机事件发生。保护投切开关的另一对常闭触点则通过硬接线接入到 DCS中用作保护投切开关的状态反馈信号(如图3所示),EH油压低 1/3保护投切开关投入,则“EH油压低 1/3保护投切”呈红色,否则为绿色。

图3 DCS上的状态反馈画面

取消原 ETS柜上的触摸式监视屏,把在线试验功能改造到 DCS操作界面上实现。为了方便操作和人员的合理配置,把“EH油压低在线试验、润滑油压低在线试验、凝汽器真空低在线试验功能”的操作按钮设置在 DCS界面上,通过 DCS的软开关进行操作,操作后的信号再用硬接线的方式连接到PLC的 I/O模件上去并通过逻辑控制进行试验。为了避免触摸式监视屏与 DCS之间发生冲突,ETS柜上的触摸式监视屏也相应取消。在线试验功能每次操作只允许选择 1个在线试验电磁阀和 1个试验开始后的闭锁试验通道与试验内容切换。

增加 1个“信号 /跳闸复位”按钮,ETS正常工作时,操作此按钮不对系统构成任何影响。投入保护前,当某一跳机信号成立显示红色时,必须按“信号/跳闸复位”按钮进行复位。如果复位后跳机信号显示由红色变为绿色,说明信号复位成功,则可以在 ETS柜上投入对应的保护开关;如果复位后信号仍然保持红色,表示该信号仍然成立,则不应该在ETS柜上投上对应的保护开关,避免因监视不到现场信号乱投或误投保护而引发跳机事件。同样,汽机跳闸后必须先按“信号/跳闸复位”按钮进行复位后,机组才能成功挂闸,可以减少误操作。

增加在线试验电磁阀电源。虽然逻辑上每次操作只选择 1个在线试验电磁阀,但出于安全考虑,在硬件上设计了 2路电源开关,分别控制试验通道 1和试验通道 2工作电源。ETS电源故障光子牌报警信号中并入硬触点信号,目的是在 ETS全失电状态仍能够发出报警信号。

5 改造后的效果

梅县发电厂#5、#6机组 ETS保护改造后,保护投切开关和现场停机保护信号得到了分离,现场停机保护信号和保护投切开关的状态信号能够直观地在 DCS画面上反馈出来,解决了现场停机信号无反馈的问题,消除了因无法确认现场停机信号而误投保护的问题,避免了因误投保护而发生跳机事件。把在线试验操作按钮改造到 DCS上进行操作,大大简化了在线试验的操作方式,方便了监视和试验人员。增加在线试验电磁阀电源,使得在线试验安全性能得到了提高。通过 ETS改造,梅县发电厂#5、#6机组 ETS的安全性得到了很大的提高,自改造至今运行状况良好,未发生过因误投保护而导致的跳机事件。