600MW机组“防非停”热工系统优化改造

贺扬

(江苏国信扬州发电有限责任公司，江苏扬州225131)

0 引言

江苏国信扬州发电有限责任公司装设2台600 MW机组，锅炉为哈尔滨锅炉厂引进三井巴布科克能源公司技术生产的HG1956/25.4－YM型、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π形、超临界变压运行直流锅炉;汽轮机为东方汽轮机厂引进日立技术生产制造的超临界压力、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、纯凝汽式汽轮机;公用分散控制系统(DCS)、数字电液控制系统(DEH)、给水泵汽轮机电液控制系统(MEH)、危急遮断系统(ETS)及给水泵汽轮机危急遮断系统(METS)均采用艾默生公司的Ovation系统，为一体化设计。电厂热工系统是运行中的重要系统，如果不够完善，可能会引起机组的误动或拒动，对机组安全、稳定运行构成了严重威胁。自机组投产以来，分阶段对热工系统的隐患进行了排查，对存在的问题进行了分析，提出了有效的整改方案并利用大、小修的机会进行了实施。

1 存在的主要问题及改造方案

1.1 控制系统

1.1.1 公用系统控制分列改造式，#3，#4机组各为一个网络，公用系统挂在#3机组网络上，#4机组可通过核心交换机对公用系统进行访问。公用系统共设2对DPU，其中#31DPU为循环水远程及空气压缩机控制系统，#32DPU为公用电气系统，网络结构如图1所示。虽然公用系统采取了从2台机组分别供电的方式，但由于4台循环水泵及5台空气压缩机全部包括在#31DPU中，因此，除非2台机组同时停运，否则公用分散控制系统(DCS)无法停下来进行试验、检修等工作。

改造方案:由于运行方式能够满足循环水泵和空气压缩机进行分列，因此，利用2台机组停机的机会对#31DPU进行了分列改造。在#4机组上增加了1对控制器及相应的电源模块、通信卡件、I/O卡件及背板、预制电缆等，用于#4机组4A/4B循环水泵、空气压缩机34D/34E及其相关设备的控制;循环水泵房的远程柜利用原来的远程I/O扩展机柜作为#4机组的远程I/O柜，增加相应电源模块、通信卡件、I/O卡件及背板、预制电缆等，并通过新敷设的光缆连接在#4机组的#31DPU上。将对应的控制器及机柜的电源进行改造，由原来2台机组各给公用控制器供一路电改为分别由各自的机组供2路冗余电源。公用电气系统由于无法分列则不进行改造。

1.1.2 主保护三取二信号彻底分散

图1 Ovation系统网络结构图

存在的问题:Ovation控制系统每个DPU最多带1个扩展柜，主柜和扩展柜分别带4条支线，每条支线上最多可插8块I/O模件。参与MFT保护

存在的问题:Ovation控制系统采用以太网方的总风量低及省煤器入口流量低“三取二”信号虽然分列在不同的卡件中，但3个信号所在的开关量输入卡在同一支线上，如果支线发生故障，也会导致锅炉主燃料跳闸(MFT)保护的误动和拒动。

改造方案:将总风量低及省煤器入口流量低MFT信号分散到A，B，C3个不同支线的不同卡件上，保证在一条支线故障的情况下保护不会误动或拒动。

1.1.3 MFT跳辅机保护优化

MFT跳各类辅机共有3套保护:第1套是MFT继电器直接输出到辅机的跳闸继电器;第2套为MFT跳闸继电器输出到辅机控制逻辑所在的DPU，通过逻辑输出到辅机的跳闸继电器;第3套为MFT信号通过DPU1输出开关量信号到辅机控制逻辑所在的DPU，通过逻辑输出到辅机的跳闸继电器。

存在的问题:第3套保护和第2套保护在辅机控制逻辑所在的DPU侧接在同一开关量输入卡件的同一通道上，信号流程如图2所示。在第2套保护中，1个MFT跳闸继电器输出多个接点，分别到不同的DPU，一旦该继电器误动作，则所输出的所有DPU的辅机均跳闸，可能会导致跳机，存在安全隐患。

改造方案:由于第2套保护与第3套和第1套保护在功能上重复且存在误动隐患，因此取消第2套保护，拆除第2套保护MFT继电器进各个DPU开关量输入卡件的接线。改造后的信号流程如图3所示。

1.1.4 MFT保护动作跳辅机信号分散改造

存在的问题:MFT动作后跳A/B/C/D层燃料、跳A/B侧风机及跳A/B给水泵汽轮机的信号集中在同一卡件上，如果卡件出现故障，会导致多层燃料或两侧辅机均误动或失去保护，误动、拒动风险较高。

改造方案:将不同燃料层和两侧辅机信号分散到不同支线的不同卡件上，保证在1条支线或1块卡件故障的情况下不会造成大面积辅机误动或拒动。

1.1.5 MFT动作信号优化改造

存在的问题:MFT动作信号送各个DPU，但实际逻辑中1个信号送多个DPU，跳多个DPU所控制的现场设备，如果该信号发生误动，则会引起多个辅机误跳，误动影响面扩大，而且信号需通过网络传递，增加了网络的通信负荷。

改造方案:由于MFT送各个DPU信号仅作用于本DPU设备，即原信号所在DPU号与现场设备所在DPU号一致的，逻辑信号无需修改，原信号所在DPU号与现场设备所在DPU号不一致的，需将原信号修改成设备所在DPU的MFT信号。这样，即使单个信号误动也仅影响到本DPU的辅机，对其他DPU的辅机没有影响;另外，由于MFT跳各辅机信号均取自本DPU，减小了网络通信负荷，提高了网络的安全性。

1.1.6 软件优化

对系统I/O点进行比对检查，将系统内有冲突的无效点删除，将点组态中不合适的选项修改或取消，减少系统内频发事件的量，减少系统负荷。由于模拟量控制中诸多功能块存在质量判断功能，如果设置不当，当某一个现场测点故障时，有可能使故障扩大化，引发煤量、风量等调节异常，甚至引起机组甩负荷或停机。将闭环控制回路中的质量判断功能梳理并修改，使机组在测点故障时能朝着安全的方向运行。

1.2 单点保护

1.2.1 汽轮机跳闸送MFT信号改造

存在的问题:汽轮机跳闸信号从ETS柜通过网络通信至DCS柜，在逻辑中转换成3个开关量输出信号，送至本柜的3个开关量输入信号。该“三取二”信号的源头实际为单点网络通信信号，汽轮机跳闸触发MFT保护为假“三取二”保护。

改造方案:从ETS柜中将汽机跳闸信号直接转换成3个开关量输出信号，通过硬接线接至原3个开关量输入信号上，取消原3个开关量输出信号的接线。

1.2.2 汽轮机单点保护改造

存在的问题:DEH跳闸、高压缸排汽温度高、轴承温度高及振动大等跳闸条件中，现场信号均接至DEH柜，在DEH柜内经过逻辑判断后各送1个开关量硬接线信号至ETS柜，保护信号为单点保护。

改造方案:由于改造需要增加的信号较多，柜内增加卡件花费较大且有一定难度，为保证留有一定的I/O点余量，采取了以下折中方案:在DEH柜内各增加一硬接线跳闸信号，同时增加一软跳闸信号，硬接线信号直接从DEH柜通过电缆接至ETS柜，软信号通过网络从DEH柜通信至ETS柜。新增硬接线信号、原硬接线单点信号、软通信信号组成“三取二”逻辑，保证保护的可靠性。通过分析，认为该方案既经济，又能满足安全性要求。

1.2.3 主、辅机轴承温度元件改造

存在的问题:三大风机、大机、给水泵汽轮机、凝结水泵、闭冷泵轴承温度测量元件为热电阻元件，参与跳主、辅机保护，断线或端子接触不好的情况下会导致阻值变大，控制系统会判断温度升高，引起保护误动。尽管逻辑内已经设置了防温度突升的保护，但温度慢慢爬升的情况是不能避免的。

改造方案:对于风机轴承温度，经现场查看，发现原有同样位置的3个温度元件，因此，可改造为“三取二”保护;对于风机的电机轴承温度及给水泵汽轮机的轴承温度而言，由于无法开孔安装第2个元件，因此，采用双热电阻“二取二”保护;对于凝结水泵、闭冷泵而言，由于温度元件所在位置振动较大，因此，更换为双热电偶“二取二”保护;对于大机轴承温度而言，同样可更换为热电偶“二取二”保护;另外，温度元件引线部分为金属丝包裹的柔性导线，由于内部润滑油冲刷或振动时与刚性部分的碰磨会导致导线在汽轮机内部断裂，运行中无法处理，因此对引线部分进行了全铠装化改造。经分析研究，将引线改制成直径3.0～3.5mm的全铠装化引线。全铠装化的引线在刚性和柔性上均能满足实际安装和使用的要求，更结实耐用，运行中不易断裂，使用寿命长。

由于以上元件大部分采用了双温度元件，因此增加了每个信号达到报警值的光字牌报警，一旦出现问题，立即采取处理措施。

1.2.4 轴向位移保护改造

存在的问题:系统最初设计仅在汽轮机的一侧安装2套轴向位移元件，采用二取一保护，误动几率大。

改造方案:在平行与原轴向位移元件的汽轮机另外一侧，同样安装2套元件，逻辑上采用单侧“二取一”后再和另外一侧“二取一”信号相与，即先“二取一”，再“二取二”。

2 改造综合考虑的因素

以上改造涉及机组重要保护，在方案设置上综合考虑了安全性和经济性，在保证保护安全和充分的基础上，尽量减少改造所需要的费用。

(1)减少需增加的卡件数量。在“三取二”保护信号分散的项目中，在保证通道分散到3个支线不同卡件的基础上，首先考虑用空通道，然后采用信号对调的方法，最后再考虑增加卡件。这样，可以减少改造费用并节省系统资源。

(2)优化信号来源，减少需增设的电缆。在保护单点保护改造项目上，经综合考虑，减少了1个硬接线信号，采用“两硬一软”、“三取二”的方式，该方式不但节省了系统资源和电缆费用，而且非常安全、可靠。一方面，由于Ovation系统通信方式非常安全，一般不会出现通信故障的情况，即使出现通信故障，2个硬接线信号也能满足保护要求;另一方面，如果一个硬接线信号发生故障，另一个硬接线信号和软通信信号也能保证保护可靠动作。

(3)利用系统现有信号满足保护要求。在部分保护改造项目中，在系统中筛选出了能够完全代表保护含义的信号进行优化组合，在没有产生任何材料费用的基础上大大提高了保护的可靠性。

(4)保证现场安装方式，减少机务改动量。在轴承温度元件改造时，尽管测温元件的类型发生了变化，但在加工元件时，要求严格按原有元件的外形尺寸制造。改造后的元件尺寸大小和安装方式同原有的热电阻相同，无需对原来轴承上的测量孔进行加工，机务无改动量。

3 实施过程中注意事项

(1)实施前仔细核对信号通道和来源，避免产生错误的改动。由于此次改造项目较多，有些项目之间还涉及通道互换，因此，在改造前需在现场对每个点进行仔细核对，防止出现保护信号缺失或混乱的情况。

(2)实施过程中需严格控制施工质量，防止信号误动。对电缆的绝缘、接地情况需严格测试;对端子的标志和接线的紧固需严格验收;对现场元件的安装质量也必须严格控制，在电缆、仪表管的走向上除了严格按相关规范施工外，还需将设备损坏的因素降至最低。

(3)加强改造后的验收工作，把好最后一道关卡。改造后通道和逻辑的验收工作是改造能否成功投运的最后一道关卡。首先，在逻辑修改完成后需进行静态测试，采用从信号源头发信的方法保证通道的正确性，利用模拟信号的方法检查逻辑修改的正确性;其次，随各项联锁保护试验进行动态测试，模拟实际保护动作的环境来保证改造的完整性和正确性。

4 结束语

江苏国信扬州发电有限责任公司“防非停”热工系统优化改造历时3年，分5个阶段按系统的重要程度进行了大规模的排查和整改，机组热工自动化水平和热工保护的安全性得到了很大提高。随着今后脱硝系统的改造、脱硫旁路挡板的取消，江苏国信扬州发电有限责任公司计划将改造的成功经验和方法推广到其他辅机以及脱硫保护的优化中，使整个机组热工系统的功能更加合理、可靠。