9E燃气轮机Mark V控制系统保护双重化改进

2012-07-30李宏莲王欢欢

综合智慧能源 2012年1期

李宏莲，王欢欢

(上海奉贤燃机发电有限公司，上海 201403)

0 引言

华电上海奉贤燃机发电有限公司(以下简称奉贤发电公司)现有4套180MW 9E级重型燃气(燃油)联合循环机组，是上海配合国家“西气东输”工程建设的发电项目，于2005年年底投产，是上海市的主力调峰机组。奉贤发电公司4台燃气轮机为美国GE公司生产的PG9171E型燃气轮机，配套杭州锅炉厂生产的余热锅炉和上海汽轮机厂生产的LZN55－5．6/0．65型汽轮机，平时燃用天然气发电，在天然气供应紧缺时燃油(柴油)发电。

奉贤发电公司机组控制系统采用混合控制方式，燃气轮机采用GE公司Mark V三冗余控制系统，余热锅炉、汽轮机、公用和辅助系统采用上海福克斯波罗公司的I/A’S控制系统。机组自投运以来，发生过多次控制系统保护误动的情况，严重影响了机组的安全、稳定运行。作为上海电网的主力调峰机组，要求能“召之即发，发之即优”，因此，提高保护动作的准确率、改善机组的稳定运行水平势在必行。近年来，奉贤发电公司相关专业人员对原有控制系统进行了全面排查，特别是对主辅机保护中的“单点保护”回路进行了重点梳理，逐步实施了多项技术改进和治理措施，较好地改善了机组的安全运行水平，为地方电网的稳定贡献了一份力量。本文将针对9E燃气轮机Mark V控制系统中所实施的保护改进项目进行分析。

1 防喘放气阀限位开关保护改进

9E燃气轮机本体设有4个防喘放气阀，在正常情况下，机组并网后其控制电磁阀带电，4个防喘放气阀同时关闭;机组未并网或解列后，控制电磁阀失电，4个防喘放气阀同时打开。这4个防喘放气阀的状态至关重要，在机组并网后若任一防喘放气阀未关闭，就会引起燃气轮机减负荷直至解列;在燃气轮机转速低于95%额定转速时，任一防喘放气阀未打开，就会引起燃气轮机跳闸。而原设计每个防喘放气阀只有1个限位开关(开反馈)来表征阀门的开关状态，该信号在控制逻辑中直接参与燃气轮机主保护，属于“单点保护”的范畴。由于燃气轮机防喘放气阀长期运行在高温环境中，其限位开关逐渐老化，由此发生了数次限位开关故障引起的保护误动事件。

1．1 保护功能的改进

为了彻底消除该隐患，保证机组安全、稳定运行，针对每个防喘放气阀加装1个限位开关(关反馈)，这样每个阀门的状态由2个信号(开反馈和关反馈)综合得出，任一反馈装置故障均不会引起保护动作，从而实现燃气轮机保护双重化的目的。

改进前、后阀门开状态的表征如图1和图2所示。每个阀门关状态的表征与开状态同理。

图2 现阀门开状态的表征

1．2 操作画面上阀门颜色组态的更改

原阀门的开反馈信号为“1”时，在画面上显示红色，否则为绿色。现在改为:阀门的开反馈信号为“1”同时关反馈信号为“0”时，阀门显示红色;阀门的开反馈信号为“0”同时关反馈信号为“1”时，阀门显示绿色;若开反馈和关反馈信号同时为“1”或同时为“0”，阀门显示黄色，表示故障状态。改进之后，画面的颜色显示能够更好地表征阀门的实际状态。

1．3 增加报警功能

任一防喘阀的开反馈与关反馈信号同时存在或同时消失，系统均延时3 s发出“防喘放气阀故障”报警，提醒运行人员判断处理。

该项改进实施后，已成功避免数次保护误动、机组跳闸的情况，达到了预期效果。

2 燃气轮机轻油压力保护改进

9E燃气轮机轻油管道上燃油关断阀之前装设有1个低油压开关(63FL－2)，当燃气轮机的轻油运行压力低于设定值时，此低油压开关就会动作，燃气轮机跳闸。作为燃气轮机轻油运行时的主保护，只取了1个开关量信号，极易发生测点故障引起的跳机，存在较大安全隐患。为此，在燃油截止阀前加装1台燃油压力变送器(96FL－2)，其信号和原有的开关量信号一起参与主机保护，实现燃油压力保护双重化。

2．1 保护逻辑的更改

原逻辑中，在燃油截止阀打开且完全油燃料的情况下，燃油压力低开关63FL－2动作，延时5 s燃气轮机跳闸。现逻辑改为:在燃油截止阀打开且完全油燃料的情况下，燃油压力低开关63FL－2动作且轻油压力(96FL－2显示值)低于一定值，延时10 s燃气轮机跳闸。这样，单一的测点故障就不会引起燃气轮机保护动作。

2．2 报警逻辑的更改

在原逻辑中，当燃油截止阀打开时，燃油压力低开关63FL－2动作，延时2 s发出“燃油压力低”报警。现逻辑改为:当燃油截止阀打开时，燃油压力低开关63FL－2动作或者燃油压力(96FL－2显示值)低于一定值，延时2 s发出“燃油压力低”报警。当轻油压力有异常波动或油压测量装置故障时，此报警会及时发出，便于运行人员判断处理。

2．3 画面优化

在燃气轮机画面“Start-up”和“Liquid Fuel”中的对应位置增加轻油压力(96FL－2显示值)的模拟量显示，便于运行人员在运行中监测轻油压力。

3 燃气轮机负荷联轴间蜗壳温度保护改进

原设计9E燃气轮机在并网后，负荷联轴间蜗壳温度测点温度高于一定值时，燃气轮机自动降负荷至机组解列。该保护只用了1个测点，该测点故障将直接导致机组解列，不满足主机保护冗余配置的要求，可靠性较差。为保证机组的稳定运行，增加了1个负荷联轴间蜗壳温度测点(具体安装位置由GE公司提供)，二者一起参与逻辑判断，实现燃气轮机负荷联轴间蜗壳温度保护的双重化。

3．1 保护功能改进

测点加装后，保护逻辑改为:燃气轮机并网后，负荷联轴间蜗壳温度测点1和测点2的温度都高于一定值时，系统发出“负荷联轴间蜗壳温度高/自动减负荷”报警，同时，燃气轮机自动降负荷直至机组解列。

3．2 报警功能改进

增加2条报警:测点1的温度大于一定值或者测点2的温度大于一定值时，系统发出“负荷联轴间蜗壳温度高”报警;当测点1与测点2温度的偏差大于设定值时，系统发出“负荷联轴间蜗壳温度偏差大”报警。这2条报警可以及时反映出2个温度测点的不正常状态，便于及时发现并处理故障。

4 燃气轮机压气机出口压力保护系统改进

压气机排气压力(CPD)是9E燃气轮机运行中的重要参数，当燃气轮机转速大于95%额定转速时，若CPD低于一定值，燃气轮机保护将跳闸。原设计有3个变送器(96CD－1A/1B/1C)来测量压气机排气压力，3个信号表决后得到可靠的CPD信号。但3个变送器接在同一根取样管(AD－4)上，这使其可靠性大打折扣，违背了主机保护冗余配置的要求。在实际运行过程中就曾发生过一起由于取样管脱开，导致3个测点全部故障而引起机组跳闸的事件。为了保证机组的稳定运行，在压气机排气上增设2路取样管，使3个变送器真正实现独立测压，达到压气机保护“三取二”的目的。系统改进前、后取压示意如图3和图4所示。

5 燃气清吹阀限位开关保护改进

机组燃用天然气运行过程中，若2个天然气轻吹阀(VA13－1/2)中的任意一个未关闭，燃气轮机跳闸。设置此项保护的目的是防止天然气漏入天然气轻吹系统。原设计2个天然气轻吹阀各设有1个关位置的限位开关(33PG－1/3)和1个开位置的限位开关(33PG－2/4)，因此，任意一个关位置的限位开关故障将直接导致燃气轮机跳闸，存在较大的安全隐患。为了提高机组运行的可靠性，在2个天然气轻吹阀上各加装1个关位置的限位开关(33PG－5/6)，使每个天然气轻吹阀的关反馈都能实现冗余，2个信号一起参与主机保护。这样，在燃烧天然气运行时，任一天然气轻吹阀的2个关反馈都失去，燃气轮机才会跳闸，实现了保护双重化。

同时增加报警功能:当天然气轻吹阀VA13－1(或VA13－2)的2个关反馈状态不一致时，延时3 s系统发出“天然气轻吹阀VA13－1(或VA13－2)反馈故障”报警，提醒运行人员注意，便于及时检查处理。

6 燃气轮机Mark V控制系统电源改进

燃气轮机Mark V控制系统原只设有1路125V DC供电电源，若该电源或供电开关故障，燃气轮机Mark V控制系统将全部失电，其后果难以预料。为了提高Mark V控制系统的设备可靠性，从电气系统引出1路UPS电源，接入Mark V机柜的电源分配卡件，形成2路电源同时给系统供电的状况，大大提高了系统的稳定性。具体实施方案与GE公司共同研究决定，在此文中不做详述。