600MW机组数字电液调节系统失电保护方案的优化

2012-07-30周世盼王胜胡民宗

综合智慧能源 2012年11期

周世盼，王胜，胡民宗

(河北大唐国际王滩发电有限责任公司，河北唐山 063611)

0 引言

河北大唐国际王滩发电有限责任公司(以下简称王滩发电公司)一期2×600MW机组系哈尔滨汽轮机厂有限责任公司引进日本东芝公司技术生产的N600－16．7/538/538型亚临界、一次中间再热、高中压合缸、单轴三缸四排汽、凝汽式汽轮发电机组。汽轮机调节系统为高压抗燃油型数字电液调节系统(DEH)，采用北京日立控制有限公司的H5000M系统和哈尔滨汽轮机控制工程有限公司成套的高压抗燃油(EH)装置，对汽轮机的转速和负荷进行控制。DEH失电后将使汽轮机失去有效控制，为了确保汽轮机安全，设置了DEH失电汽轮机跳闸停机保护。王滩发电公司#2机组大修期间，对DEH失电保护进行了盘查，发现其存在严重的安全隐患，利用机组大修机会对DEH失电保护进行了优化。

1 DEH电源配置

王滩发电公司DEH是机组一体化分散控制系统(DCS)控制环路上的一个节点，由#34柜、#35柜、#36柜3个控制柜组成。#34，#35柜为基本控制柜，通过控制2个高压主汽门(TV1，TV2)、4个高压调节门(GV1，GV2，GV3，GV4)、2 个中压主汽门(RSV1，RSV2)、2 个中压调节门(IV1，IV2)实现汽轮机的转速和功率控制。#36柜为ATC控制柜，控制汽轮机自启、停，本文未涉及，不做阐述。#34柜为主控制柜，#35柜为扩展控制柜，由1对互为冗余的控制器(R600C)和相应的功能子模板组成。本文涉及的DEH电源包括#34，#35柜的控制电源、接口电源，LVDT直流24V电源。

#34，#35柜接口电源均采用日立的PS6001电源机箱供电，内置日立PS6524(65W/24V/2．7A)电源模块，#34柜控制电源采用日立PS6010电源机箱供电，内置日立 PS6515(65 W/±15 V/4．2 A)，PS6505(65W/5V/12．0A)2种电源模块，#35柜控制电源采用日立PS6011电源机箱供电，内置日立PS6515(65W/± 15 V/4．2 A)，PS6505(65W/5 V/12．0 A)2 种电源模块。日立 PS6505，PS6515，PS6524电源模块为开关式模块化直流稳压电源，每个电源模块均内置双重化对接二极管，从PS6001，PS6010，PS6011电源机箱内部实现电源输出的冗余配置，为#34，#35柜各提供2路冗余的接口电源和2路冗余的控制电源。

接口电源主电源失电报警通过电源机箱PS60001背板报警端子ANN1，ANN2输出，接口电源备失电报警通过电源机箱PS60001背板报警端子ANN3，ANN4输出。电源正常时报警端子接点为导通状态，电源异常时报警端子接点断开，将报警接点串接至继电器线圈供电回路，实现扩展输出。#34，#35柜控制电源主、备输出异常报警分别通过电源机箱PS6010和PS6011背板的报警端子输出，电源正常时报警端子接点为导通状态，电源异常时报警端子接点断开，将报警接点串联到继电器线圈供电回路，实现扩展输出，如图1所示。外接继电器采用日本欧姆龙直流24V继电器，带2组常开、2组常闭接点，5/9，8/12为常开接点，1/9，4/12为常闭接点。

图1 DEH电源配置图

由图1可以看出，#34，#35柜接口电源、控制电源主、备均正常时，继电器 XRA1，XRA2，XRA3，XRA18，XRA4，XRA5，XRA6，XRA19 线圈均处于带电状态。当#34，#35柜中的一路接口电源主或备、控制电源主或备失电时，对应的继电器线圈失电，继电器上的接点动作。

线性可变差动变压器LVDT(Linear Variable Differential Transformer)属于直线位移传感器，通过LVDT反应调门开度，实现各个汽门的闭环控制。王滩发电公司除高压主汽门TV1外，其他9个调门与主汽门均配置2个LVDT反馈装置。

LVDT电源由2个与控制柜独立的直流24V电源提供，通过XJ01，XJ02继电器分别监视2个24V电源的状态，如图2所示。LVDT电源输入1失电，XJ01继电器失电，对应9个调门与主汽门的LVDT反馈装置1失电，LVDT反馈装置1输出为最小值(－5%)。LVDT电源输入2失电，对应XJ02继电器失电，对应9个调门与主汽门的LVDT反馈装置2失电，LVDT反馈装置2输出为最小值(－5%)。只要2路LVDT电源有1路正常，就不影响各个汽门的控制。

2 原DEH失电保护方案及安全隐患分析

如图3所示，#34，#35柜接口电源、控制电源任何一路主、备均失电或LVDT电源输入1，2均失电，会导致继电器XRA10线圈失电，DEH失电保护就是通过XRA10继电器触发的。因DEH失电，将使汽轮机失去有效控制，为了防止保护拒动，王滩发电公司使用XRA10继电器上的2组接点(4，12常闭接点，5，9常开接点)设置了2路DEH失电保护，分别简称软回路保护和硬回路保护。

软回路保护是指图3中的XRA10继电器失电，4/12常闭接点由断开至闭合状态，将DEH失电信号送至汽轮机危急遮断保护系统(ETS)控制柜DI模板，ETS逻辑内DEH失电保护由0变1发紧急跳机信号，4个AST电磁阀失电，使AST母管油液经无压回油管路排至EH油箱。这样，主汽门执行机构和调节阀门执行机构上的卸荷阀就快速打开，快速关闭各个汽门。

在介绍硬回路保护之前，简单说明一下各个汽门的开度指令输出回路:DEH控制柜DCM控制板输出1～5 V电压，通过1个250Ω电阻后转换成4～20mA信号，对应各个汽门0～100%开度指令。硬回路保护是指图3中的XRA10继电器失电，5，9常开接点由闭合至断开状态，导致图4中的XRA13，XRA14，XRA15，XRA16，XRA17 继电器均失电(正常时为带电状态)，XRA13，XRA14，XRA15，XRA16，XRA17继电器的常闭接点由断开至闭合状态，将各个汽门的DCM板汽门开度指令输出(1～5 V)短接，使各个汽门DCM板的指令输出为零，快速关闭各个汽门。

原保护方案存在非常严重的安全隐患。DEH电源正常时，XRA10继电器线圈处于常带电状态，2路DEH失电保护均由XRA10继电器失电触发，属于单点保护，风险过于集中，不符合中国大唐集团公司重要保护“三取二”的规定。

具体安全隐患包括以下3点:

(1)XRA10继电器13，14线圈接线端子松动，造成继电器抖动，触发DEH失电软、硬回路保护，导致机组跳闸;

(2)由于XRA10长时间带电，线圈一旦烧毁，触发DEH失电软、硬回路保护，导致机组跳闸;

(3)XRA10继电器5，9接线端子松动，触发DEH失电硬回路保护，快关各个汽门。

3 DEH失电保护方案优化

考虑到2路LVDT 24V电源均失电，LVDT反馈变为－5%，调门会开至最大，DEH失电保护中保留2路LVDT 24V电源失电触发DEH失电保护的回路。具体的优化方案为:在#34柜中增加XRB10，XRC10 2个继电器，XRB10，XRC10继电器的线圈与XRA10继电器的线圈并联，如图5所示。

图4 原DEH失电硬回路保护图

图5 改造后的DEH失电软回路保护图

优化后DEH失电软回路保护:#34和#35柜接口电源、控制电源任何一路主、备均失电或LVDT电源输入1和2均失电，导致继电器XRA10，XRB10，XRC10 均失电，XRA10 的常闭接点 4，12，XRB10的常闭接点4，12，XRC10的常闭接点4，12，送3路DEH失电信号至ETS控制柜3个不同的DI卡件，ETS逻辑内“三取二”后，DEH失电保护动作，发DEH失电紧急跳机指令，机组跳闸，如图5所示。

在优化DEH失电硬回路保护时，考虑到继电器搭“三取二”回路接线复杂，如果机组运行时XRA10，XRB10，XRC10中的一个继电器发生异常，检修时易引起DEH失电保护误动。为了兼顾保护误动与拒动采用折中办法:硬回路保护采用XRA10，XRB10 2个继电器的5，9常开接点“二取二”的方式，即发生DEH失电时XRA10，XRB10均失电，才会触发DEH失电硬回路保护动作，继电器XRA13，XRA14，XRA15，XRA16，XRA17 均失电，快关各个汽门，如图6所示。

图6 改造后的DEH失电硬回路保护图

同时对DEH失电报警方案进行了优化，原来的报警方案是:XRA1，XRA2，XRA3，XRA18，XRA4，XRA 5，XRA6，XRA19继电器1，9常闭接点串接到一起与接地报警、温度报警、CPU报警等打包成一个点，送光字报警“DEH系统异常”，不易引起运行人员对报警的敏感性。发生DEH失电跳机后，具体电源故障无记录，不利于分析机组跳闸原因。优化后，XRA1，XRA2，XRA3，XRA18，XRA4，XRA5，XRA6，XRA19继电器1，9常闭接点分别送至DAS，并在光字报警中单独设置每个继电器失电的声光报警。