提高西门子T-3000 DEH系统的可靠性研究

2013-10-08俞友群蒋宇轩

浙江电力 2013年6期

俞友群，蒋宇轩

（浙江浙能嘉兴发电有限公司，浙江嘉兴 314201）

嘉兴发电厂三期工程1 000 MW汽轮机的DEH系统采用德国SIEMENS公司T-3000控制系统，属于扩大型的汽轮机控制系统，除汽轮机本体控制外，还涵盖汽轮机辅助系统的控制。该系统在应用中暴露出不少问题，给机组的安全稳定运行埋下隐患。为此，从基建阶段开始，在了解同类型机组运行中曾经出现的问题、吸取其他发电厂经验的基础上，开展了提高其可靠性的研究，根据研究结果对原设计进行了完善。

1 初负荷运算回路优化

7号机组从第一次并网开始，就存在并网后不能迅速带上初负荷和出现逆功率等现象，通常持续约15 s，严重时可达25 s以上，严重影响机组安全性。8号机组并网后也发现了同样的问题，咨询厂家调试人员发现其他同类型机组也有类似情况存在。

发电机组并网后，为避免发电机逆功率动作，需要带上一定的初负荷，通常DEH系统在并网瞬间直接以增大流量指令方式来开大汽轮机调门。但T-3000系统的初负荷回路在并网瞬间并不是直接增加流量指令，而是将负荷设定值通过正常的PS（负荷设定）回路按照升负荷率逐步提升到初负荷值，再通过正常的NPR（负荷控制回路）进行计算来开启阀门。

T-3000 DEH控制系统接收3路功率信号，通过内部三选回路（PEL）计算得到最终的功率信号。为保证机组安全，当认为3路功率信号出现故障、无法计算出准确的负荷值时，会将最终的功率值认定为1 500 MW，从而使计算回路中的实际功率始终大于负荷设定值，最终通过负荷回路计算后关闭汽轮机调阀。在机组并网瞬间，功率信号会有如图1所示的1个3周（约3 s）的正弦干扰信号，最大值通常可达到约150 MW，此时系统接收到的负荷信号为150 MW，或因为PEL回路判断负荷信号有故障，因而判定机组负荷信号为1 500 MW。

图1 并网瞬间负荷波动曲线

从图1可以看到，3个功率信号在并网初期有3周的扰动，持续约3 s。其中第一个波的尖峰值达到约160 MW，三选后的功率信号瞬间达到1 500 MW。因为DEH系统初负荷设定值是按照一定的升负荷率逐步上升的，这种情况下，控制系统判断实际功率大于负荷设定值，因此发关闭阀门指令，从而引起发电机逆功率，只有在功率信号恢复正常后，通过NPR回路运算，才能逐步开大阀门，通常需要15～25 s才能消除逆功率。从图1可以看到，OSB指令（DEH调节器送到调阀的流量指令）在并网瞬间明显向下，因此，调阀开度关小，并网后的10 s多时间内，功率一直为负值，即发电机出现逆功率。

为此，对负荷运算回路的逻辑进行修改：机组并网信号送入PEL运算回路，在该运算回路中增加1个PCL功能块（脉冲发生器），1个NSW功能块（数值转换开关）。如图2所示，电气功率变送器送来的3个功率信号通过运算后送入新增加的NSW功能块，当并网信号从0变为1时，PCL功能块发出1 s的“1”脉冲，该信号送入NSW功能块，进行功率实际值切换，这1 s内功率信号置为0 MW。1 s后，功率信号的扰动消除，系统接收实际功率信号。本逻辑涉及的信号均从FM458逻辑中取信，运算周期短，能迅速实时地响应并网信号，屏蔽并网瞬间负荷扰动。

进行以上优化后，消除扰动的效果明显。图3为增加了切换回路的并网曲线，可以看到三选后的功率在并网瞬间保持为零，躲过第一个明显的功率信号扰动之后，在第二、第三个波处虽然有轻微的扰动，但OSB指令能持续上升，在3个扰动波过后，实际的功率信号已经为正值，逆功率现象消失。

图2 负荷三选逻辑

图3 更改后并网瞬间负荷曲线

2 主机保护存在的问题及其优化

根据国内同类型机组的运行经验和出现的问题，对DEH系统主机保护系统设计、逻辑优化、现场安装、隐患排查等问题展开充分讨论，进行了多项改进。现场安装方面，对所有涉及到保护的信号，如现场取信、电缆布置、电源分配等都冗余布置，解决了原设计中存在的主要问题。

2.1 保护信号未实现真正的冗余

部分模拟量保护的信号虽然是三取二逻辑，并且也有3个一次元件，但实际上一次元件取信并没有真正独立，有些保护信号的取信不够合理，称不上是真正的冗余。

（1）EH油压力保护：该保护逻辑虽然有3个信号，但分别取自2台EH油泵的出口压力和母管压力，并且也未采用三取二逻辑。当EH母管压力高时，表明油系统已正常运行。这时如果运行泵出口压力低，备泵将自启动，并要求在5 s内出口压力超过跳机值，否则触发跳机。所以从本质上来说，EH油压保护其实是单点动作。这种逻辑方式从运行模式上看没有问题，但从热控保护的角度看存在以下隐患：

EH油泵出口压力并不一定等同于EH油母管压力。当EH油泵出口逆止阀后管路出现故障时，可能存在母管压力低而出口压力正常的情况，从而可能引起保护拒动，造成主机主汽门和调门不受控，动作失常。同类型机组已有类似故障发生。

因为正常情况下EH油泵只有1台运行，因此该保护逻辑从本质上来说还是单点保护，当运行泵出口压力变送器拒动，保护存在拒动的风险。在EH油备泵故障或检修的情况下，则存在误动可能。因此，在EH油母管出口上重新开孔，安装了3个压力变送器，实现三取二保护逻辑。

（2）定冷水温度和氢温保护：就地均安装2个双支温度元件，其中1个温度元件的2支作为三取二信号。按照实际工作经验，当双支温度元件中的一支故障时，另外一支通常也会很快出现问题，仍然存在安全隐患。因此再增加1个就地元件以实现保护逻辑三取二信号元件的完全独立。

2.2 电源和电缆未冗余设计

在DEH原设计中，通常对保护信号的冗余和卡件分卡等考虑得比较周到，但对现场一次元件取信的独立性考虑得不够全面，特别是电源，电缆的冗余和独立性往往被忽视，致使保护信号并没有真正独立，保护逻辑不能完全实现设计的目标，存在较大的安全隐患。而根据机组运行的实际情况，一次元件、电源、电缆等现场设备出现故障引起保护误动是最频繁的。因此，对手动停机按钮、硬超速回路、LVDT供电的回路等均进行了改进。

（1）T-3000系统的主机超速保护配置了6个转速测量回路，组成2个完全独立的三选二转速保护回路，任一回路动作，主机都会跳闸。每一个转速保护回路又有2套实现方式，一套为软回路，即在控制系统中判断超速；另一套为硬回路，通过继电器构成三取二判断逻辑。主机各阀门的快关电磁阀电源由T-3000系统的FDO卡件提供，FDO卡的电源则通过超速硬回路和操作台停机按钮得到。这样，当硬超速回路动作断开，或操作台停机按钮被按下，FDO卡将失电，各阀门的快关电磁阀失电跳闸。原操作台停机按钮虽然有2个，但从DEH柜送到按钮的电源电缆只有1根，即只有1路电源。为提高该供电回路的可靠性，又增加1路供电电源。操作台停机按钮送到DEH硬超速保护回路虽然是2根电缆，但分别对应1组硬超速回路，任何1根电缆故障都会引起1路硬超速回路动作，从而触发主机跳闸。因此，采用了在DEH柜内将2根电缆并联的方式，只有在2根电缆同时故障才会跳闸。

（2）原设计中，就地手动停机按钮为单按钮，容易误动。改为并联的双按钮设计后，必须同时按下2个按钮，常闭触点才会断开以触发主机保护。DEH到2个按钮的信号电缆要求各自独立，按钮的并联在DEH柜中实现，以避免电缆故障引起保护误动。

（3）原厂家设计2个中压主汽门LVDT共用1路电源，进入同一块ADDFEM卡，2个高压主汽门LVDT共用1路电源，进入同一块ADDFEM卡。由于ADDFEM卡数量有限，无法完成各阀门在卡件上完全分开。考虑到百万机组汽轮机允许短时间内单侧进汽运行，为避免两侧主汽门同时失去监视或判断为关闭引起机组跳闸，对信号分布重新布置，不同侧的阀门LVDT信号不得进入同一块ADDFEM卡。在LVDT供电回路设计上，利用空余的电源开关，将各阀门的LVDT供电电源分开。

2.3 逻辑完善

（1）根据机组运行的实际情况，取消了一些不必要的保护逻辑和就地按钮，如：EH油箱液位低跳EH油泵，励磁机风温高跳主机保护，凝汽器水位高跳主机保护，就地火警按钮，EH油泵紧急停泵按钮等。

（2）温度测点增加速率限制，限值为10℃/s，超限即判断为故障并予以切除。

（3）对于所有模拟量信号的保护（轴向位移、润滑油压低除外），为防止信号抖动，在不影响机组安全的前提下，增加3 s延时。

（4）确认阀门关闭电磁阀断线时，将该阀门阀限设为0，调门关闭伺服阀，主汽门关闭方向阀，以免因单个阀门关闭电磁阀动作而使整个EH油系统卸油，造成EH油压力低跳闸。

3 报警系统、画面监视和通信系统完善

DEH报警系统完善主要包括两部分：自身系统硬件故障报警和生产过程量的越限报警。

（1）T-3000 DEH系统的电源、网络、控制器等均采用了冗余配置，但当冗余部件单侧故障时，如果不能及时报警和尽快处理故障，冗余配置的作用也就不能充分发挥。从各同类型机组的运行情况看，T-3000系统硬件出现故障的情况较多，包括控制器、电源、服务器和通信卡都有相关的故障报告。而在原厂家设计中，对于冗余部件单侧故障的报警做得不够好，如单侧电源失电、单侧网络故障等均无报警画面，已有的控制器故障报警画面也不够直观。因此，在基建和调试阶段，增加了冗余电源单路失电、冗余控制器单路故障、单侧通信网络故障报警功能和系统工作状态监视画面，所有报警信号均送入大屏报警。机组移交生产后，7号机DEH系统也曾发生单侧控制器死机现象，因为报警功能完善，才能立刻发现问题并及时得到了处理。

（2）主机保护逻辑中有一些用于计算的模拟量信号，如高压缸内缸90%温度（共3点，用于计算高排温度跳机值），连通管蒸汽压力（共3点，用于计算真空跳机值）。原设计中通过计算得到的实际保护动作值在操作员画面上没有显示，而仅显示固定的最大值，不能及时发现危险所在，因此，在保护画面中增加了计算值的显示。

（3）很多三选的重要信号（特别是在FM458中的信号），如功率、转速等，在显示画面上只有三选后的信号，而没有单个的信号，不利于及时发现故障，因此增加了FM458重要信号显示画面。其中，原设计中主机转速只有3个用于控制的信号送入DEH系统显示，另外1组3个转速信号只显示在DEH控制柜内的转速表上，而没有送到操作员站显示，如果这1组转速信号出现故障，运行人员是无法及时发现的，严重影响了机组的安全性。因此进行了更改，将这3路转速信号送入ADDFEM3卡件，并送到画面显示。

（4）完善至DCS的通信信号和大屏报警，共增加通信点近300个，保证重要信号均在DCS侧有显示，重要故障都有大屏报警。