汽轮机危机遮断系统故障分析及电源优化

林 涛，尚洪奎，徐计常

（华能嘉祥发电有限公司，山东 济宁 272400）

0 引言

华能嘉祥发电有限公司 2×330 MW机组锅炉为上海锅炉厂制造，型号为 SG1036／17.50－M882，亚临界压力、一次中间再热、单炉膛、控制循环、平衡通风、固态排渣、汽包型燃煤锅炉。汽轮机为上海汽轮机厂制造，型号为 N300－16.7／538／538，300MW 单轴、双缸双排汽、亚临界、一次中间再热、凝汽式汽轮机。汽轮机在VWO工况下的出力为331.9 MW，主蒸汽流量为1025 t／h。发电机为山东济南发电设备厂生产，型号为WX25R－127，额定功率330 MW，空冷发电机，采用静态励磁。

汽轮机危机遮断系统ETS（Emergency Trip System）采用上海汽轮机厂配套产品，它接受来自汽轮发电机组安全监视系统（TSI），锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）及其它系统主要参数，进行逻辑运算处理后，统一输出停机、跳电等保护信号及各种报警信号。ETS控制系统是电厂热控设备中最主要的保护设备之一，无论其误动或拒动都会造成极其严重的恶果，故提高ETS控制系统的准确性、快速性、可靠性非常重要［1］。据目前ETS配置结构而言，汽轮机危机遮断系统多采用冗余PLC实现保护逻辑，分立元件搭建式逻辑回路已被替代，ETS保护装置的可靠性明显提高，故障率显著降低；AST电磁阀一、二通道分别有UPS及保安段分别供电，相对系统的安全系数大大提高，误动几率明显下降；交流电源供电回路为UPS电源及保安段电源经中间继电器切换后供给PLC及I／O卡件，可靠性相对较差，交流电源则成为ETS控制系统稳定运行的重要环节。

1 系统概述

ETS系统保护功能有：汽轮机电超速保护；轴向位移保护；轴承振动大保护；胀差大保护；润滑油压低保护；EH油压低保护；低真空保护；DEH失电停机保护；MFT跳闸保护；发电机跳闸保护；手动停机保护。该主控制器采用MODICON昆腾140PLC系列产品冗余配置，与DCS系统数据交换采用硬接线方式。保护逻辑双通道冗余设计，电源系统为双路供电。ETS装置内部双路自动切换电源，对单元回路冗余供电。ETS装置报警功能可通过汽轮机操作盘上的ETS操作面板上的试验按钮试验，在试验或检修过程中跳闸保护功能仍然有效，ETS装置设计线路简单可靠，确保机组安全运行［2］。

2 事故经过及分析

2012年7月5日凌晨，1号发电机有功234 MW，主蒸汽压力15.4 MPa，主蒸汽温度540℃，1号机组投AGC“R”模式，1号发变组出口5012、5013断路器合闸运行，01号备变正常充电备用。7月5日03：46：13，1号机组A送风机A相引线漏雨发生接地短路故障，A分支零序过流保护动作；由于零序电流保护定值整定错误，造成保护越级动作，备变投切失败，致使 6 kV厂用 IA段失电；7月 5日 03：46：15，保安段电压有382 V降至224 V，供给ETS电源相电压降至129 V，由于热工电源交流切换装置设计有中间继电器切换，为失电切换，无欠压切换功能，故在未达到继电器切换的条件下PLC重启，输出指令复位，汽轮机跳闸。

3 危急遮断系统（ETS）优缺点

3.1 ETS系统的优点

上海汽轮机有限公司（STC）生产的危急遮断系统（ETS），功能完善，结构紧凑，稳定性高，维护量少。在现场运行中得到一致好评。该ETS系统的直流电源比较安全可靠。保安段电源、UPS电源任一路交流电源正常供给均能保证其直流电源的正常。从图1可以看到，两路电源可以实现无扰切换。

图1 ETS系统直流电源原理图

3.2 ETS系统的缺点

交流电源板要求两路独立的交流电源供给，一路电源为UPS，另一路为保安电源。如果一路电源失去，另一路将无扰切换，不影响机组的安全运行。这一点已从机组检修后电源切换试验中得到验证，电源切换装置可以实现断电源无扰切换。从上面某电厂发生的机组跳闸事故中可以看到该系统无法避免因电压降低而实现电源无扰切换。现结合图2对该系统交流电源进行简要分析。

（1）上述提到的某电厂ETS系统电源正常由400V保安1A段电源供电，UPS电源为备用。

（2）当来自400V保安1A段的工作电源失电时，交流继电器RAC1失电，UPS备用电源通过RAC1常闭点实现电源切换功能。

（3）主、副PLC及I／O卡件由切换后的公用电源供电。DO卡件中输出汽轮机跳闸信号的出口继电器设计为常开接点。机组正常运行中，该出口继电器长期带电，其常开接点闭合，通过该接点提供AST电磁阀交流110 V工作电压。当DO卡件的供电电源短时失电时，出口继电器线圈失磁，其常开接点立即断开，AST电磁阀则失电“遮断”。

（4）交流继电器RAC1动作电压，PLC工作电压，AST电磁阀的工作电压具有不稳定性。在实际运行中很难保证电压的统一性。因事故使供电电压降低时，在电源切换过程中易发生扰动，造成PLC自启动，DO输出卡件出现瞬间失电或AST电磁阀工作不正常，使AST电磁阀打开导致跳机事故发生。

图2 改造前ETS交流电源原理图

4 交流电源切换装置的改造及实验

4.1 改造

对ETS控制系统进行改造，将ETS控制系统电源改造为UPS电源供主PLC，保安段电源供副PLC。

由UPS电源为主电源，400 V保安A段电源为副电源，经继电器切换后，为主PLC、I／O输出卡电源模块1供电。 UPS电源直接为 AST－1、AST－3电磁阀电源变压器提供电源。

400V保安1A段直接为副PLC、I／O输出卡电源模块2及AST－2、AST－4电磁阀电源变压器提供电源。

改造后ETS交流电源原理如图3所示。

4.2 试验

断开UPS电源，ETS系统一通道遮断，汽机不跳闸；断开保安电源，ETS系统二通道遮断，汽机不跳闸；断开ETS控制柜AK3开关，副控PLC工作，汽机不跳闸；断开ETS控制柜AK4开关，主控PLC工作，汽机不跳闸。

图3 改造后ETS交流电源原理图

从以上试验可以看到，ETS系统只要有一路电源存在，就能保证ETS正常运行，其安全可靠性大大提高。

5 结语

ETS系统作为机组的主要保护手段，拒动或误动会造成极其严重的后果，所以必须加强对系统的检测和试验，确保ETS系统能够长期稳定的可靠工作，必须利用每次停机检修的机会对系统进行全面检查、试验。由于生产现场的振动、高温等原因，经过长期运行，控制回路的接线及控制电缆绝缘可能出现安全隐患，所以线路检查及系统部件检查、校验就成为保护系统的检查重点。

［1］王志祥.热工保护与顺序控制［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［2］白建云.火电厂顺序控制与热工保护［M］.北京：中国电力出版社，2009.

［3］高峰.机组联锁保护系统［M］.北京：中国电力出版社，2004.