一体化ETS系统在大唐苏州热电公司中的应用

程小正

一体化ETS系统在大唐苏州热电公司中的应用

程小正

大唐苏州热电有限责任公司，江苏 苏州 215214

主要对汽轮机ETS系统的发展沿革进行了研究，对比分析了当前汽轮发电机组ETS装置所广泛采用的PLC装置和DCS一体化系统的优势。同时，介绍了大唐苏州热电有限责任公司采用的ABB公司的Symphony Plus一体化系统。

汽轮机；ETS；PLC；一体化

汽轮机作为高速旋转的机械部件，完全依靠人工监视、操作是极为不安全的，所以在为汽轮机装设危机保安器（机械超速和手动打闸）之外，还必须配置能够实现自动停机的紧急系统，进一步保证机组安全启停和正常运行，同时对汽轮机的轴向位移、转速、振动等参数，以及轴承温度、油压、真空、主蒸汽温度等热工参数进行监视、报警和异常保护。当被监视的参数在超过厂家设计规定报警值时，发出报警信号；在超过设备承受极限值时，保护装置动作，关闭汽轮机主汽门和调节门，实行紧急停机。实现这一功能的控制系统我们称之为汽轮机保护系统，也称为危急遮断系统或ETS（Emergency Trip System）系统。

1 概述

从汽轮机保护控制系统乃至整个发电技术的发展历程来看，国外尤其欧美、日本等国家在该领域的发展起点高。另外，从现状来看，汽轮机保护系统依赖于先进的计算机控制技术，而国外在计算机方面的技术水平高。有这一平台的支持，国外的汽轮机保护系统发展速度很快。

相较而言，国内在该领域的发展起点较低，计算机控制方面的技术水平不足。相关的汽轮机保护系统也是随着发电机组技术的引进而来的。目前，国内部分大型火电机组的汽轮机保护方案都是完全进口化或者在国外厂家设计的基础上做了少量改进。由我国自主生产的汽轮发电机组从20世纪80年代初开始，最初只能够仿制国外同类型机组，后来在设备引进的同时也引进了设计、制造、生产技术。最早国产化的300 MW机组，由于整体属于仿制，部分核心技术并未掌握，其调速系统与国产低容量机组，如125 MW等系列机组差不多，配有调速泵、中间滑阀、危急遮断阀、飞锤（飞环）、启动器、同步器等复杂的机械调节和保护EH油路，被称为“液调”机组。这种机组配套的汽轮机保护装置是简单的继电器回路，其保护逻辑是正逻辑。当任一跳闸条件发生时，跳闸电磁阀带电，汽机跳闸。这种保护形式很容易因回路、电源等环节出现故障造成保护拒动。

2 ETS装置发展历程

20世纪80年代初期，我国开始引进电液调节系统（Electro-hydraulic Control System）来代替传统的机械调节和保护油路。机组的控制精度得到了大大提高，同时增强了机组设备的安全可靠性。在引进主设备的同时，与主机配套的控制系统和控制理念也随之得到了引进。可编程控制器（PLC）和分散控制系统（DCS）在我国的大范围应用以及国内自身研发水平的提升，基于计算机控制平台的汽轮机保护系统在国内火电机组有了大范围的应用。2000年以后，汽轮机保护系统在我国的应用技术日趋完善，且取得了一定的成绩。汽轮机保护系统的研究出现了很多新成果。诸多新进改造方法的提出使得我国火电机组的安全水平得到了有效提升。

随着工业生产技术的进步，汽轮机保护系统的硬件也在不断提高。20世纪70年代中期以前，汽轮机保护系统均由电磁继电器搭设的控制回路组成，部分采用固态集成电路构成。80年代开始采用冗余的标准型可编程序控制器（PLC）。随着对人身安全、设备安全和环境保护的要求越来越高，各工业生产、制造企业和仪器、仪表自动化行业对生产过程安全功能，即有生产、制造工业中安全保护系统的功能给予了极大的关注。这些关注最终促成整个工业生产技术的不断进步与完善。在80年代中期以后，随着安全控制理念的提升、微电子技术和控制系统可靠性技术的发展，专门应用于工业制造、生产安全系统的控制系统、安全型控制设备和安全解决方案得到迅速发展和实际推广。

在20世纪90年代国外火力发电厂中，安全型控制系统和安全型可编程序控制器有了许多应用业绩，主要用于锅炉燃烧管理系统（BMS）和汽轮机保护系统（ETS）。同时期，即在我国火力发电厂应用DCS和PLC的初期，由于对新设备、新技术的陌生，火力发电机组采用软逻辑实现保护功能，生产专业人员对其动作速度和可靠性存有疑虑，因此与机组安全有关的功能（如汽机紧急跳闸系统ETS，主燃料跳闸MFT、汽机防进水保护、主要辅机的联锁保护等）大多数情况下采用电磁继电器或固态集成电路组成的硬接线实现逻辑运算[1]。

随着PLC性能和可靠性的提高以及在国内火力发电厂逐步推广和成功应用，还有国内工业生产过程中对人身、设备安全认识和要求不断提高以及环保意识的提升，安全型控制系统越来越被重视。安全型可编程序控制器在国内火力发电厂的ETS等系统中的应用也越来越广泛。

对比早期的继电器组成的硬接线保护回路和后来的PLC以及当前部分采用的DCS平台实现汽轮机保护装置，其各有自身的优缺点。但就技术发展前景来说，早期的继电器组成的硬回路已经失去了优势，且目前几乎所用机组已经抛弃了这种方式。由电磁继电器或固态集成电路组成的硬接线逻辑保护系统的优点是直观，便于检修、成本低廉。缺点是所需硬件较多，能耗高；硬接线多，故障点多；动作迟缓，可靠性差，易引起误动和拒动。此外，无事故追忆功能，不利于事故查找和分析。目前已基本淘汰。

可编程逻辑控制器（PLC）分为普通PLC和安全PLC。安全型PLC是为特殊用途的生产系统或设备而设计的，需要得到第三方专业机构的安全认证，满足各种苛刻的安全性和可靠性国际标准，主要应用于关键型控制和安全型控制。安全型PLC有两个特殊设计：一是采用冗余工作方式；二是系统失效是在可预测范围内的，当出现失效情况时，系统将进入安全模式。采用普通PLC控制的汽机保护系统具有硬接线少、故障率低，易于与其他系统接口的特点。与安全型PLC相比较，硬件成本相对较低，但可靠性相对较差。采用安全型PLC的汽机保护系统安全系数高，一次性投入较大，但维护成本较低，可靠性和继电器组成的硬接线回路及普通PLC相比最高。整体来说，采用PLC作为控制平台的主要原因是汽轮机保护系统中逻辑运算相对较少，主要就是开关量的判断。PLC具有扫描、预算周期快的特点，能够更加快速地保护汽轮机设备。

此外，国内不少发电企业的控制系统都开始采用一体化设计，即DCS、DEH以及ETS系统都采用同一品牌的DCS系统，利用DCS实现ETS功能。

3 ABB公司Symphony Plus一体化ETS系统应用

大唐苏州热电有限责任公司联合循环机组是南京汽轮电机（集团）有限责任公司生产的LCZ60-5.8/1.3/0.58抽凝式汽轮发电机组。每台机组配有一个高压主汽门（TV）、一个高压调门（GV）、一个中压调门（IV）。汽轮机调节系统为高压抗燃油型数字电液调节系统（简称DEH Digital Electric Hydraulic），热工控制系统均采用了ABB公司的Symphony Plus系统，实现了DCS一体化，DEH和ETS分别是一体化DCS的一个组成部分，分别是机组控制环路上的一个节点，如图1所示：

图1 DCS拓扑图

大唐苏州热电有限责任公司采用DCS一体化的设计，其优势在于当前DCS控制设备（包括国产DCS）、系统的可靠性得到了大大提升，且DCS系统能够实现信号的采集、监视和记录。对比PLC实现的ETS装置更为直观，有助于故障分析，系统扩展性和可干预性强。采用DCS一体化后，热工专业在备品、备件管理方面也减轻了负担。人员技术培训方面投入较少，设备通用性使得在相关系统遇到异常情况时能够得到及时解决。但这种设计也存在一些问题和安全隐患。采用一体化设计后，系统的供电、接地等都处于共用状态，受其他系统影响程度较大。在设计、施工阶段要充分考虑采用独立的DCS机柜，独立的控制站、I/O卡件合理分配，可以较大减少系统之间的相互影响[2]。

4 总结

大唐苏州热电有限责任公司采用了ABB公司的Symphony Plus系统，实现了DCS一体化，增强了画面监视、数据记录、组态灵活、维护方便等功能，同时在备品备件工作上也减轻了负担。但是由于ETS在DCS内部实现需要采用单独的DCS控制站，要求极快的运算速度。DCS系统处理的数据量较大，运算速度增加，是采用DCS实现ETS功能不如采用专用PLC之处。从目前运行情况来看，整体而言，采用一体化ETS系统具有一定的优势。例如：采用DCS控制的ETS系统比PLC控制的系统硬接线明显减少，故障率降低了，可靠性提高了，保护方式更灵活，试验功能轻松实现；没有接口问题，与DCS系统共同维护，具备DCS系统的一切优点，同时维护成本大大降低；但缺点是运算速度较PLC慢。PLC运行速度为25 ms，DCS系统运算速度能够达到50 ms，但是能够实现ETS保护功能。因此相比较而言，采用DCS一体化的ETS系统具有一定的优势。

[1]张传胜，张华.超超临界机组热控电源系统的应用[J].华电技术，2008，30（1）：63-65.

[2]李博.大型火力发电厂热工电源系统配置方案探讨[J].吉林电力，2005（4）：7-8.

Integrated ETS System in the Application of Datang SuzhouThermo Power Corporation

Cheng Xiaozheng

Datang Suzhou Thermal Power Co., Ltd., Jiangsu Suzhou 215214

The paper studies the development of the steam turbine ETS system. The advantages of PLC and DCS integrated system widely adopted in ETS unit of steam turbine generator set are compared and analyzed. At the same time, the Symphony Plus integration system of ABB company of Datang Suzhou Thermal Power Co., Ltd. is introduced.

steam turbine; ETS; PLC; integration

TK323

A

1009-6434（2017）10-0070-03