600 MW超临界机组ETS系统研究与应用

揭其良 郭轶娜 纪斯宇 孙 哲 韩国安

（1.华电电力科学研究院有限公司，浙江杭州310030；2.国网沈阳供电公司，辽宁沈阳110003）

0 引言

汽轮机主保护系统是发电机组安全运行的重要组成部分，为大型机组的安全、经济运行提供可靠保证[1]。华电某电厂2×600 MW超临界机组ETS紧急跳闸系统采用PLC控制系统，由哈尔滨汽轮机厂配套供货。整套装置采用冗余控制方式[2]：首先，由UPS电源和保安段双电源供电，以确保供电可靠性；其次，跳闸逻辑为双套设计，以确保汽轮机主保护的可靠性；再次，跳闸试验回路也划分为A侧与B侧两部分，以确保所设试验项目能够在线进行，即一侧保护项目在做跳闸试验时，检查相关保护选项能否正常动作，但试验本身并不引起实际停机，另一侧保护逻辑仍在正常工作状态。在线试验既不会影响ETS系统的正常停机功能，又能分项在线测试保护功能。ETS系统的各项保护动作结果就是断开4个AST电磁阀的电源，泄掉保安油压，实现停机[3]。

1 ETS装置结构

ETS装置集成于一个控制柜中，从正面看，主要分4个部分：由上至下依次为电源、操作面板、PLC框架A和PLC框架B；从背面看，左侧上半部分是信号输入端子，下半部分是电源端子，右侧是输出继电器。电源框架装有2个24 V电源模块，2个电源模块分别由AC220 V UPS电源和AC220 V保安电源供电，2路电源分别由各自的电源开关控制，只要有一个24 V电源模块正常工作，即可满足ETS装置的正常工作需求。PLC框架A和PLC框架B装有同样的控制模块，是2个互相冗余的控制系统，ETS的控制逻辑就装在这两个相同的控制系统中，采用双系统的目的是提高汽轮机主保护的可靠性。操作面板上主要设有光子牌、操作按钮和转换开关。ETS系统形成的停机或试验指令通过输出继电器驱动AST电磁阀或相应的试验电磁阀，实现停机或完成所做的试验。汽轮机跳闸信号通过继电器送到SOE画面显示。

2 ETS系统在线试验

2.1 跳闸功能块的工作原理

跳闸功能块实际是一个电磁阀组，安装在汽轮机机头的右侧，一共设有6个DC220 V电磁阀，其中2个是OPC电磁阀，4个是AST电磁阀。OPC电磁阀在正常工况下处于失磁状态，当汽机转速超过3 090 r/min时，OPC电磁阀励磁，瞬间关断调节汽门，防止汽机超速。而AST电磁阀在正常情况下是励磁状态，泄油回路被关断，建立保安油压，使主汽门和调节汽门处于开启状态。一旦汽机保护动作或直流220 V电源消失，4个AST电磁阀就会同时失磁，开通泄油回路，泄掉保安油压，关断所有主汽门和调节汽门，实现安全停机。

2.2 在线试验方法

汽轮机主保护系统的在线试验是指机组在正常运行时进行的试验，目的是检查保护系统是否工作正常，实质上就是检查4个AST电磁阀能否正常控制泄油回路。在停机情况下，可以强制某一个保护信号使得4个AST电磁阀动作，让汽机实际跳闸。但在线试验要求：既要检查AST电磁阀工作正常与否，又不能造成错误停机。为此，在跳闸功能块中设置了2个节流孔J1和J2，并外接了2个压力开关K1和K2。P1点压力为14.2 MPa左右，经节流孔J1和J2节流使P2点压力控制在7.1 MPa左右，2个压力开关的设定值是K1≥10.3 MPa，K2≤5.2 MPa。

为了实现在线试验目的，将4个AST电磁阀分成“AST1、AST3试验”和“AST2、AST4试验”两组，分别进行试验：

当进行“AST1、AST3 试验”时，20-1/AST、20-3/AST 动作，P2点压力变为14.2 MPa，压力开关K1动作，ETS机柜操作面板上的“ASP-1＞10.3 MPa”光字牌点亮，表示A侧试验正常；当进行“AST2、AST4试验”时，20-2/AST、20-4/AST动作，P2点压力变为0 MPa，压力开关K2动作，ETS机柜操作面板上的“ASP-2＜5.2 MPa”光字牌点亮，表示B侧试验正常。在线试验时，虽然P2点油压随试验变化，但由于节流孔J1和J2的作用，P1点油压只有少量变化，并不会引起停机。

2.3 在线试验项目

机组停机试验项目共有18项，但并不是所有项目都要进行在线试验。因为试验的主要目的是检验AST电磁阀是否工作正常，所以有一两个试验选项就能满足要求。本系统共设计了3个在线试验项目，分别是EH油压力低、润滑油压力低和真空低。因为这3个试验项目的保护信号通过压力开关或真空开关传送，进行这3项试验不仅可以检验AST电磁阀，而且检验了这些压力开关及真空开关定值的精确性和保护动作的可靠性。它们都有各自的试验功能块，3种试验功能块的工作原理基本相同。无论采用就地试验还是远方试验，都要严格按在线试验的步骤进行，以防造成误停机。

2.4 在线试验步骤

在线试验必须遵守单侧单独进行的原则，否则会造成误停机。尤其是就地手动试验，一定要格外小心。正常的在线试验步骤如下：（1）将功能转换开关右旋至“在线试验”位置。（2）按下“AST1、AST3试验”或“AST2、AST4试验”带灯按钮，以上两个按钮是互为闭锁的，先按下的有效，按钮灯点亮，后按下的无效，按钮灯不亮。闭锁的目的是防止2个通道同时操作造成误停机，当然，正确的操作只能是任选其一。（3）如果第2步选定了“AST1、AST3试验”，则选按A侧3项试验中的一个按钮进行试验，此时，按B侧的3个试验按钮无效。例如按下“A侧EH油压力低”按钮，该按钮灯会点亮；随后，光字牌“EH油压低1”“ASP-1＞10.3 MPa”会亮起，表示该项试验结果正常。（4）如果第2步选定了“AST2、AST4试验”，则选按B侧3项试验中的一个按钮进行试验，此时，按A侧的3个试验按钮无效。例如按下“B侧真空低”按钮，该按钮灯会点亮；随后光字牌“真空低2”“真空低4”“ASP-2＜5.2 MPa”会亮起，表示该项试验结果正常。（5）按下“复位”按钮，恢复光字牌的报警信号。（6）重复2至5步，完成其他试验项目。（7）将转换开关旋回到“运行”位置，结束试验。

3 静态调试

在机组静态调试过程中，主要开展以下工作：

（1）会同热控安装人员检查、更正电缆接线。（2）检测ETS机柜电源回路的绝缘，给机柜送电。（3）测量各等级电压，并为ETS系统送电。（4）会同安装公司单体调试人员对ETS系统的全部I/O信号逐个进行传送，确保信号传送准确、保护设备动作可靠。（5）配合汽机专业调试人员对全部保护项目一一进行模拟或实际操作试验。（6）配合汽机、锅炉、电气专业调试人员进行机炉电大联锁试验。经反复调整试验，静态调试使ETS系统达到了设计要求，为机组安全启动准备了条件。

4 动态投运

在机组投运过程中，根据机组运行的实际工况，全部保护相继投入运行。在机组初次投运时，实际做了“手动停机”“超速”等试验。同时，也做了“在线保护试验”，试验结果正常。

5 结语

本机组在试运期间，经历了很多次启、停，不止一次地出现过汽轮机主保护动作，结果非常准确、可靠。可见，ETS系统能够满足机组安全运行需要。本系统的缺点是监视和操作不方便，因为在操作员DAS系统上位机上没有监视画面[4]，也没有任何操作手段，不能随时观察保护系统的工作现状及保护项目的投入或切除状态。汽轮机紧急跳闸系统的各项保护投切，需要对照图纸认真查找和核对，过程十分麻烦，而且容易造成误操作。最理想的解决办法就是将ETS系统升级改造，与DCS、DEH系统融为一体。