一种非典型ETS在线试验失败原因分析及解决办法

广州珠江电力有限公司 阮 斌

随着汽轮机组容量的不断增大，蒸汽参数越来越高，热力系统越来越复杂，在机组的启动、运行或停机过程中如果没有按规程的要求操作控制，或者机组运行中由于设备故障而导致控制油压力或者润滑油压力过低、凝汽器真空过低等严重威胁汽轮机组安全的异常工况，如果汽轮机组的ETS系统不能正确保护动作，使汽轮机组及时安全的从异常工况中解列出来，则可能会造成汽轮机叶片损坏、大轴弯曲、推力瓦烧毁等严重事故。为了确保机组的安全启停及稳定运行，必需保证汽轮机组的ETS系统在整个机组运行期间的可靠监视及有效实时保护，而ETS在线试验正是保证ETS系统保护是否可靠的重要手段。此外，根据《防止电力生产事故二十五项重点要求》中防止热工保护失灵的要求，应定期进行汽轮机紧急跳闸系统在线试验。

1 某厂ETS在线试验系统及异常过程

某厂320MW汽轮机组ETS系统及其在线试验系统原设计安装上海自动化研究所的盘装系统，后经DCS一体化改造后ETS及其在线试验系统采用上海新华控制技术集团科技有限公司的XDC800B系统的逻辑保护卡xLP模件组合的ETS系统。该模件是专为ETS系统设计，对机组振动、润滑油压力、EH油压力、凝汽器真空、差胀、轴向位移、汽机超速、DEH失电、发电机故障、锅炉燃料跳闸等保护的检测，配合xLP端子板完成跳机保护输出三选二功能，实现对汽轮发电机组在紧急情况下迅速关闭汽轮机进汽阀门，切断汽轮机所有进汽的保安系统。其核心控制组件xLP是一种高性能的开关量输入和开关量输出模件，逻辑判断直接通过CPLD完成，因此延时很短，且该模件具有SOE功能，能将所有输入量和输出量的具体动作时间以毫秒级记录下来，适用于各种需要快速保护的场合。

该厂ETS系统设计有ETS在线试验功能，可分别进行主机润滑油、EH油及凝汽器真空的在线试验，保护回路分别采用传统的四个开关信号（串并联结构），AST跳闸回路采用双通道（四个AST电磁阀），正常情况下可在机组运行中分别进行润滑油、EH油及凝汽器真空的各保护通道的在线试验（图1）。

某次在机组运行中做ETS在线试验时出现异常：做EH油在线试验时一通道试验动作正常，恢复一通道后做二通道试验时二通道动作、试验复归也正常，但二通道的EH油压开关有一个油压开关（63-2/LP）在EH油二通道试验结束后动作没有复归（图1，CRT画面显示为红色），现场检查通过现场压力表确认试验块油压已恢复正常，同样是二通道的EH油压另一个开关（63-4/LP）已正常复归，检查判断为63-2/LP开关测量故障，交由检修事后处理，继续进行在线试验，接着做润滑油的在线试验，结果在做一通道时出现了机组跳闸，在线试验失败。

现场检查ETS系统及相关设备，除了63-2/LP开关由于触点故障无法复归外其余均未发现异常。检修处理好63-2/LP开关问题后，机组启动挂闸后再次重做在线试验，无论是EH油还是润滑油或者是凝汽器真空在线试验均正常成功完成。

2 异常分析

2.1 ETS跳闸原理

该厂ETS跳闸模块安装在汽机前箱右侧，块上共有6个电磁阀，其中2个常闭电磁阀为OPC电磁阀，由DEH系统控制（因OPC电磁阀与本文关系不大，不作过多说明）；另外4个为AST电磁阀。为防止ETS保护拒动，ETS跳闸采用失电跳闸保护逻辑，即机组挂闸运行后AST电磁阀是常带电结构，机组跳闸时AST电磁阀将失电动作（图2）。图1中左上部分所示为ETS跳闸系统CRT画面显示模拟图。

图2中P1点压力为14MPa左右，通过节流孔J1、J2使P2点压力约为7MPa左右。在进行一通道试验时，AST1和AST3电磁阀动作，使得P2点压力升高至P1；若进行二通道试验则AST2和AST4电磁阀动作，P2点压力为无压力回油压力（压力接近0）；压力开关ASP1、ASP2设定值分别为ASP1≥9.5MPa和ASP2≤4.2MPa，机组正常运行时ASP1、ASP2压力开关触点均为常开状态，通道1（AST1，AST3）动作试验时P2点压力升高，ASP1动作触闭合输出；通道2（AST2，AST4）动作试验时P2点压力下降，ASP2动作触闭合输出，通过ASP1、ASP2两个压力开关动作情况，就能在线监视是哪个通道的电磁阀泄漏或失电动作。

2.2 ETS系统在线试验简介

该厂ETS系统在线试验共设置有三个试验块：EH油试验块，润滑油试验块和真空试验块，均安装在汽机前箱左侧，每个块的原理均相同，只是对应不同试验块测点名称有所区别，因而下面以EH油试验块为例进行说明，图1所示为包含了三种试验块的CRT画面显示模拟图。每个在线试验块均按双通道布置（如图3），其中J1、J2为节流孔；F0、F1、F2为手动阀，20-1/LPT、20-2/LPT为电磁阀；Y1、Y2为就地显示的压力表（真空试验块为真空表）；63-1/LP、63-3/LP、63-2/LP、63-4/LP为压力开关，四个EH油压力开关动作定值设定相同，EH油压保护开关动作定值为≤9.5MPa（真空试验块为真空开关），四个压力开关均为双触点输出开关，每个开关的一对触点接入ETS保护回路用于汽机跳闸，另一对触点接入DCS对应于CRT模拟图的四个状态显示。四个压力开关在机组正常运行时触点闭合输出，压力开关动作时触点断开输出。

节流孔J1、J2的作用是将在线试验的两路隔离开，试验时互不干扰，在线试验可就地手动试验，此时通过观察Y1、Y2的压力显示变化可直观的了解试验情况；也可在主控室通过操作员站进行远方操作试验，此时通过四个压力开关对应的点灯状态显示也可确认试验的情况。

2.3 ETS在线试验逻辑

当运行操作选择“EH油压低试验”在线试验后，该按钮显示红色，表示进入EH油压在线试验状态（图1），此时图4逻辑图中的测点“进行通道试验DI8”为“1”，则此时与“进行通道试验DI8”逻辑相联的“AND”模块③和⑤的第二个条件全部满足，从逻辑上进入在线通道试验状态。当运行人员操作“20-1/LPT”电磁阀进行“一通道”试验时，“20-1/LPT”电磁阀带电泄油；由于通道节流孔的作用，当电磁阀动作泄油时，会使一通道上“63-1/LP”和“63-3/LP”压力开关由于油压降低到定值而动作。

为了防止保护拒动ETS系统采用反逻辑，该系统的压力开关在正常运行时输出逻辑“1”，当开关动作时输出逻辑“0”，因而该压力开关信号对应图2中的“EH油压1（DI0）”和“EH油压3（DI1）”信号为“0”，而“OR”模块①、②的输入端求反，因而“OR”模块①的输出此时为逻辑“1”，逻辑回路中“AND”模块③的第一个条件满足，由于“AND”模块③的第二个条件（进行通道试验）状态已满足，因而一通道的“OR”模块⑥条件满足输出逻辑“1”，“TD_ON”模块动作，驱动RS触发器⑧，使RS触发器⑧输出逻辑“1”，通过“NOT”模块的求反作用，输出端“DO0”和“DO1”输出逻辑“0”，从而使ETS跳闸模块的一通道AST电磁阀1和AST电磁阀3失电动作（图1中的AST1、AST3动作），使得P2点压力升高至P1，ASP1压力开关（≥9.5MPa）动作，该压力开关触点信号传动至DCS，EH油在线试验画面ASP1状态显示由绿色变为红色，表明EH油压低一通道在线试验成功。

2.4 ETS在线试验失败原因分析

为查找ETS在线试验失败的原因，对该厂XLP卡的ETS保护逻辑（图5、图6）进行检查分析发现ETS保护及在线试验逻辑上存在不足，尽管画面上“EH油压低试验”、“滑润油压低试验”和“真空低试验”是分别三个不同的操作按钮，但无论点击哪个按钮进行试验，最终都会触发ETS保护逻辑中的“进行通道试验DI8”为“1”，因而从逻辑上来说，无论是做EH油压低还是润滑油压低或者真空低试验，都会使所有试验模块进入在线试验状态。

前述试验中，由于EH油压在线试验的二通道EH油压开关（63-2/LP）动作在试验结束后没有复归，63-2/LP油压开关触点输出（图5中的“EH油压2”DI2）为逻辑“0”，由于“OR”模块②的输入端求反，因而“OR”模块②的输出保持为逻辑“1”，因而当进行在线试验（无论是进行EH油压还是润滑油压或者真空）按钮操作试验后，从逻辑图上可以看出，由于“进行通道试验DI8”为“1”，因而EH油的二通道的“AND”条件满足，从而促使整个逻辑的第二个通道处于跳闸状态，AST电磁阀2和AST电磁阀4已经失电跳闸，当进行任何试验块的通道一试验而致使AST电磁阀1或AST电磁阀3有任一失电或同时失电时，由于两个通道均有AST电磁阀失电，造成OPC油压失去而使汽轮机进汽阀关闭，汽机跳闸，因而出现ETS在线试验失败。

3 解决办法

该厂ETS系统原设计安装为盘装仪表系统，其ETS在线试验初始设计只有一个“在线试验”按钮，因而按下“在线试验”按钮后三个试验块均进入了在线试验状态。进行DCS一体化改造后，DCS厂家参考原ETS设计逻辑，虽然在CRT操作画面上区分了三个试验块的试验功能，但在“进行通道试验”的逻辑上依然采用同一个DI通道，而由于ETS系统的保护控制逻辑是固化在xLP卡内部的逻辑，因而造成试验人员在逻辑认识上存在误区，以为EH油在线试验、润滑在线试验和真空在线试验是三种没有关联的独立试验，从而出现在线试验失败。解决办法是增加多两个DI点，ETS在线试验操作画面的“EH油压低试验”、“润滑油压低试验”、“真空低试验”三个按钮分别对应三个不同DI点输入xLP卡，按图6所示的控制逻辑修改xLP的ETS保护内部逻辑并重新固化后该问题得以彻底解决。

4 结语

总结此次ETS在线试验的经验教训，对于象ETS系统等机组重要保护系统，当出现有异常状况（如此次的压力开关故障）时，应及时将故障解决后再进行其它试验或操作，避免造成不必要损失，这也是通过此次在线试验失败得到的一点宝贵经验。对于热工设备的升级改造，应根据不同设备特性改进相应的控制逻辑，不能照搬照套原有的控制逻辑，避免给机组安全稳定运行留下不必要的安全隐患。