安萨尔多AE94.3A型燃气轮机及其辅机设备控制逻辑与监视功能优化

韩玉鑫

摘要：文中，笔者结合安萨尔多AE94.3A燃气轮机及其辅机的控制逻辑和监视功能，对部分控制方式进行了一定的优化，以适应国内电力系统的要求和发展形势。

关键词：燃气轮机;安萨尔多;控制逻辑;监视功能

0  引言

2015年，上海电气和欧洲燃气轮机巨头——意大利安萨尔多公司签署一系列协议文本，这意味着上海电气公司成为我国第二家掌握重型燃气轮机制造核心技术的公司，近年来，上海电气携手安萨尔多公司在国内上马了多个AE94.3A型燃机轮机（9F级）联合循环项目，其中最早运行的中电四会项目也仅仅2年，第一批次的大唐肇庆和周口项目也仅仅运行了1年。这三个项目是安萨尔多9F级机组在国内的首批次项目，尚处于磨合期。由于安萨尔多公司的设计理念和国内用户的需求有很大差异，三个项目都发生过多起设备异常和非停事故，这其中机组主保护及主要辅机保护逻辑部分的差异最大：厂家要求以保护设备为主;业主面对多次非停和电网考核，要求优化主保护条件。因此，适当的优化部分控制策略，以适应国内电力系统安全生产要求的工作显得尤为重要了。

1  燃气轮机主保护逻辑优化

安萨尔多AE94，3A型燃气轮机主保护逻辑可以归纳概括为60条，主保护条数目是普通汽轮机主保护的3-4倍之多，以下将从非必要主保护逻辑、非三取二保护逻辑及可优化逻辑三个方面，具体说明主保护优化的必要性及优化后的控制逻辑，预想了逻辑修改后的效果。

1.1 燃机振动主保护优化

燃机振动测点是由机组TSI系统从就地采集数据，再经过换算滤波后，通过硬接线的方式传输给TCS控制系统，最终在TCS控制系统内进行高低限制的逻辑判断和坏点的判断。安萨尔多燃机的TSI系统在向TCS系统传输每一个振动值时，不仅发出了一组模拟量信号，而且还配备一个该测点是否正常的开关量信号，称为“XX测点OK信号”，这个判断是在TSI系统中完成，通过预制电缆（DB9九针插头式）硬接线的方式发至TCS系统，由TCS系统的DI卡件接收。信号为1即开关节点闭合时，说明该测点OK;信号为0即开关接点断开时，说明该测点“not OK”，在逻辑中认为该测点坏点。

由于这个“OK信号”通过DB9九针插头式电缆连接，多个信号共用一个电缆，并且将一个插头节点作为公共端子，因此当这跟电缆或者公共端子接线松动或电缆断线时，将直接造成多个瓦振信号的“OK信号”消失，在控制逻辑中认为该测点坏点，进而通过三取二逻辑判断主保护动作，造成机组跳闸。因此，通过设置TSI卡件组态，将其“OK”信号由原来常1改为常0，机组正常运行是开关接点是断开的，避免发生设备误动和非停事故。

1.2 燃机防喘放气阀气源结构优化和相关主保护逻辑删除

燃机防喘放气阀采用气动阀门结构，双电磁阀并联控制，失气开，安萨尔多9F型燃机为燃机防喘放气阀单独配套了一用一备的空压机，用来保证压缩空气正常投用。同时增设主保护逻辑“空压机出口储气罐压力低三取二跳闸”，但实际在国内安萨尔多联合循环机组建设中，都将厂区压缩空气母管与储气罐连接，即便两台空压机全部故障，仍有厂区压缩空气母管保持压力，大大降低了因气源断气造成防喘阀误开的可能性。而且，三个储气罐压力测点共用同一个取压点和取压母管，单母管形式若出现焊口有裂缝将直接造成三个开关全部动作，机组误跳闸。因此，综合考虑后将此条主保护删除。

1.3 增加燃机前置模块紧急关断阀反馈测点及主保护逻辑优化

燃机前置模块紧急关断阀是机组天然气供应的供气母管截止阀，该阀门采用气动结构，双电磁阀并联控制，失气保持，相关主保护逻辑为“紧急关断阀关反馈发1时机组跳闸”，该阀门的開关反馈均只有一组，属于典型的单点保护。因此在紧急关断阀的阀位控制器上，增加两组开关量节点至TCS控制系统，组成三个关反馈信号，同时将主保护逻辑优化为“紧急关断阀关反馈三取二机组跳闸”。

1.4 优化燃机前置模块紧急放散阀控制模式及联锁逻辑

燃机前置模块ESD阀后有一个气动结构的紧急放散阀，用于火灾保护动作时，紧急将管道内存在的天然气放散至大气中，避免事故扩大。由于该紧急放散阀在前置模块紧急关断阀后，因此两个阀门存在联锁关系，即：放散阀开时，关断阀联锁关闭。由于关断阀的关闭机组跳闸，因此，实际上放散阀是否开启也同样会影响机组的主保护动作。前置模块紧急放散阀采用气动结构，单电磁阀控制，失气开，无保持功能，机组运行时电磁阀常带电，由于是单电磁阀控制，且正常运行时电磁阀常带电，该电磁阀的供电回路一旦出现故障，将直接造成电磁阀动作、放散阀开启，并联锁关闭紧急关断阀跳机，有较大的安全隐患。同时，同紧急关断阀一样，放散阀也只有一组开关反馈，若放散阀的开反馈节点故障，同样将造成机组误跳闸。因此，将放散阀的气源控制结构改为双电磁阀并联控制，任意一个电磁阀失电不会造成阀门动作，只有两个电磁阀同时失电时才会开启放散阀，同时增加放散阀的开反馈信号节点，通过三取二逻辑判断后，再联锁动作紧急关断阀。

1.5 非独立取样三取二测点及燃机本体瓦振测点位置优化

由于安萨尔多燃气轮机设计的特殊性，部分燃机本体测点及取样测点不能实际形成三取二保护的模式，而且多个测点共用一个取样点和取样管的情况，实际上是不符合电力系统二十五项反措的基本要求的。这其中包括燃机喘振差压测点、燃机排气压力测点、燃机压气机排气压力测点等等。同时还有燃机透平轴承瓦振测点、压气机轴承瓦振测点位于燃机的同一侧，并且在同一个位置安装，虽然形成了同一个轴承双瓦振参与三取二的判断，但实际上燃机一侧的振动偏大时，两个测点将同时动作跳机，而燃机另一侧振动较大时，却没有仪表能够将燃机振动情况反应到画面上来。但以上两种问题，受制于燃机机械设计、材质等多方面因素，据了解各个已投产机组均未整改。

2  燃机本体及辅机部分测点增加监视报警功能

2.1 增加燃机防喘放气阀电磁阀电流监视测点

安萨尔多燃机防喘放气阀采用气动控制，失气开，无保持，控制模式采用双电磁阀并联，即双电磁阀同时失电才会造成阀门快开，因此，实际运行中，若有一个电磁阀的电源回路故障或电磁阀本身故障，并不会引起阀门误動作，运行人员在画面上和巡检过程中也无法发现这个异常，也就不能及时处理该缺陷，若此时另一个电磁阀也发生了同样的情况，将直接造成防喘阀快开，机组跳机。所以，监视电磁阀控制回路是非常有必要的。在原有的气源回路和电磁阀控制回路的基础上，在两个电磁阀的供电回路中分别串联一个电流监视模块，该电流监视模块可通过判断回路的电流值的大小，输出一个开关量信号至TCS系统，再将该开关量信号做到画面中和报警功能组里，若电磁阀控制回路故障，则该开关信号将由1变为0，直接判断电磁阀是否正常带电，起到提前发现提前解决的功能。

2.2 增加燃机前置模块紧急关断阀等双电磁阀控制设备的电流监视测点

燃机前置模块的紧急关断阀、优化控制回路后的紧急放散阀、天然气调压站紧急关断阀也同样采用双电磁阀并联控制，同燃机防喘放气阀一样，在电磁阀控制回路中增加电流监视模块，并输出至TCS系统画面和报警组中。

2.3 增加紧急停机按钮节点监视

安萨尔多燃气轮机设计共有五个紧急停机按钮，分别在集控室操作台、燃机电子设备间、燃机发电机及燃机罩壳处。每个按钮共4组常闭节点，其中三组节点在按钮与按钮之间采用串联连接，并连接至KP继电器，联动ROM810继电器组成硬接线跳机控制回路，每个按钮的另一组常闭节点分别连接至TCS系统DI卡件的不同通道，用于SOE记录，在机组停机后可以知道是哪一个按钮动作造成了机组停机。

因此，在原有设计基础上，将增加三组KP继电器的节点分别接入至TCS系统中，当任意一条线路断线，报警将直接放映在画面上来。

2.4 完善燃机盘车啮合信号、燃机进气挡板门反馈等信号的报警功能

燃机盘车啮合信号、燃机进气挡板门等信号直接关联燃机主保护逻辑，实际采用三测点三取二逻辑判断方式，但在机组画面和报警清单中缺少测点翻转时的报警，因此通过增加画面测点和报警组，完善其报警功能。

2.5 增加PROFIBUS总线通讯监视

通过软件配置或增加硬件，对TCS、DCS控制系统中的服务器、交换机、PIN800、小海豚、操作员站、工程师站、历史站等所有需通过网线连接的端口或设备所在的物理网络进行监视，一旦某个端口异常，系统及时提醒，报警将直观的反应在画面中，并在报警组中提醒运行人员和热工专业人员。

3  优化辅机主辅设备判断，增加预选功能

安萨尔多9F级燃机的润滑油等模块中，多个辅机的主辅设定是不可更改的，如A润滑油泵就永远是主油泵，B泵永远是辅助油泵，而机组启动过程是完全顺控操作，不需要运行人员单独启动油泵，因此每次启机都会启动A润滑油泵，B泵则只有在A泵故障或是润滑油压力低时才会联锁启动，虽然可以在机组启动后手动倒换油泵，但这也增加运行人员误操作和设备异常的风险，不利于机组主要辅机设备的定期轮换。因此，在原有逻辑的基础上，增加泵的预选功能，启机前先由运行人员选择想要启动的设备为主泵，然后再进行燃机启动顺控的操作，减少了运行人员的操作，提高了设备的寿命，降低了机组运行异常的隐患。

4  结语

随着上海电气与安萨尔多公司的深度合作，以及国内燃气蒸汽联合循环机组的陆续上马，可以预见未来将有一批安萨尔多9F型机组在国内新建、投产、运营。安萨尔多AE94.3A型机组的控制系统设计思想其实并不复杂，也有很多很好设计理念值得汽轮机DEH和ETS控制系统学习，但部分控组理念的设计过于理想化，在机组实际运行过程中忽略了涉及到设备本体、监测仪表、运行环境、燃料特性、运行人员技术水平等等诸多因素影响，从而增加了控制的难度和精度，造成机组非停的事故也时有发生。以上为笔者在安萨尔多9F级机组调试和运行中发现并改良的个别项目，有不妥之处欢迎各位同行指正。

参考文献：

[1]麦志龙.燃气轮机运行故障分析及排除措施分析[J].内燃机与配件，2019（22）：100-101.

[2]涂爱民，刘世杰，莫逊，朱冬生，尹应德.螺旋扭曲管用于燃气轮机进气温度调节换热器的可行性研究[J/OL].化工学报：1-9[2020-03-09].

[3]杨强，曹承洁，赵乌恩，林枫.燃气轮机双燃料低排放燃烧室技术特点分析[J/OL].热能动力.