三菱M701F4型机组热控保护改进方案探讨

摘要：三菱M701F4型机组作为国际上比较先进成熟的燃机机组，市场占有率颇高，也成为我国近几年投产最多的燃机机型之一。其控制系统采用三菱重工的Diasys Netmation系列第三代過程控制系统。燃机控制主要由燃机控制系统TCS（Turbine Control System）、燃机保护系统（Turbine Protection System）和高级燃烧压力波动监视系统ACPFM（Advanced Combustion Pressure Fluctuation Monitor）组成。本文主要针对三菱M701F4型机组TPS系统保护存在的不足以及改进方案进行初步分析与讨论。

关键词：燃机;M701F4;TPS;TSI;叶片通道温度;改进方案

1 前言

燃机技术作为现代工业皇冠上的明珠，代表了工业生产的最先进技术，这里面也包括了控制技术。而燃机发电生产工艺对设备的极致要求必然要求辅以可靠的保护手段，三菱M701F4型机组配套的Diasys Netmation系列控制系统就提供了火焰振动、机组振动、叶片温度等各种可靠的保护，而且系统在大多数保护及控制方面都采用了软件、硬件的多重冗余技术，为机组的健康安全保驾护航。但由于电力生产理念的差异，三菱作为日本的典型工业巨头，坚持自己的保护理念，强调保护拒动的严重危害，在防保护误动与拒动的矛盾抉择中，毫不犹豫的选择了防拒动的策略，而对防误动有所轻视，但这就在一定程度上与我们国内的电力生产理念不相符合，国内各类规范规程（包括“二十五项反措”）对机组保护都强调杜绝“单点保护”，但梳理M701F4型机组的TPS系统，还存在部分明显的“单点保护”，对机组的安全稳定运行带来了极大的压力。

2 保护系统主要误动风险分析

2.1 TSI保护：包含汽机、燃机的轴瓦振动保护（#1～#8瓦）、轴向位移保护等，TSI内部逻辑基本合理，轴振采用同一个瓦X/Y向同时高于200um保护动作，轴向位移则采取三取二判断输出。但在保护输出回路上，目前系统主要考虑了系统防拒动的可能，基本上是任一环节故障都将直接导致机组非停，而TSI系统保护包含的项数多，环节复杂。

通过图1的示意图可以看出回路中间的关键点之多，图中左侧虚框内的18个端子，假设在运行中任意一个发生松动，或者TSI继电器、中间继电器故障，均将导致机组非停，而这样的保护有#1～#8瓦轴振总计8套，很显然，这样的保护设计完全不能符合我国电力行业的要求。

2.2叶片通道温度变化大保护：为了保护热通道部件和燃烧室燃烧稳定，M701F4型燃机设置了20组BPT（叶片通道温度）温度测点，并设有叶片通道温度变化大保护，保护逻辑框图见图2。

初看，保护逻辑设计复杂，条件相互印证，似乎不存在单点保护的隐患，然而由于燃机燃烧的特性，即使是在负荷变化不大的情况下，相邻叶片通道温度变化趋势大（图中虚线框内条件）是一个常态，该保护实际上在多数时间里就是一个叶片通道温度偏差超限的单点保护。

把停机保护依赖于单支热电偶是十分不可靠的，更何况该保护有20套，而且热电偶的信号回路有中间端子，还有信号转换器（见图3），环节多故障点就多，而热电偶测量回路中，接线松动、接触不良或线路短路导致温度测量大幅偏低是常见故障。

3 改进方案探讨

由于三菱重工的Diasys Netmation系统是经多年发展起来的成熟系统，其设计十分复杂，且系统设备之间具有特别高的关联度，没有日方的支持，目前还不具备对其保护进行系统改进的条件。我们从实际出发，以达到提高保护可靠性为基本目标，结合长期从事热控保护工作的经验，在基本不影响原保护系统框架的前提下，从改造工程的投入以及实施的难度等方面充分考虑，进行了一些积极探索与分析。

3.1针对TSI保护系统单点保护问题，主要从硬件回路着手提出以下改进方案：

由图4可以看出，改进后的系统除增加1块TSI继电器输出卡，无需其他投入，对TPS系统来讲，软硬件都不需要作出调整，但却能完全避免单点保护的情况，将保护误动风险充分分散，且不增加拒动概率，而且改进后的系统更加简洁明了，去除了中间继电器，减少了部分中间端子等中间环节，极大地提高了保护可靠性。

3.2针对叶片通道温度变化大保护问题，主要从软件逻辑方面考虑，引入可靠的证实信号，对热电偶测量质量加以判断，见图5：

由图3BPT热电偶接线示意图可知叶片通道温度测点为双支测点，一路进TCS系统供BPT调节回路和画面监视使用，将此信号与TPS系统信号进行偏差比较，排除测量系统误差（一般不超过5℃），设10℃的限值，超过此限值可判断测点故障，暂时闭锁保护，同时发出报警提示，采取以上措施后将大幅降低热电偶测量故障导致的机组非停。

4 结束语

燃机发电绿色环保、技术先进，但其核心技术包括控制技术目前均掌握在少数欧美发达国家巨头手中，国内引进消化的任务还任重道远，我们作为终端用户，从小处着手，力求实用有效，探讨相关改进优化方案，希望在提高机组生产安全性的同时，对国内企业最终消化吸收和研发燃机技术也能提供一点有益的帮助。

参考文献：

[1]席亚宾，马永光.M701F燃气轮机温度保护回路优化分析.电力建设，2009，第9期.

[2]DIASYS/OVATION控制分册（上），重庆大学出版社，2014.

作者简介：庄志旸（1976.03-），汉，男，江苏宝应人，本科，工程师，江苏华电扬州发电有限公司，研究方向：火电热控