火电厂电跳机逻辑优化

王 伟，屈佳宾

（内蒙古国华准格尔发电有限责任公司，内蒙古自治区 鄂尔多斯 010300）

0 引言

大型单元机组特点是炉、机、电在生产中组成一个有机整体，机炉大联锁一般都是机跳电、电跳机、机跳炉、炉跳机，炉和电通过机来实现。任意一个环节出现问题将会影响整个机组的安全运行，严重的故障可能导致机组停机，甚至危及设备和人身安全。

火力发电厂有着两个重要保护系统，分别为发变组保护系统和ETS汽轮机跳闸保护系统，分属继电保护专业和热工专业。发变组保护为保护发电机和主变设备，ETS系统为保护汽轮机设备，两个系统看似相互独立，但实质之间存在相互配合与联动关系。

发变组保护根据采集TA（电流互感器）、TV（电压互感器）转变的二次值，从而判断所有保护设备是否存在故障主保护。其中，主保护有：发电机差动保护、发电机纵向零序电压匝间保护、主变差动保护、厂变差动保护、过电压保护、低电压保护、发电机定子接地保护、频率保护、失步保护、失磁保护、发电机逆功率保护、过激磁保护、程序逆功率保护、定子过负荷保护、发电机负序过负荷保护、复合电压启动过流保护、启停机保护、误上电保护、主变零序电流保护、变压器阻抗保护、厂高变复合电压过流保护，以及TV断线和TA断线保护。其它保护：断路器失灵启动，非全相运行保护；非电量保护：回路出口与电气量保护完全独立[1]。

ETS汽轮机紧急跳闸系统，根据现场传感器、变送器等检测设备通过逻辑判断从而判断所保护设备是否存在故障。ETS汽轮机紧急跳闸系统是为大型发电机组的运行配备的安全可靠的保护装置，当存在某种可导致机组损害的危险情况时，该装置能使汽轮机自动遮断，保护机组的安全。ETS对汽轮机保护项目有：超速1停机、超速2停机、超速3停机；轴向位移大停机1；轴向位移大停机2；振动大停机；润滑油压低停机（3取2）；真空低停机（3取2）；轴承回油温度高停机；轴承轴瓦温度高停机；发电机保护动作；DEH保护；主汽门关闭；发电机脱网[2]。

根据各自特点，造成两个保护系统自身保护设备范围不一样，但是当某设备出现问题时不进行配合动作，将影响电厂整体的安全稳定运行，所以两者之间必然存在着联系与相互配合。

1 现场系统介绍及逻辑修改

本厂发电机容量为330MW，汽轮机为北京重型电机厂生产，型号为NC330-17.75/0.4/540/540。型式：单轴、三缸、亚临界、中间一次再热、双排汽、抽汽凝汽式汽轮机。转子转向：自汽轮机向发电机看为逆时针方向。主蒸汽压力17.75MPa，主蒸汽温度540℃，回热抽汽级数7级，机械超速动作转速3330r/min～3360 r/min。继电保护专业发变组保护使用国电南京自动化股份有限公司的发电机变压器组保护装置双套保护装置，配备的发电机、变压器自身的电量和非电量保护适用于容量1200MW及以下，电压等级1000kV及以下的各种容量各种接线方式的汽轮机组、燃气轮机组、核电机组，及水轮机组的发电机变压器组保护，并满足电厂电气监控自动化系统的要求。热工专业ETS系统使用新华系统装置实现汽轮机保护功能。两保护系统之间在联系上可分为3种，分别为“电跳机”“机跳电”“直跳保护”。

机组可靠性是发电企业效益的最基本保证，“降非停”也是各大发电集团常抓不懈的一项长期的重要工作，而提高热工设备可靠性是提高机组可靠性，实现“降非停”目标的重要保证。近期公司内部发生一起1A引风机RB误动作事件，公司组织各厂对单点保护治理的结果进行了摸底，同时组织召开了“国华RB逻辑及重要辅机状态逻辑专题会”，对触发“辅机故障降出力”的重要测点进行盘点，检查整改机组大联锁中的单点保护。《二十五项反措》明确规定：“所有重要的主、辅机保护都应采用“3取2”的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则，确因系统原因测点数量不够，应有防保护误动措施。”本文对典型的点跳机单点防误动逻辑进行分析，并提出进一步的优化建议。

1.1 电跳机

“电跳机”实质：发电机或主变压器故障造成出口断路器跳闸，通过DCS系统跳开汽轮机，进而实现锅炉的MFT。当发变组任一个电气量或非电气量保护动作后，需发送“电气保护动作”信号量送至DCS系统，DCS系统的ETS经逻辑判断后关闭汽轮机主汽门。

动作逻辑：发变组保护通常由两个电气量保护柜（保护A柜、保护B柜）和一个非电气量柜（保护C柜）组成。各个保护柜经设定出口矩阵，将需要动作出口关闭汽轮机主汽门阀的保护汇集，通过出口压板送至DCS系统。将保护A柜、保护B柜、保护C柜各取一路并联送入ETS系统的DI板件内，ETS系统动作后出口关闭汽轮机主汽门[3]。

逻辑关系如图1。

图1 修改前发变组电跳机逻辑图Fig.1 Electric tripping logic diagram of generator-transformer unit before modification

1.2 电跳机逻辑存在的不足

由图1可以看出，电跳机逻辑采用单点保护就可以驱动，回路可靠性低，使运行中跳机风险大大增加。国内某电厂由于电缆抗干扰措施不到位，电缆外皮破损，信号误发，“电跳机”动作，导致汽轮机主汽门关闭的非停事件发生，造成机组非停[4]。

对于电跳机回路来说，发变组保护A、B、C柜，任意一个柜子的逻辑或回路存在异常、误动，都可能导致机组的非停事件。

由于DCS软/硬件故障、热控元件单点故障，电缆接线短路、断路、虚接，电源故障、继电器触点故障，人为因素或设计安装存在缺陷等各类原因，热工保护会发生误动或拒动的事件。这些情况轻则造成机组快速降负荷，重则会直接导致停机，给企业带来不同程度的经济损失。

1.3 改进后的电跳机逻辑

通过核对检查发变组保护跳闸矩阵，修改发变组保护跳闸逻辑出口，将发变组A、B、C柜原保护跳闸逻辑出口跳闸矩阵中，关主汽门节点修改为关主汽门1，将A、B柜减出力、汽机甩负荷的备用压板修改为关主汽门2、关主汽门3，将C柜2个备用压板修改为关主汽门2、关主汽门3，保护跳闸逻辑出口节点修改相应的跳闸矩阵，并进行静态的试验传动及跳闸出口测试工作[5]。当机组发生故障，需执行电跳机逻辑时，发变组A、B、C柜相应保护动作出口，柜内关主汽门1、关主汽门2、关主汽门3，保护跳闸逻辑出口节点闭合，给热工专业ETS系统（汽轮机跳闸保护系统）发关主汽门指令，关闭自动主汽门1（ETS动作1）、关闭自动主汽门2（ETS动作2）、关闭自动主汽门3（ETS动作3）[5]。

核对跳闸矩阵，对应图纸上增加发变组保护跳闸节点，敷设电缆，发变组A、B、C柜在原有一个关主汽门节点的基础上（通过硬线实现节点），各增加2个关主汽门节点，采用发变组保护A柜，关主气门1并联发变组保护B柜，关主汽门1并联发变组保护非电量柜，关主汽门1，从并连接点发变组保护A柜出去一个接点去热控ETS柜实现主汽门关闭；同理，发变组保护A柜，关主气门2并联发变组保护B柜，关主汽门2并联发变组保护非电量C柜，关主汽门2，从并连接点发变组保护B柜出去一个接点去热控ETS柜，实现主汽门关闭；同理，发变组保护A柜关主气门3并联发变组保护B柜，关主汽门3并联发变组保护非电量C柜，关主汽门3，从并连接点发变组保护C柜出去一个接点去热控ETS柜实现主汽门关闭，独立的3个点去热工ETS后实现3取2功能，即3套保护中，任意一套保护的两个节点动作，装置才能动作；任意一个节点动作，不会导致关主汽门动作，保证动作的可靠性[6]。

修改后逻辑关系如图2。

图2 修改后电跳机逻辑图Fig.2 Modified electric tripping logic diagram

1.4 发变组逻辑修改中需要注意的问题

核对发变组保护装置现有电跳机逻辑及图纸，咨询设备厂家相关技术资料，编制可行性研究方案，召开专业组专题会议，制定发变组逻辑修改方案。根据现场实际情况编制、审核《发变组电跳机逻辑修改三措》；按照检修计划，填报审核设备变更。

跳闸逻辑修改最好在机组检修状态下进行，在机组停备检修后，先进行电缆敷设，防干扰措施等前期准备工作。

打印保护相关定值、版本及各项参数，让厂家将原跳闸逻辑进行备份，并将系统参数进行记录和比对，确保参数设置的一致性。

修改前，根据图纸及设备实际情况，增加跳闸接点备用通道。增加时，注意跳闸接点应为不保持接点。

逻辑修改前，核对好各项安全措施，断开相应保护电源。保护装置上电期间，绝对禁止带电插拔卡件，退出保护柜A、B、C柜保护出口压板，保护功能压板，确保在修改逻辑时不发生误跳机组出口开关的误操作[7]（即使机组在检修状态，500kV，3/2接线升压站仍是合环运行状态）。

修改后的跳闸逻辑需要将所有逻辑与原逻辑及修改方案进行对比，并对修改后的逻辑所涉及的保护进行全部校验，使用万用表对所涉及保护的出口方式，逐一测量，确保出口方式正确。由于厂家系统新旧版本的原因，个别逻辑可能存在细微差别，需要按电厂实际情况进行逻辑配置，确保跳闸逻辑准确无误[8]。

上述工作完成后，利用机组启机前机、炉、电大联锁试验，进行实际传动，确保整个逻辑及回路正确无误。

所有工作结束后，根据现场实际接线情况，修改发变组保护装置图纸，并进行审批，留档保存。

控制电缆的选取宜用铠装带屏蔽、阻燃电缆，敷设电缆时与动力电缆分层进行铺设，远离动力电缆，避免电磁干扰。3组信号电缆分别铺设和接取，不合用一根控制电缆。金属屏蔽与屏蔽层接地，电磁干扰较大时，宜采用二点接地；而静电感应的干扰较大时，则采用一点接地；选择二点接地时还应考虑在暂态电流的作用下，屏蔽不会被烧毁。

1.5 修改后逻辑及回路的传动与验证

电跳机逻辑传动试验条件：①机组本实验相关的检修工作全部结束，试验前发电机出口开关、灭磁开关分合闸实验正常，DCS、ETS发变组保护等相关控制系统已全部具备投入条件，汽机主汽门开启和关闭正常，锅炉MFT实验正常，锅炉具备吹扫条件；②汽轮机油质合格，EH油泵、润滑油泵、排烟风机运行正常；③汽机具备挂闸条件，锅炉MFT复位；④发电机-变压器组出口隔离开关必须在断开位置，发变组保护正常投入。

在进行机组大联锁试验时，联系运行人员，将机组汽轮机主汽门打开，投入发变组A柜发电机差动保护及其功能压板，投入发变组A柜出口压板关主汽门1、关主汽门2，其余跳闸出口的连片应打开，或者利用发变组保护C柜发电机断水保护也可以进行。

利用发电机断水保护进行逻辑的验证。试验前，投入发电机保护屏内的热工保护，锅炉MFT信号进行复位，汽机挂闸，检查汽机高低旁应处于关闭，确定发电机出口刀闸在断开位置。在远方进行操作，对励磁系统进行起励操作，合上灭磁开关，合上发变组出口开关，投入GCB联跳汽机保护压板。在发变组保护C柜，投入发电机断水保护压板，退出定冷水泵热工联锁逻辑，直接打停运行中的定冷泵，计时大约30s。发电机定子冷却水出口流量低报警，发电机出口开关跳闸，汽轮机跳闸，锅炉MFT[9]。

通知运行人员传动工作准备完毕，经运行值长同意后，利用发变组出口传动功能，对电跳机逻辑进行实际出口传动，验证电跳机3取2出口逻辑的正确性。联系运行人员，将机组汽轮机主汽门打开，投入发变组A柜发电机差动保护及功能压板，投入发变组A柜出口压板关主汽门1、关主汽门3，通知运行人员传动工作准备完毕，经运行值长同意后，利用发变组出口传动功能，对电跳机逻辑进行实际出口传动，验证电跳机三取二出口逻辑的正确性。

联系运行人员，将机组汽轮机主汽门打开，投入发变组A柜发电机差动保护及功能压板，投入发变组A柜出口压板关主汽门2、关主汽门3，通知运行人员传动工作准备完毕。经运行值长同意后，利用发变组出口传动功能，对电跳机逻辑进行实际出口传动，验证电跳机3取2出口逻辑的正确性[10]。

通过上述发变组电跳机实际出口传动，更准确地验证电跳机3取2出口逻辑的正确性。

2 结束语

本文主要介绍了继电保护和热工主设备保护中电跳机逻辑及回路的优化，作为主机保护中重要的一环，提出了在优化过程中需要注意的一些防止逻辑修改错误的一些措施，各个逻辑分析很透彻，并对修改后的回路进行传动试验。经过传动试验，验证了逻辑及回路的正确性及可靠性，从而使电气发变组保护和热控ETS更好地配合，在故障和异常运行时及时动作，提升主保护动作的可靠性，从而起到保护设备的作用。除此之外，改造优化方案经济、适用，优化方案相对简单、适用，作为现场改造工作的指导方案值得推广，也为电厂中重要的单点保护的逻辑优化提供了借鉴与参考。