汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)供電可靠性分析與優(yōu)化

1、汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)供電可靠性分析與優(yōu)化*收稿日期：2007-5-20作者簡(jiǎn)介：陳宏（1971-），男，工程師，安徽理工大學(xué)在讀工程碩士，從事火電廠熱工自動(dòng)控制技術(shù)工作。 E-mail：hongchen7112陳宏 （1安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）摘要：本文針對(duì)某發(fā)電廠一次汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)（Emergency Trip System）控制回路接地，引起ETS系統(tǒng)雙回路直流喪失，導(dǎo)致機(jī)組跳閘的分析處理情況進(jìn)行介紹；重點(diǎn)對(duì)ETS系統(tǒng)電源供電方式進(jìn)行可靠性分析，并對(duì)現(xiàn)有供電方案進(jìn)行改進(jìn)，提高了電源系統(tǒng)的工作可靠性，對(duì)于同類機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞：危急遮斷

2、系統(tǒng)；可靠性分析；優(yōu)化；中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：Reliability Analysis and Optimization on Power supplyof Emergency Trip System of TurbineChen Hong(1 Department of Electrical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China)Abstract：This paper introduces some reasons which lead to p

3、ower unit trip because the control circuit of Emergency Trip System are grounding in a Power plants of the first side of Turbine. Consequently, the double DC will be cut off on Emergency Trip System. The focuses are on the ETS of the power supply system on reliability analysis methods, and improve t

4、he work of the power system. Enhanced the reliability of the power system. It can give some references on power supply system design to some similar units Turbine for the protection system.Key words：Emergency Trip System, Reliability Analysis, Optimization1 前言設(shè)備的可靠性與設(shè)備的維修密切相關(guān)，可靠性低的設(shè)備必然導(dǎo)致可用性降低和維修頻繁。事

5、實(shí)上，維修工作也只能使設(shè)備維持或接近原有的工作性能。通過(guò)可靠性分析，可確定設(shè)備或系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)及關(guān)鍵部位存在的潛在性隱患。以及應(yīng)采取的對(duì)策，揭示各種故障模式及其內(nèi)部的聯(lián)系，指導(dǎo)故障診斷和維修方案的制定，確定系統(tǒng)檢測(cè)裝置的最佳配置。汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)ETS（Emergency Trip System）是在汽輪發(fā)電機(jī)危急情況下的保護(hù)系統(tǒng)，它接收來(lái)自汽輪發(fā)電機(jī)組安全監(jiān)視儀表系統(tǒng)（TSI）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）及其它系統(tǒng)主要參數(shù)，進(jìn)行邏輯處理后，統(tǒng)一輸出停機(jī)、停爐、快關(guān)調(diào)門、關(guān)閉抽汽逆止門等保護(hù)信號(hào)及各種報(bào)警信號(hào)。ETS是電廠熱控設(shè)備中最重要的保護(hù)系統(tǒng)之一，無(wú)論其拒動(dòng)或誤動(dòng)都將造成非常嚴(yán)重

6、的后果，提高汽輪機(jī)ETS的準(zhǔn)確性、快速性和可靠性是非常必要的。目前國(guó)內(nèi)機(jī)組配備的汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)，多數(shù)采用冗余PLC實(shí)現(xiàn)保護(hù)邏輯代替采用分立元件搭建的跳閘邏輯回路，使得保護(hù)邏輯回路的故障率大大降低，ETS裝置可靠性有了較大的提高，相對(duì)來(lái)說(shuō)ETS系統(tǒng)AST電磁閥的硬繼電器回路及電源回路的故障率相對(duì)較高。由于ETS系統(tǒng)的AST電磁閥為長(zhǎng)期帶電運(yùn)行所以一般采用直流電源，而ETS系統(tǒng)控制電源多采用交流電源，導(dǎo)致ETS系統(tǒng)存在多種電源共存現(xiàn)象。如果電源回路設(shè)計(jì)繁復(fù)或考慮不周全，容易造成保護(hù)系統(tǒng)可靠性降低。因此提高ETS系統(tǒng)AST電磁閥回路及電源回路供電回路的可靠性對(duì)ETS系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行就顯得十分

7、重要。2 系統(tǒng)概述 某電廠#3機(jī)組ETS系統(tǒng)，保護(hù)功能有：汽輪機(jī)電超速保護(hù)；軸向位移保護(hù)；軸承振動(dòng)保護(hù)；脹差大保護(hù)；軸承潤(rùn)滑油壓低保護(hù)； EH油壓低保護(hù)；凝汽器真空低保護(hù)；MFT主燃料跳閘保護(hù)；DEH失電停機(jī)保護(hù)；發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)；手動(dòng)停機(jī)保護(hù)。其主機(jī)控制器采用OMRON的C200HE型PLC，與DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換采用硬接線方式。保護(hù)邏輯雙通道冗余設(shè)計(jì)，電源系統(tǒng)均為雙路供電。ETS裝置的跳閘邏輯控制回路為雙通道，各自完全獨(dú)立，雙通道同時(shí)工作，任一通道均可跳閘。ETS裝置各保護(hù)回路均設(shè)有切/投開(kāi)關(guān)，可對(duì)每個(gè)回路進(jìn)行在線試驗(yàn)維修，在試驗(yàn)或維修過(guò)程中跳閘保護(hù)功能仍然有效。ETS裝置內(nèi)設(shè)雙路自動(dòng)切換電源

8、，對(duì)內(nèi)部單元回路冗余供電。ETS裝置的報(bào)警功能可通過(guò)裝置上的試驗(yàn)按鈕試驗(yàn)，也可通過(guò)汽輪機(jī)操作盤上的試驗(yàn)按鈕試驗(yàn)。ETS裝置設(shè)計(jì)線路簡(jiǎn)單可靠，電氣硬件采用進(jìn)口的可編程控制系統(tǒng)，以提高ETS裝置可靠性，確保機(jī)組安全運(yùn)行。ETS裝置內(nèi)重要停機(jī)信號(hào)（如轉(zhuǎn)速、真空過(guò)低、抗燃油壓過(guò)低、潤(rùn)滑油壓過(guò)低等）均采用“四取二”邏輯。3 機(jī)組跳閘及故障處理機(jī)組跳閘過(guò)程如下，機(jī)組正常運(yùn)行，負(fù)荷穩(wěn)定，主要參數(shù)均正常，集中信號(hào)光字牌 “ETS直流220V電源失電”報(bào)警信號(hào)發(fā)出（該信號(hào)取自電氣供給ETS系統(tǒng)AST二通道電磁閥的220VDC電源監(jiān)視，檢查發(fā)現(xiàn)該路電源失去），且信號(hào)無(wú)法復(fù)歸，檢查發(fā)現(xiàn)該回路供電電源熔絲熔斷，控制回

9、路存在金屬性接地；由于機(jī)組尚在運(yùn)行，回路接地點(diǎn)難以判斷，又過(guò)了50分鐘，“熱控ETS直流220V電源失電”信號(hào)發(fā)出（該信號(hào)取自熱控整流裝置輸出的供給ETS系統(tǒng)AST一通道電磁閥的直流電源監(jiān)視回路），AST電磁閥一、二通道電源全部失去，電磁閥動(dòng)作，EH油壓下降，主汽門關(guān)閉，機(jī)組跳閘。ETS系統(tǒng)接地點(diǎn)查找，通過(guò)仔細(xì)檢查、分析，該接地點(diǎn)應(yīng)該在就地電磁閥處。經(jīng)認(rèn)真查找，發(fā)現(xiàn)AST電磁閥就地接線盒中，AST4電磁閥線圈的兩根引線破損，并且破損處有短路打火痕跡，接線盒上也有放電痕跡，將兩根引線進(jìn)行更換處理后，接地現(xiàn)象消失，從而確認(rèn)該處接地短路造成了此次機(jī)組跳閘。由于故障較為明顯，技術(shù)人員立即進(jìn)行故障處理，

10、更換了ETS系統(tǒng)熱控的直流電源整流裝置，對(duì)接地短路的 AST4電磁閥線圈的兩根破損的引線進(jìn)行更換處理，并對(duì)ETS系統(tǒng)控制回路進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)系統(tǒng)正常后，機(jī)組啟動(dòng)；機(jī)組啟動(dòng)后運(yùn)行情況良好，ETS系統(tǒng)運(yùn)行正常。4 故障情況分析接線施工工藝差，在改造施工接線時(shí)劃傷電纜，留下隱患，造成短路接地；檢查發(fā)現(xiàn)兩根線短路處均有劃傷的痕跡，傷痕是施工接線時(shí)剝電纜留下的，由于AST電磁閥接線盒安裝在汽機(jī)機(jī)頭處，接線盒振動(dòng)較大，加之AST電磁閥線圈長(zhǎng)帶電，使兩線短路并接地。ETS系統(tǒng)電源回路設(shè)計(jì)存在薄弱環(huán)節(jié)，一只AST電磁閥回路接地造成雙路直流電源喪失，造成機(jī)組跳閘；由于AST4電磁閥接地短路造成電氣供給ETS系

11、統(tǒng)的220VDC電源熔絲熔斷，來(lái)自電氣的ETS系統(tǒng)AST電磁閥的直流電源喪失；此時(shí)由熱控直流轉(zhuǎn)換裝置繼續(xù)給四只AST電磁閥提供電源，由于接地情況未消失，50分鐘后熱控直流轉(zhuǎn)換裝置因負(fù)載過(guò)大被燒壞，AST電磁閥直流電源全部喪失，四只AST電磁閥失電動(dòng)作，機(jī)組跳閘。5 ETS系統(tǒng)電源可靠性分析機(jī)組投入運(yùn)行以來(lái)ETS系統(tǒng)工作一直較為穩(wěn)定，由于ETS回路接地引起了機(jī)組跳閘，使技術(shù)人員對(duì)該系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行認(rèn)真分析評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)其供電回路在設(shè)計(jì)上有不安全隱患。PLC主機(jī)(220VAC)及采樣電源（24VDC），均采用雙路供電；由保安段電源與UPS段雙路輸入至ETS系統(tǒng)電源切換裝置，電源裝置輸出雙路220VAC

12、及24VDC，分別給冗余的PLC主機(jī)和PLC卡件采樣提供電源；兩路電源只要有一路輸入正常就可保證ETS裝置不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。ETS系統(tǒng)繼電器回路電源（220VAC），采用雙路供電；廠用UPS段電源給ETS一通道控制回路提供工作電源，電氣保安段給ETS二通道控制回路提供工作電源。AST電磁閥線圈勵(lì)磁電源(220VDC)，采用雙路供電；一路來(lái)自電氣送來(lái)的直流220伏電源，另一路取自電氣UPS段電源，經(jīng)熱控整流裝置送出直流220伏電源，兩路直流電源通過(guò)二極管高選給ETS系統(tǒng)兩個(gè)通道的AST電磁閥提供工作電源。PLC主機(jī)(220VAC)及采樣電源（24VDC），均采用雙路供電；由保安段電源與UPS段

13、雙路輸入至ETS系統(tǒng)電源切換裝置，電源裝置輸出雙路220VAC及24VDC，分別給冗余的PLC主機(jī)和PLC的I/O卡件采樣提供電源；由于ETS系統(tǒng)采用冗余PLC控制，兩路電源只要有一路輸入正常就可保證ETS裝置正常工作，所以因PLC失電而使保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)或拒動(dòng)的概率很低。ETS系統(tǒng)繼電器回路電源（220VAC），采用雙路供電；廠用UPS段電源給ETS一通道控制回路提供工作電源，電氣保安段給ETS二通道控制回路提供工作電源。此兩路電源中UPS段電源較為可靠，但電氣保安段電源在廠用電切換時(shí)會(huì)瞬間失電，使兩通道控制AST電磁閥的接觸器失電，造成該通道AST電磁閥動(dòng)作，如果此時(shí)，另一通道電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)、

14、發(fā)生故障或正在進(jìn)行在線通道試驗(yàn)，將會(huì)增加保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。ETS系統(tǒng)AST電磁閥電源（220VDC），其直流220伏供電回路由電氣直流電源與熱控直流整流裝置輸出的直流電源共同構(gòu)成，兩路直流電源通過(guò)二極管高選同時(shí)給4只AST電磁閥線圈供電。其供電的可靠性雖然較高但是當(dāng)出現(xiàn)任一電磁閥電源回路發(fā)生短路或接地時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致所有AST電磁閥的直流電源喪失而發(fā)生停機(jī)，本次機(jī)組跳閘就是因AST4電磁閥電源回路接地造成。同時(shí)對(duì)電源回路中使用的高選二極管元件的可靠性提出了很高要求，元件故障也將造成直流電源喪失。6 對(duì)策與實(shí)施 通過(guò)上述分析可見(jiàn)，雖然本機(jī)組ETS系統(tǒng)的供電電源均采用雙路供電，但電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為繁復(fù)，對(duì)

15、于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性，設(shè)備故障的預(yù)想預(yù)控，以及運(yùn)行方式的變化等方面考慮欠周全。例如ETS系統(tǒng)的AST電磁閥線圈為220VDC，而給AST電磁閥供電的接觸器卻采用220VAC；而且其四只AST電磁閥的電源共用一路高選后的電源，風(fēng)險(xiǎn)較為集中使電源系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)增加，同時(shí)對(duì)高選二極管的可靠度依賴性增加，使電源系統(tǒng)的可靠性大大降低。因此，我門將提高供電可靠性，作為首要目標(biāo)對(duì)供電回路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。本文中將控制AST電磁閥電源的交流接觸器改為用性能較為穩(wěn)定的西門子直流接觸器，從而取消了ETS系統(tǒng)繼電器保護(hù)回路的交流電源，用現(xiàn)有的兩路直流電源直接供給ETS系統(tǒng)的繼電器保護(hù)回路和AST電磁閥線圈。避免

16、了在廠用電切換時(shí)保安段電源會(huì)瞬間失電，使二通道控制AST電磁閥的接觸器失電，造成該通道AST電磁閥動(dòng)作情況的發(fā)生，可以減小ETS系統(tǒng)因電源故障發(fā)生拒動(dòng)和誤動(dòng)的幾率。取消原來(lái)采用的兩路直流電源經(jīng)二極管高選同時(shí)給4只AST電磁閥線圈供電的控制方式，將一、二通道的AST電磁閥勵(lì)磁電源分別供給，避免了因某一只電磁閥回路接地或短路造成所有直流電源喪失的風(fēng)險(xiǎn)。取消了電源供電回路的高選二極管，杜絕了因高選二極管故障引起的ETS直流電源喪失的情況發(fā)生。 本方案實(shí)施通過(guò)認(rèn)真分析和論證，認(rèn)為改進(jìn)方案可行，利用#3機(jī)組停機(jī)的機(jī)會(huì)將此方案進(jìn)行了實(shí)施，為確保改進(jìn)工作的順利實(shí)施，在回路改造前進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備，編制了詳盡的

17、改造施工質(zhì)量計(jì)劃書(shū)，繪制出回路的接線圖與原理圖，并利用控制回路改進(jìn)的機(jī)會(huì)，對(duì)ETS系統(tǒng)的設(shè)備元器件的可靠性進(jìn)行全面檢查，在選擇繼電器、開(kāi)關(guān)、電纜和接線端子等元器件時(shí)將可靠性高、性能穩(wěn)定作為首要條件；在施工中嚴(yán)格施工工藝，確?？刂苹芈方泳€準(zhǔn)確可靠。在施工結(jié)束后，為確保保護(hù)回路的可靠性，技術(shù)人員通過(guò)制定詳細(xì)的試驗(yàn)方案，對(duì)各種工況進(jìn)行模擬試驗(yàn)，通過(guò)運(yùn)行試驗(yàn)表明，改造后的ETS系統(tǒng)可靠性較回路改進(jìn)前有大大提高。 7 結(jié)束語(yǔ)ETS系統(tǒng)作為機(jī)組的主要保護(hù)手段，無(wú)論其拒動(dòng)或誤動(dòng)都將造成極其嚴(yán)重的后果，所以必須加強(qiáng)對(duì)該系統(tǒng)的檢查和試驗(yàn),要確保ETS系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期可靠的工作，必須利用每次機(jī)組停役和檢修的機(jī)會(huì)，對(duì)ETS系統(tǒng)的控制回路及設(shè)備進(jìn)行全面檢查試驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)ETS系統(tǒng)的測(cè)量元件都是按要求定期校驗(yàn)的，問(wèn)題較容易被發(fā)現(xiàn)；由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)、高溫等原因，