某電廠1050MW汽輪發(fā)電機(jī)組采用東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、單抽、抽凝式汽輪機(jī)，型號(hào)為N1050— 26.25/600/600。該汽輪發(fā)電機(jī)組共分11個(gè)軸瓦，其中1～8瓦對(duì)應(yīng)高壓缸、中壓缸和兩個(gè)低壓缸側(cè)，9瓦和10瓦對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)，11瓦對(duì)應(yīng)勵(lì)磁機(jī)側(cè)。

汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)（turbine supervisoy instrument, TSI）采用本特利3500系列在線監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軸振、蓋振、軸位移、偏心、轉(zhuǎn)速、脹差、熱膨脹等汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的長(zhǎng)期連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。本文主要針對(duì)在TSI運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行研究并提出相應(yīng)的解決方案，以提高TSI的可靠性。

1 TSI繼電器輸出模件

1.1 模件設(shè)置

該TSI模件機(jī)架配置有一塊3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件和一塊3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件。其中，3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件負(fù)責(zé)接收3500/42M軸承振動(dòng)檢測(cè)模件送來的軸承振動(dòng)大報(bào)警和跳閘信號(hào)，并輸出1路軸承振動(dòng)大報(bào)警信號(hào)、10路軸承振動(dòng)大跳閘信號(hào)。

該繼電器模件通道1對(duì)應(yīng)輸出軸承振動(dòng)大報(bào)警信號(hào)送至分散控制系統(tǒng)（distributed control system, DCS）報(bào)警，通道2～11分別對(duì)應(yīng)輸出1～10瓦軸振大跳閘信號(hào)送至汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)（emergency trip system, ETS）。

3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件負(fù)責(zé)接收3500/42M軸位移檢測(cè)模件送來的軸位移大報(bào)警和跳閘信號(hào)，并輸出1路軸位移大報(bào)警信號(hào)和3路軸位移大跳閘信號(hào)。該繼電器模件通道1對(duì)應(yīng)輸出軸位移大報(bào)警信號(hào)至DCS報(bào)警，通道2～4分別對(duì)應(yīng)輸出3路軸位移大跳閘信號(hào)至ETS。TSI機(jī)架繼電器模件配置如圖1所示。

圖1 TSI機(jī)架繼電器模件配置

1.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

從該TSI配置可以看出，一旦負(fù)責(zé)汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大保護(hù)輸出的3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件發(fā)生故障而誤發(fā)信號(hào)，將造成輸出至ETS的3路軸振大跳閘信號(hào)誤發(fā)，導(dǎo)致軸承振動(dòng)大保護(hù)誤動(dòng)。

同樣，如果作為汽輪機(jī)軸位移大保護(hù)輸出的3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件發(fā)生故障而誤發(fā)信號(hào)，也會(huì)造成軸位移大保護(hù)誤動(dòng)。

在國(guó)家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中第9.4.3條款要求“所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用‘三取二’或‘先或后與四取二’的邏輯判斷方式，保護(hù)信號(hào)應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對(duì)獨(dú)立的原則”。該TSI配置方式不滿足要求，TSI裝置的軸承振動(dòng)、軸位移保護(hù)繼電器輸出模件實(shí)際為單點(diǎn)保護(hù)方式。

1.3 優(yōu)化措施

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》中第15.6.1條款規(guī)定“機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：冗余的I/O信號(hào)應(yīng)通過不同的I/O模件引入”。

對(duì)該主機(jī)TSI軸振大信號(hào)、軸位移大信號(hào)設(shè)計(jì)在同一塊模件的問題采取冗余保護(hù)分模件處理，以提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，即在原主機(jī)TSI機(jī)架上增設(shè)一塊3500/33(1-12)-16通道繼電器輸出模件，與原有3500/33(1-13)-16模件和3500/32M(1-14)-4模件組成三條獨(dú)立的I/O模件回路。優(yōu)化后的TSI機(jī)架繼電器模件配置如圖2所示。

同時(shí)調(diào)整相應(yīng)繼電器模件的輸出通道配置，由這3塊繼電器模件分別輸出軸振大停機(jī)信號(hào)、軸位移大停機(jī)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)送往ETS的3路軸振大保護(hù)信號(hào)及3路軸位移大保護(hù)信號(hào)輸出完全獨(dú)立并且冗余，通過ETS進(jìn)行三取二邏輯判斷，提高保護(hù)邏輯的穩(wěn)定性和可靠性。

圖2 優(yōu)化后的TSI機(jī)架繼電器模件配置

2 輸出跳閘回路接線

2.1 接線設(shè)置

該TSI 3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件由通道2～11分別對(duì)應(yīng)輸出1～10瓦軸振大跳閘信號(hào)，該10路軸振大跳閘信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)TSI柜內(nèi)REL2至REL11共10個(gè)跳閘繼電器，再由這10個(gè)跳閘繼電器輔助觸點(diǎn)分別輸出10路信號(hào)至TSI柜內(nèi)端子排，并在端子排處經(jīng)過環(huán)接后最終輸出3路軸振大跳閘信號(hào)至ETS。優(yōu)化前的TSI軸振大跳閘回路流程如圖3所示。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

如果TSI柜內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)10個(gè)跳閘繼電器動(dòng)作的10路軸振大跳閘信號(hào)線中任意一路發(fā)生短路，或者10個(gè)繼電器中任意一個(gè)繼電器出現(xiàn)故障導(dǎo)致輔助觸點(diǎn)閉合，又或者在端子排環(huán)接處的10路信號(hào)中任意一路發(fā)生短路[8]，均會(huì)輸出3路軸振大跳閘信號(hào)至ETS，造成ETS保護(hù)誤動(dòng)，機(jī)組跳閘。

2.3 優(yōu)化措施

由這三塊繼電器輸出模件分別輸出六組跳閘信號(hào)，即新增3500/33(1-12)-16通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號(hào)代表“1～5瓦軸振大跳閘信號(hào)1”，通道4輸出一路信號(hào)代表“6～10瓦軸振大跳閘信號(hào)1”，這兩路跳閘信號(hào)在端子排處環(huán)接成第一路軸振大跳閘信號(hào)送至ETS。

同樣地，原有的3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號(hào)代表“1～5瓦軸振大跳閘信號(hào)2”，通道4輸出一路信號(hào)代表“6～10瓦軸振大跳閘信號(hào)2”，這兩路跳閘信號(hào)在端子排處環(huán)接成第二路軸振大跳閘信號(hào)送至ETS。原有的3500/ 33(1-14)-4通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號(hào)代表“1～5瓦軸振大跳閘信號(hào)3”，通道4輸出一路信號(hào)代表“6～10瓦軸振大跳閘信號(hào)3”，這兩路跳閘信號(hào)在端子排處環(huán)接成第三路軸振大跳閘信號(hào)送至ETS。

圖3 優(yōu)化前的TSI軸振大跳閘回路流程

改成此種接線方式后，從繼電器輸出模件到跳閘繼電器，再到柜內(nèi)輸出至ETS的端子排，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)回路獨(dú)立，避免保護(hù)誤動(dòng)。優(yōu)化后的TSI軸振大跳閘回路流程如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后的TSI軸振大跳閘回路流程

3 軸承振動(dòng)大跳閘邏輯

3.1 邏輯設(shè)置

該汽輪發(fā)電機(jī)組1～10瓦每個(gè)瓦都分別裝有X向和Y向兩個(gè)軸承振動(dòng)傳感器，9～11瓦還分別裝有X向和Y向兩個(gè)蓋振傳感器。該機(jī)組TSI的汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大跳閘邏輯設(shè)置為：當(dāng)1～10瓦中任一瓦的任一方向軸承振動(dòng)達(dá)到跳閘值或者9～11瓦中任一瓦的任一方向瓦振達(dá)到跳閘值就會(huì)觸發(fā)軸承振動(dòng)大保護(hù)使汽輪機(jī)跳閘[9]。

3.2 存在風(fēng)險(xiǎn)

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果在振動(dòng)傳感器或前置器附近使用對(duì)講機(jī)等大功率通信設(shè)備時(shí)，會(huì)對(duì)傳感器的輸出信號(hào)產(chǎn)生較大干擾，振動(dòng)監(jiān)測(cè)值發(fā)生明顯變化，造成信號(hào)失真，有保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

由于就地傳感器安裝質(zhì)量或前置器及信號(hào)電纜接線松動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)異?；蜻_(dá)到跳閘值，單個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值達(dá)到跳閘值就觸發(fā)跳閘保護(hù)的邏輯設(shè)置屬于典型的單點(diǎn)保護(hù)邏輯，存在較大的保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，不符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》相關(guān)規(guī)定。

3.3 管控及優(yōu)化措施

嚴(yán)禁在臨近振動(dòng)傳感器或前置器區(qū)域使用對(duì)講機(jī)或手機(jī)等大功率通信設(shè)備，嚴(yán)禁磁性物體靠近振動(dòng)傳感器。安裝振動(dòng)傳感器時(shí)調(diào)整其間隙電壓為DC 10V±0.25V，以保證其測(cè)量的準(zhǔn)確性。檢查信號(hào)電纜接頭有無油污等雜質(zhì)，使用酒精或?qū)Ｓ们逑磩┣謇砀蓛艉笤龠B接接頭，擰緊后包上絕緣膠帶或熱縮管。

為解決TSI軸振大跳閘邏輯缺陷，經(jīng)過深入調(diào)研，并征求汽輪機(jī)廠家及設(shè)計(jì)院意見，做出如下保護(hù)邏輯優(yōu)化方案：9～10瓦的振動(dòng)保護(hù)邏輯中已有軸振保護(hù)，不必再設(shè)置瓦振保護(hù)，所以取消9～11瓦的瓦振保護(hù)邏輯，改為DCS顯示及報(bào)警使用。

優(yōu)化后的軸承振動(dòng)大跳閘邏輯為：1～10瓦中任一瓦的任一方向振動(dòng)的跳閘值與上其他瓦的振動(dòng)報(bào)警值觸發(fā)軸承振動(dòng)大跳閘保護(hù)。以1瓦為例，保護(hù)邏輯組態(tài)為：((S03C01P##A2+S03C02P##A2)* (((((S03C03P##A1+S03C04P##A1)+S04C##A1)+S05C##A1)+S06C##A1)+S07C##A1))，即1X跳閘值或1Y跳閘值與上2～10瓦中任一瓦的任一方向報(bào)警值。優(yōu)化后的1瓦軸振大跳閘邏輯如圖5所示。

圖5 優(yōu)化后的1瓦軸振大跳閘邏輯

4 結(jié)論

該電廠通過增加TSI繼電器輸出模件實(shí)現(xiàn)模件信號(hào)輸出完全獨(dú)立并且冗余，改進(jìn)跳閘回路接線實(shí)現(xiàn)信號(hào)回路獨(dú)立，采取有效的抗干擾措施，優(yōu)化振動(dòng)保護(hù)邏輯中的單點(diǎn)保護(hù)邏輯，消除了TSI保護(hù)回路中的單點(diǎn)保護(hù)問題，降低保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)可靠性，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，也可為其他同類型機(jī)組提供參考依據(jù)。

本文編自2022年第11期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“某1050MW汽輪機(jī)組安全監(jiān)視系統(tǒng)保護(hù)回路現(xiàn)狀分析及優(yōu)化措施”，作者為劉鐵柱、張佳興。