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利用WDPFDEH-MODⅢ修改汽轮机保护逻辑的工程实践 |
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| 利用WDPFDEH-MODⅢ修改汽轮机保护逻辑的工程实践 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-23 14:36:39  |
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0 概述
目前，各发电厂投用的汽轮机保护系统基本上采用继电模式实现其逻辑功能。继电系统一经投运，再要修改其逻辑关系，工作量相当大。同时，继电器柜内接线多，易出错，不易实现复杂的逻辑关系和实现对每个元件的自动故障诊断。如现场接线松动将引起保护系统误动或拒动，使保护系统本身产生不安全因素，且若设备存在接线及焊头等质量问题而未及时解决，将使保护系统可靠性大大降低。此外，生产实践中还会出现临时修改保护逻辑的问题。因此，如何做到既能使保护系统安全、可靠，又能使保护逻辑的实现和修改快速、简捷，是热控人员面临的现实问题。将成熟的现代计算机控制技术引入到汽轮机保护系统中，可有效地解决这类 问题。
分散控制系统(DCS)采用冗余技术和容错技术，具有故障自诊断功能。通过配置无中断自动控制系统及其自身所具有的、完善的故障诊断功能，系统平均无故障时间MTBF可达105d，平均修复时间MTTR为10-2d，系统利用率达99.9999，可靠性和安全性很高。以美国Westinghouse的WDPF系统为例，由于该系统的高技术含量和高可靠性，目前已在全球范围被广泛采用；国内的丰城、外高桥、吴泾、曲靖、靖远及望亭等火电厂均使用了该系统。只要选用足够成熟的计算机控制系统，扩大其在保护逻辑上的应用，同样可保证保护系统的可靠性和安全性。
许多电厂汽轮机保护功能在设计时，大多采用继电器硬接线形式实现。利用DCS对保护逻辑进行改进并加以实现，要求DCS具有一定的闲置资源可供使用。以上海外高桥电厂300MW中间再热机组汽轮机所配用的WDPFDEH-MODⅢ控制系统为例，其功能分散在5个站中，1号站用于控制给水泵小汽轮机(BDPT)，2号站为超速保护控制站(OPC)，3号站为操作员自动站(OA)，4号站为转子应力计算站(RS)，5号站为自动汽轮机控制站(ATC)。在配置系统资源时，DEH只使用了其中一部分，整个系统还有许多闲置资源可供开发利用。以OPC为例，其DPU中资源的使用量和闲置量列于表1。
表1 OPC站DPU的资源配置
区 域资 源DATE
AREA
CTRL
AREA
1CTRL
AREA
2CTRL
AREA
3CTRL
AREA
4CTRL
AREA
5USED28.210.20000AVAIL93.853.864.064.064.032.0
1 利用DEH修改保护逻辑的方法
1.1 实现保护功能的硬件配置
主汽轮机4个站的DPU均有闲置资源可供利用，在修改保护逻辑时选择何站DPU来实现保护功能是首要问题。选择方法是：(1)在OPC中，系统设置了一个保护功能，即冗余电源均失电或冗余的DPU均故障时，系统向ETS送出汽轮机遮断信号，经被控电磁阀迅速切断汽轮机进汽汽源，汽轮机停运，防止系统失控造成设备和人身事故。因此，修改后的保护功能逻辑图宜放在OPC，确保保护逻辑的可靠执行。(2)根据风险分散原则，修改后的保护逻辑输入信号宜分别从不同槽号的开关量输入(QCI)卡中输入。(3)修改后的保护逻辑输出信号通过继电器输出(QRO)卡输出，信号类型为“ 可强制点(DL)”。(4)控制系统和保护系统都要用的过程量分别从不同的I/O通道输入。
1.2 工程实践
上海外高桥发电厂300MW汽轮机组由上海汽轮机有限公司引进美国西屋技术制造，型号N300-16.7/538/538，为亚临界中间再热双缸双排汽凝汽式，控制系统为WDPF的DEH-MODⅢ型数字电液调节系统。机组从汽轮机首处到发电机励磁机处共有7道轴承，每道轴承均装有1个美国本特利公司3300系列的复合式振动传感器，监测轴承座和转子振动。设计时的振动保护逻辑为：7道轴承振动中任一道轴承振动达到跳机值(1～4号为254μm，5～7号为318μm)时，汽轮机跳闸。根据运行实践发现，该振动保护易因某个振动传感器故障引起误跳机，故决定将振动保护逻辑修改如下：7道轴承振动中的某道轴承振动达到跳机值，而其余6道轴承中的任一道振动达到报警值时，汽轮机跳机；任2道轴承振动都达到跳机值时，汽轮机也跳机。
修改后的逻辑考虑了汽轮机振动的实际状况及热工一次元件可靠性等多种综合因素，若用继电器硬接线形式实现，至少要15个中间继电器，构成回路时工作量大，且机柜内将密布二次线，易造成继电器端子上的二次线松动，系统可靠性降低。利用WDPFDEH-MODⅢ实现修改后的振动保护逻辑图示于图1。其中VBTTRIP为最终输出的跳机信号。上述方案于1998年2月在该厂机组检修过程中实施。在保护逻辑修改过程中，按“同一道轴承的报警值和跳机值从同一个QCI卡件中输入”方式布置，除需利用系统已有的输入、输出卡件配置好所需的输入和输出信号外，其它只需调用DPU内的加法器、高值比较器、定值器及转换器等功能块，通过软件编程即可实现新的振动保护逻辑。与采用继电器接线形式实现的方案相比，该方案工作量大大减少。
图1 修改后的保护逻辑图
2 投运情况
利用DEH实现的保护逻辑于1998年4月正式投用，效果十分明显，至今未发生任何因系统本身原因造成的异常情况，并成功地避免了一起因传感器故障引发机组MFT事故。整个过程如下：1999年初，一台汽轮机某道轴承的DEHCRT显示值从80μm左右“慢慢爬升”到290μm左右(跳机值为254μm)，此时该瓦油温没有变化，其余轴承的振动值也无特殊改变。有关人员仔细检查发现，该道轴承的复合式振动传感器发生故障，导致其输出出现异常。按原来的保护逻辑，汽轮机将跳闸，引发MFT事故，但该机组采用DEH对保护逻辑作了修改，避免了这次由热工设备本身原因引发的MFT事故。鉴于效果明显，目前其余3台机组均已利用DEH对逻辑作了修改，投入实际应用。
3 利用DCS修改汽轮机保护跳闸逻辑的特点
3.1 安全性好，可靠性高，灵活度大
由于DEH中的DPU和其电源均采用冗余配置，且系统具有先进的自诊断功能，保证了逻辑安全、可靠地执行。在近1a的投用过程中，系统未发生任何因本身原因而中断逻辑执行情况，说明这种实现方法的安全性、可靠性的确得到了保障。以前的热控保护逻辑设计一般遵循越简单越好的原则，主要是这些逻辑由继电器实现，继电器柜中的二次线太多，降低了系统的安全和可靠性，使逻辑本身的严密性不够。采用现代计算机控制技术，可随时根据需要对逻辑进行修改，系统灵活性大大增加。
3.2 逻辑易于实现，工作量大幅度减少
汽轮机振动跳闸保护仅是整个汽轮机遥控跳闸保护逻辑的一个组成部分，整个汽轮机遥控跳闸系统只用了13个继电器，均安装在1个继电器柜中。若实现上述新的振动保护方案至少要用15个继电器，还必须在现有电子室内增加1个继电器柜。另外，以继电器硬接线形式实现该逻辑，从元器件准备到继电器柜布置、安装及二次线连接、系统调试，至少要1周左右时间，且还需动用采购、运输、起重、电焊和瓦工等工种。采用现代计算机控制技术，不到半天即可完成整个逻辑修改和调试工作，减少了大量硬接线，工作量大大减少，系统可靠性提高。
3.3 有利于保护系统监视、维护和消缺
DCS具有完善的自诊断功能，梯形逻辑图又直观地反映了保护逻辑的运行过程，有关人员可对保护系统随时进行监视，如一次元件接线松动，CRT立刻显示报警信息，提醒维修人员检查；保护逻辑运行到何处中断，均可从CRT观察。此外，还使维修工程师的日常维护和消缺变得更方便，只要利用DEH节点强制技术，通过键盘就可轻松地使任一道轴承振动跳机保护暂时停用，无需通过现场拆线或硬接线短接方式来解除该道保护。
4 结束语
对于已投入商业运行的火电厂，采用现代计算机控制技术可使原来很难修改和实现的复杂逻辑变得容易。开发利用DCS各功能的闲置资源，进行保护逻辑修改，可使工作量大大减少，有利于保护系统监控和维护，提高系统的安全性和可靠性，是一种快捷、经济的方法。 |
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