摘　要：125MW机组DCS分散控制系统汽机主保护改造中，采用PLC可编程控制器实现本体保护，将汽机保护系统纳入DCS系统集中管理。通过改造提高了汽机保护系统的控制水平。
    关键词：PLC；DEH；DCS；汽机保护 

0　概　述
　　江西贵溪电厂4×125MW机组，系上海汽轮机厂产N－125－135／535／535型超高压中间再热凝汽式汽轮机，＃3机组于1986年投产发电，2002年进行DCS分散控制系统重大技术改造。改造采用北京和利时MACS—Ⅱ分散控制系统，DEH（数字电液控制系统）与DCS为一体化设计。由于原汽机主保护系统（ETS）采用两台冗余可编程控制器（PLC）为基础的微机保护，因此在汽机保护系统的改造上，需对ETS与DCS、DEH进行一体化合理设计，确保汽机保护系统的安全可靠运行。本文就＃3机组汽机保护系统改造方案作简要介绍。
1　数字电液控制系统（DEH）改造
　　数字电液控制系统（DEH）由计算机控制装置和液压伺服执行机构两大部分组成。改造采用低压透平油纯电调DEH方案，该方案是在二次脉动油路上增加一个由电液转换器（即伺服阀）、可调节流阀、压力传感器等部套构成的电液放大器，用以代替泵液压放大器生成二次脉动油压，并通过二次脉动油压去控制四个调节阀油动机，以实现DEH对汽轮机的控制。该方案可以利用原油动机和液压油源，系统简洁，成本低。
2　液压保安系统改造
　　为了提高机组在启动时的可控性，把挂闸、打闸、开主汽门的操作集中到主控室进行，将现场手动操作的启动阀取消，增加挂闸电磁阀、遮断电磁阀和开主汽门电磁阀，保留原停机电磁阀和超速限制电磁阀。保留原机组的机头手动停机按钮、机械超速装置及喷油试验装置。液压保安系统见图1。


　　液压保安系统由超速、危急遮断、挂闸、试验等部分组成。工作原理：当操作员单击DEH主控画面上“挂闸”按钮，复位电磁阀4YV、开主汽门电磁阀2YV带电；挂闸电磁阀1YV带电，危急遮断器的撑钩在复位油的作用下挂上，安全油压建立；挂闸电磁阀1YV和复位电磁阀4YV失电，危急遮断油门上腔失压，恢复至备用状态。挂闸完成后，由操作员点画面中的“运行”按钮，开主汽门电磁阀失电，启动油建立，主汽门开启。当打闸回路发出动作指令时，遮断电磁阀3YV和原磁力断路油门5YV均带电泄去安全油，且开主汽门电磁阀2YV和电磁阀6YV均带电动作又泄掉启动油及二次脉动油，使所有主汽阀和调节阀快速关闭，调门开度关至零。
　　遮油电磁阀为一双向带机械位置锁紧的二位四通电磁阀。机组启动前（高压电动油泵开启前）左侧电磁阀带电，阀芯处于左侧位置，安全油压接通排油。需要建立安全油压时，右侧电磁阀带电，阀芯处于右侧位置，压力油通过节流孔建立起安全油压。该电磁阀是带位置锁紧式，正常运行时，电磁阀不需要长期通电。停机电磁阀通电时安全油压接通排油，泄去安全油压，使主汽门关闭。超速限制电磁阀在通电时二次油压接通排油，泄去二次脉动油，使调速汽门关闭。
　　DEH遮断电磁阀与原系统ETS的停机电磁阀并接在安全油路上，发生紧急停机信号时，两电磁阀同时带电，组成冗余配置，使可靠性得以提高。
3　汽机保护回路改造
3．1　DEH打闸保护：
    DEH打闸保护有以下动作条件：
　　A：手操盘打闸；B：ETS动作；C：超速110％；D：脱网状态下，测速通道全故障；E：脱网状态下，油动机到紧急手动；F：整定时，转速大于100rpm。
　　当以上任意一套保护动作后，主汽门关闭遮油电磁阀和超速限制电磁阀动作，迅速关闭主汽门和调速汽门，使机组紧急停机，并向ETS系统发出DEH打闸保护动作指令。当汽机已跳闸信号发出时，将DEH打闸保护动作指令复位，使关闭主汽门遮油电磁阀失电复位。该电磁阀是带位置锁紧式，能保持失前状态，确保安全油压的释放。
3．2　电超速保护（OPC）
　　DEH系统设计时，具有转速控制功能，并增加了三只测速探头，测量转速信号，所以将电超速保护设计在DEH系统更为合理。
　　动作原理：当机组甩负荷时，为避免超速，DEH中设有接受油开关跳闸信号和103％n0转速信号的OPC回路。当上述信号发生时，发出OPC信号，通过硬接线使关调速汽门电磁铁带电，迅速关闭调节阀，并同时使伺服板的输入置0，维持汽机转速在3000r／min，防止汽机超速。当OPC信号恢复后，电磁阀失电，二次脉动油又恢复受电液伺服阀控制。
3．3　汽机本体保护（ETS）改造
　　原微机保护系统采用PLC可编程控制器，控制功能较先进，所以汽机本体保护仍采用原保护系统，取消原本体保护电超速保护回路，电超速保护功能由DEH系统实现。增加一套DEH打闸保护，机组本体保护共有八套。
　　A、超速保护；（14％）；B、轴向位移及推力轴承回油温度保护；C、高压缸相对膨胀保护；D、低真空保护；E、支持轴承回油温度保护；F、润滑油压低保护；G、发电机差动保护；H、DEH打闸保护。
　　动作原理：当以上任意一套保护动作后，主汽门关闭电磁阀和电超速电磁阀动作，迅速关闭主汽门和调速汽门，使机组紧急停机。并向DEH发出本体保护（ETS）动作指令。
　　当甲乙两侧主汽门、甲乙两侧中联门关闭（采用四取二）和DEH系统汽机已跳闸信号发出时，延时3秒后，PLC内接受主汽门关闭指令，本体保护动作指令复位，使关闭主汽门和关闭调速汽门电磁阀失电，并向DCS系统发出联动指令和报警信号。
3．4　ETS与DEH打闸逻辑功能
　　ETS与DEH打闸逻辑图见2。为实现ETS与DEH之间相互联系，在ETS打闸信号回路接入DEH打闸动作指令，在DEH打闸信号回路接入ETS打闸动作指令，只要其中之一回路动作时，均能实现二路电磁阀同时带电，实现紧急停机。
　　原ETS动作回路设计是，当本体保护动作后，电磁阀带电，释放安全油压，启动阀内排油空接通安全油压，主汽门关闭后，本体保护动作指令复位，电磁阀失电，能满足原系统要求。
　　保安系统改造后，当ETS系统动作由动作到复归，停机电磁阀失电，将排油口关闭，此时，如果DEH遮断电磁阀还未来得及动作，会重新建立安全油压，系统仍认为是在开机状态，这样当主汽门关闭后会出现自动开启，严重威胁机组安全。所以保护必须考虑对ETS系统改进，增加本体保护ETS动作指令复归条件，采用主汽门关闭和汽机已跳闸条件相与，并延时3秒，汽机已跳闸信号取DEH系统安全油压未建立判断条件。原本体保护内设有保护信号自保持功能，当本体保护动作时，如果主汽门关闭和汽机已跳闸条件其中之一未满足时，本体保护动作指令信号一直向DEH系统发出，确保安全油压的释放。
　　由于主汽关闭的时间经测试为2S，所以本体保护动作指令从发出到复归，正常情况下有5S的时间，足以使DEH遮油电磁阀动作。由于主汽门关闭后联跳发电机，取的是延时3秒后的信号，在原本体保护（ETS）内实现，所以主汽门关闭后延时时间不能太长，必须保证主汽门关闭后发电机及时跳闸。
　　ETS与DEH之一回路动作时，都会使关调速汽门电磁铁带电动作，能快速关闭调速汽门。为实现本体保护ETS与DEH保护打闸联动逻辑的功能，在PLC内部进行组态修改，同时也考虑了硬接线连接方式，使得保护系统更加可靠。



　　由于原本体保护未设计上位机数据管理，运行人员通过操作台进行监视操作，本次改造取消原微机保护操作台，在DCS系统操作员站设有本体保护画面进行显示。保护投入、切除通过微机保护控制柜内投入、切除开关实现。
　　在MACS—Ⅱ系统在线运行画面上，单击“本体保护”按钮，即进入ETS的“主控画面”；ETS的操作画面包括主控画面、试灯按钮、汽机辅联锁。操作员通过单击菜单，可方便地进行画面切换。
　　主汽门关闭联动：主汽门关闭后，联跳发电机，在原本体保护（ETS）内实现。联跳给粉机在SCS系统实现。并向DCS系统发出主汽门关闭信号。
　　＃1—＃5水控抽汽逆止门控制，＃1—＃2水控抽汽逆止门控制，后缸喷水控制、发电机断水保护由SCS系统实现，其操作画面在本体保护画面内。
　　本体保护动作信号进入DCS系统SOE事故记忆画面。
5　干扰信号隔离
    主保护回路的发电机差动信号和发电机油开关跳闸信号因距离太长（约180米），PLC查询电压为24V，容易误发信号。改进方法是通过在中间增加220V的隔离继电器，提高抗干扰能力。
6　结束语
　　改造后的汽机保护系统具有管理集中、分散度强、冗余配置的特点，汽机保护以CRT为中心进行运行监控，具有友好的人机界面，运行人员可以在DCS系统在线运行画面上进行监视操作，减轻了运行人员的劳动强度，提高了控制水平。
　　汽机保护系统的动作信号DI、DO点接入DCS系统SOE事故记忆，在机组故障时为运行人员准确快速处理事故和事故的分析提供了重要的依据，提高了机组的安全运行小时及等效可用系数。
　　保护系统在设计时充分考虑ETS、DEH、DCS之间的联系，系统可靠性大大提高，避免了保护系统出现误动和拒动的可能，确保了机组的安全运行。