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摘 要：汽轮发电机组TPS（汽轮机保护系统）是汽轮机安全保护的一个重要部分，其工作状态的好坏直接决定着机组运行的安全性。我们亦为原系统的不稳定性付出了代价。我们将TPSTU02端子板升级为TPSTU12端子板，并在回路中引入冗余和容错逻辑后，经各项试验，TPS保护动作正常，各项技术指标满足机组安全稳定运行的要求，可以克服原TPS存在的误动隐患。本文就此次改造的原因、改造方案及改造效果进行阐述。
关键词：TPS；升级；改造
1、 现状分析
湘潭電厂600MW机组DCS采用的是ABB公司SYMHPONY系统，其DEH的汽轮机跳闸保护主要通过TPS实现，TPS是TURBINE PROTECTION SYSTEM（汽轮机保护系统）的英文缩写。TPS主要由3块TPS02模件及以电缆连接的一个 TPSTU02 端子组成。所有与电子超速保护有关之功能皆由模件及端子单元监测和完成。这套汽轮机保护系统采用三冗余输入方式、三选二保护逻辑及在线试验的能力以提高可靠性。TPS 模件利用模件板上的处理器及存贮器以处理输入数据，控制输出及与 DCS控制系统进行通讯。TPS的超速保护功能有：超速限制保护，汽轮机跳闸低压遮断，汽轮机跳闸高压遮断，功率不平衡保护。
由于TPSTU02的固有缺陷，在使用中出现过使机组主保护误动事件，严重影响到我厂600MW机组的安全经济运行。2009年11月，#3机正常运行中，DEH的OPC保护动作，使调门关闭、连锁关闭各段抽汽、使给泵跳闸，最终导致停炉停机。设备部、控制部和湖南电力试研院的专家共同分析后认为：由于未查到OPC动作的任何触发条件及OPC动作记录，端子板上继电器和外部继电器的误动将是导致停机的最大可能原因。
TPSTU02端子板的供电回路也存在设计缺陷，曾出现过一路输入信号接地导致整块端子板I/O信号失电的事件。TPSTU02端子板所有就地I/O信号共用一个电源保险，当一个信号出现接地或短路故障时，电源保险熔断，使端子板上由内部供电的就地I/O信号失去电源，机组主要保护失效，极大危胁机组安全。
以上事件均与TPS端子板直接相关，该型号端子板已成为一颗定时炸弹，随时对机组运行构成威胁。
2、 解决方案与措施
经与ABB公司协商，拟将TPSTU02端子板升级为TPSTU12端子板。与电科院相关专家交换意见后，最终形成如下方案。
采用TPSTU12端子板，每路外部信号都有各自的电源保险，信号总电源由PCU柜电源引入，通过各电源保险后分配到对应的就地I/O回路。由端子板供电的就地I/O回路包括：汽机已挂闸、发电机已并网、中压缸排汽压力、汽轮机转速、发电机功率。新的电源分配回路消除了原来所有就地I/O信号共用一个电源保险带来的安全隐患，当发生任何一路就地I/O信号故障或接地时，支路中较小容量的保险熔断，对总电源和其他信号不产生影响，体现了风险分散的原则。
在至ETS的跳闸回路中，取消原DCS主模件BRC300从TRO04端子板输出的跳闸及负荷不平衡部分，只保留TPSTU12端子板本身保护回路，主模件BRC300的输出通过TPSTU12端子板实现。避免了原BRC300输出端子板的继电器故障导致保护误动的可能。
OPC（超速限制）三取二保护回路接线原理如右图所示：将OPC继电器1常闭接点TB4-1/2与OPC继电器2常闭接点TB5-1/2并联。然后再与BRC300驱动的两个外部OPC继电器形成“三取二”动作逻辑。OPC继电器1常闭接点TB4-3/4与OPC继电器2常闭接点TB5-3/4并联，送至SOE产生事故记录。OPC能在无需汽机跳闸的情况下，以超速保护遮断集成块关闭高压调阀及中压调阀来避免机组转速进一步上升。此功能由两个条件启动：（1）汽轮机转速超过超速保护 OSP 设定值（一般为额定转速的 103%）；（2）汽轮机功率超过一最低设定值时发电机油开关开启（此动作不受汽轮机实际转速影向而是为预期的超速可能作预备）。
DEH至ETS跳闸出口接线原理： TRIP继电器1常闭接点TB12-1/2与EHC继电器1常闭接点TB6-1/2串联， TRIP继电器2常闭接点TB13-1/2与EHC继电器2常闭接点TB7-1/2串联，这两路并联形成“ETS停机1”信号后送至ETS。同时该路“ETS停机1”信号与“DEH失电”至ETS的保护信号“ETS停机2”并联。ETS停机1由端子板上四个跳闸输出继电器按串并结构连接，极大的降低误动率，降低继电器故障时发生保护误动的可能性。TRIP继电器2常闭接点TB13-3/4与EHC继电器4常闭接点TB9-1/2并联后送至DCS产生SOE事故记录。TRIP继电器动作后，将打开高压遮断集成块的4个电磁阀，快速泄放高压遮断母管的油压，关闭汽轮机的所有进汽阀。TRIP继电器动作条件为汽轮机实际转速超过预定值，该值一般为额定转速的 110%。
负荷不平衡四个继电器提供四个常闭接点，每个接点分别控制一个中调门的负荷不平衡电磁阀。负荷不平衡电磁阀动作逻辑为：以功率（电负荷输出）及中压缸排汽压力（机械功量输入）作比较以决定是否有不平衡情况出现。当汽机机械功量输入超出电负荷输出达一设定量时将显示汽机有超速可能并短暂关闭中压调节汽阀。
为了防止TPS三路转速信号相互干扰，从汽轮机本体4号瓦至TPS端子板增加敷设2根屏蔽控制信号电缆，使三路转速信号从各自独立的电缆通道输入，有效降低信号干扰，提高可靠性。
3、改进后的效果
TPS端子板更换完毕，检查各电缆绝缘合格，接线与图纸要求相符，检查端子板接地线接地电阻合格，各电源保险容量正确，跨接器和跳线设置正确后，给端子板送电，进行相关性能试验。试验步骤和结果如下：
1）继电器动作测试 A 测试方法：跳OSP TEST开关为1-2，按测试按钮OSP两个继电器都动作。
B 测试方法：跳TRIP TEST开关为1-2，按测试按钮TRIP两个继电器都动作。
C 测试方法：跳EHC TEST为开关1-2，按测试按钮EHC4继电器动作。
D 测试方法：恢復OSP TEST为2-3，给定任意两个的Energize OSP为1，端子板上OSP1及OSP2继电器动作。
E 测试方法：恢复TRIP TEST为2-3，给定任意两个的Energize TRIP为1，端子板上TRIP1及TRIP2继电器动作。
F 测试方法：给定任意两个的Energize PLI为1，端子板上的CIV1、CIV2继电器动作。
G 测试方法：分别给定第一块、第二块、第三块TPS02的Energize EHC，相应的EHC1、EHC2、EHC3继电器动作。
H 测试方法：设置第一块TPS02的Test Relay#4为1，两个OSP继电器动作。设置第二块TPS02的Test Relay#4为1，EHC4继电器动作。设置第三块TPS02的Test Relay#4为1，两个TRIP继电器动作。
2）转速输入校验，OSP、TRIP、EHC功能测试
测试方法：由FLUCK发出频率信号，校验TPS02转速测量准确。当信号大于4280HZ（103%）时，两个OSP继电器动作，组态图中的OSP Initiated 为1，当信号大于4565HZ（110%）时，两个TRIP及四个EHC继电器动作。
3）EHC TEST 及TRIP TEST 测试
测试方法：组态中 Test Mechanical Overspeed 设定为1，加频率信号大于4648（112%）时，TRIP及EHC继电器动作，而OSP不动作；组态中 Test EHC Overspeed 设定为1，加频率信号大于4357（105%）时，TRIP及EHC继电器动作，而OSP不动作。
4）挂闸、并网信号测试
测试方法：短接相应的信号端子，检查组态中的Turbine Reset及Breaker Closed显示正常。
5）甩负荷功能检测
测试方法：同时测定三块TPS02。中排压力大于55 PSI。任意给定两个由并网变脱网的信号，两个OSP继电器动作。
6）PLI功能检测
测试方法：同时测定三块TPS02，给定三路并网信号，用加功率和中排压力信号，检测Load Imbalance 的值当大于40时，三路PLI应该都动作，PLI Initiated 为1，并保持1s。端子板上两个PLI继电器动作。
经各项试验，TPS保护动作正常，各项技术指标满足机组安全稳定运行的要求，可以克服原TPSTU02端子板误动影响机组稳定运行的问题。改造后， #3机已运行3年多，未发生任何故障，该项改造达到预期目标。
4、结束语
TPS作为汽轮机组的安全保护系统，承担了机组重要参数的监视和保护输出功能。将TPS端子板从TPSTU02升级为TPSTU12后，克服了原端子板电源分配不合理的致命缺陷。同时，跳闸输出回路通过硬接线实现串并逻辑、三取二逻辑，动作逻辑得到优化，保护误动和拒动的风险大大降低，使TPS保护动作将更加准确可靠。
参考文献
[1]《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全[2014]161号）.
[2] 大唐湘潭发电有限责任公司二十五项重点反措实施细则（2014）.
[3] ABB公司TPSTU12端子板安装调试说明书.
关键词：TPS；升级；改造
1、 现状分析
湘潭電厂600MW机组DCS采用的是ABB公司SYMHPONY系统，其DEH的汽轮机跳闸保护主要通过TPS实现，TPS是TURBINE PROTECTION SYSTEM（汽轮机保护系统）的英文缩写。TPS主要由3块TPS02模件及以电缆连接的一个 TPSTU02 端子组成。所有与电子超速保护有关之功能皆由模件及端子单元监测和完成。这套汽轮机保护系统采用三冗余输入方式、三选二保护逻辑及在线试验的能力以提高可靠性。TPS 模件利用模件板上的处理器及存贮器以处理输入数据，控制输出及与 DCS控制系统进行通讯。TPS的超速保护功能有：超速限制保护，汽轮机跳闸低压遮断，汽轮机跳闸高压遮断，功率不平衡保护。
由于TPSTU02的固有缺陷，在使用中出现过使机组主保护误动事件，严重影响到我厂600MW机组的安全经济运行。2009年11月，#3机正常运行中，DEH的OPC保护动作，使调门关闭、连锁关闭各段抽汽、使给泵跳闸，最终导致停炉停机。设备部、控制部和湖南电力试研院的专家共同分析后认为：由于未查到OPC动作的任何触发条件及OPC动作记录，端子板上继电器和外部继电器的误动将是导致停机的最大可能原因。
TPSTU02端子板的供电回路也存在设计缺陷，曾出现过一路输入信号接地导致整块端子板I/O信号失电的事件。TPSTU02端子板所有就地I/O信号共用一个电源保险，当一个信号出现接地或短路故障时，电源保险熔断，使端子板上由内部供电的就地I/O信号失去电源，机组主要保护失效，极大危胁机组安全。
以上事件均与TPS端子板直接相关，该型号端子板已成为一颗定时炸弹，随时对机组运行构成威胁。
2、 解决方案与措施
经与ABB公司协商，拟将TPSTU02端子板升级为TPSTU12端子板。与电科院相关专家交换意见后，最终形成如下方案。
采用TPSTU12端子板，每路外部信号都有各自的电源保险，信号总电源由PCU柜电源引入，通过各电源保险后分配到对应的就地I/O回路。由端子板供电的就地I/O回路包括：汽机已挂闸、发电机已并网、中压缸排汽压力、汽轮机转速、发电机功率。新的电源分配回路消除了原来所有就地I/O信号共用一个电源保险带来的安全隐患，当发生任何一路就地I/O信号故障或接地时，支路中较小容量的保险熔断，对总电源和其他信号不产生影响，体现了风险分散的原则。
在至ETS的跳闸回路中，取消原DCS主模件BRC300从TRO04端子板输出的跳闸及负荷不平衡部分，只保留TPSTU12端子板本身保护回路，主模件BRC300的输出通过TPSTU12端子板实现。避免了原BRC300输出端子板的继电器故障导致保护误动的可能。
OPC（超速限制）三取二保护回路接线原理如右图所示：将OPC继电器1常闭接点TB4-1/2与OPC继电器2常闭接点TB5-1/2并联。然后再与BRC300驱动的两个外部OPC继电器形成“三取二”动作逻辑。OPC继电器1常闭接点TB4-3/4与OPC继电器2常闭接点TB5-3/4并联，送至SOE产生事故记录。OPC能在无需汽机跳闸的情况下，以超速保护遮断集成块关闭高压调阀及中压调阀来避免机组转速进一步上升。此功能由两个条件启动：（1）汽轮机转速超过超速保护 OSP 设定值（一般为额定转速的 103%）；（2）汽轮机功率超过一最低设定值时发电机油开关开启（此动作不受汽轮机实际转速影向而是为预期的超速可能作预备）。
DEH至ETS跳闸出口接线原理： TRIP继电器1常闭接点TB12-1/2与EHC继电器1常闭接点TB6-1/2串联， TRIP继电器2常闭接点TB13-1/2与EHC继电器2常闭接点TB7-1/2串联，这两路并联形成“ETS停机1”信号后送至ETS。同时该路“ETS停机1”信号与“DEH失电”至ETS的保护信号“ETS停机2”并联。ETS停机1由端子板上四个跳闸输出继电器按串并结构连接，极大的降低误动率，降低继电器故障时发生保护误动的可能性。TRIP继电器2常闭接点TB13-3/4与EHC继电器4常闭接点TB9-1/2并联后送至DCS产生SOE事故记录。TRIP继电器动作后，将打开高压遮断集成块的4个电磁阀，快速泄放高压遮断母管的油压，关闭汽轮机的所有进汽阀。TRIP继电器动作条件为汽轮机实际转速超过预定值，该值一般为额定转速的 110%。
负荷不平衡四个继电器提供四个常闭接点，每个接点分别控制一个中调门的负荷不平衡电磁阀。负荷不平衡电磁阀动作逻辑为：以功率（电负荷输出）及中压缸排汽压力（机械功量输入）作比较以决定是否有不平衡情况出现。当汽机机械功量输入超出电负荷输出达一设定量时将显示汽机有超速可能并短暂关闭中压调节汽阀。
为了防止TPS三路转速信号相互干扰，从汽轮机本体4号瓦至TPS端子板增加敷设2根屏蔽控制信号电缆，使三路转速信号从各自独立的电缆通道输入，有效降低信号干扰，提高可靠性。
3、改进后的效果
TPS端子板更换完毕，检查各电缆绝缘合格，接线与图纸要求相符，检查端子板接地线接地电阻合格，各电源保险容量正确，跨接器和跳线设置正确后，给端子板送电，进行相关性能试验。试验步骤和结果如下：
1）继电器动作测试 A 测试方法：跳OSP TEST开关为1-2，按测试按钮OSP两个继电器都动作。
B 测试方法：跳TRIP TEST开关为1-2，按测试按钮TRIP两个继电器都动作。
C 测试方法：跳EHC TEST为开关1-2，按测试按钮EHC4继电器动作。
D 测试方法：恢復OSP TEST为2-3，给定任意两个的Energize OSP为1，端子板上OSP1及OSP2继电器动作。
E 测试方法：恢复TRIP TEST为2-3，给定任意两个的Energize TRIP为1，端子板上TRIP1及TRIP2继电器动作。
F 测试方法：给定任意两个的Energize PLI为1，端子板上的CIV1、CIV2继电器动作。
G 测试方法：分别给定第一块、第二块、第三块TPS02的Energize EHC，相应的EHC1、EHC2、EHC3继电器动作。
H 测试方法：设置第一块TPS02的Test Relay#4为1，两个OSP继电器动作。设置第二块TPS02的Test Relay#4为1，EHC4继电器动作。设置第三块TPS02的Test Relay#4为1，两个TRIP继电器动作。
2）转速输入校验，OSP、TRIP、EHC功能测试
测试方法：由FLUCK发出频率信号，校验TPS02转速测量准确。当信号大于4280HZ（103%）时，两个OSP继电器动作，组态图中的OSP Initiated 为1，当信号大于4565HZ（110%）时，两个TRIP及四个EHC继电器动作。
3）EHC TEST 及TRIP TEST 测试
测试方法：组态中 Test Mechanical Overspeed 设定为1，加频率信号大于4648（112%）时，TRIP及EHC继电器动作，而OSP不动作；组态中 Test EHC Overspeed 设定为1，加频率信号大于4357（105%）时，TRIP及EHC继电器动作，而OSP不动作。
4）挂闸、并网信号测试
测试方法：短接相应的信号端子，检查组态中的Turbine Reset及Breaker Closed显示正常。
5）甩负荷功能检测
测试方法：同时测定三块TPS02。中排压力大于55 PSI。任意给定两个由并网变脱网的信号，两个OSP继电器动作。
6）PLI功能检测
测试方法：同时测定三块TPS02，给定三路并网信号，用加功率和中排压力信号，检测Load Imbalance 的值当大于40时，三路PLI应该都动作，PLI Initiated 为1，并保持1s。端子板上两个PLI继电器动作。
经各项试验，TPS保护动作正常，各项技术指标满足机组安全稳定运行的要求，可以克服原TPSTU02端子板误动影响机组稳定运行的问题。改造后， #3机已运行3年多，未发生任何故障，该项改造达到预期目标。
4、结束语
TPS作为汽轮机组的安全保护系统，承担了机组重要参数的监视和保护输出功能。将TPS端子板从TPSTU02升级为TPSTU12后，克服了原端子板电源分配不合理的致命缺陷。同时，跳闸输出回路通过硬接线实现串并逻辑、三取二逻辑，动作逻辑得到优化，保护误动和拒动的风险大大降低，使TPS保护动作将更加准确可靠。
参考文献
[1]《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全[2014]161号）.
[2] 大唐湘潭发电有限责任公司二十五项重点反措实施细则（2014）.
[3] ABB公司TPSTU12端子板安装调试说明书.