论文部分内容阅读
【摘要】汽机保护系统本身的可靠性是决定整个机组能否安全运行的重要环节。通过分析某发电总厂汽机保护的安全隐患，提出了相应对策，并总结了某发电总厂对汽机保护系统的优化改造经验。
【关键字】汽机保护，安全隐患，分析与对策
中图分类号：TK24文献标识码： A 文章编号：
一．前言
某发电总厂分2期工程，现有4台300MW燃煤机组。一期工程的1，2号机组的DCS(集散控制系统)使用美国Bailey公司的infi90系统与ETS(汽机紧急跳闸系统)结合进行汽机保护；二期工程的3，4号直接使用了ABB公司的Procontrol～P13／14 DCS系统直接进行汽机保护。根据近年的实践，我们针对我单位的汽机保护做了大量的优化改造，并总结了一些经验，在确保不拒动的前提下大大减少了保护的误动。鉴于火电机组汽机保护的相似性，现将主要改进的原因、依据、改造方案和不足介绍如下，并提出了汽机保护系统设计的建议。
二．汽机保护改进措施分析
1． EH油压低保护
EH油压低保护的安全隐患在于不恰当的保护定值引起误动。EH油压低保护的作用是当EH油压力降低至汽门失控前跳闸，防止汽机失控。我单位所有主机汽门都是由单侧进EH油的油动机驱动，汽门快关或跳闸时通过超速保护油路排空油动机内的EH油，依靠汽门上的弹簧强制关闭，当EH油压力不足时各阀门将先表现为控制特性变差，进而无法克服弹簧预紧力自动关闭。我单位原来EH油压低的保护定值为9．3 MPa，在进行超速保护(OPC)时大量调门同时动作或某个液压伺服阀(MOOG)泄漏时，油压都有大幅波动，容易引起跳闸。我单位根据试验发现当EH油压力超过7 MPa时就足以驱动调门，为减少这个保护不必要的动作，我们将定值降低至8 MPa。
2．安全油压低
安全油压低保护的安全隐患在于不恰当的保护定值引起误动。安全油压低保护的是当安全油压力降低至定值以下时跳闸，安全油压降低的原因是安全油系故
障或手动打闸。不论当手动打闸、远方电磁阀跳闸，还是安全油供油问题使安全油压低至一定程度时，安全油隔膜阀都将在弹簧的作用下开启、EH油被泻放回油箱、汽机跳闸。因为我单位主汽机高中压主汽门、调门；小汽机主汽门、调门都是由安全油驱动或安全油控制的EH油驱动，安全油压低将直接作用于隔膜阀使EH油泻压从而关闭阀门，所以安全油压低定值不需远高于驱动隔膜阀关闭的油压。因此我单位将安全油压低定值适当调低，可减少因安全油压波动引起的跳闸。这对于安全油压不稳定的小汽机尤为重要。就我单位目前的经验，不论上海汽轮机厂或哈尔滨汽轮机厂的小汽机在进行润滑油泵连锁时都极易引发安全油压力波动。现我单位小汽机的安全油压力定值已由最初的0.8 MPa降低至0.4 MPa。
3．轴位移保护
1，2号机改进前后保护原理如图1所示。
图一 l，2号机轴位移保护改进前后原理图
3，4号机改进前后保护原理如图2所示。
图二3，4号机轴位移保护改进前后原理图
1-4号机改进后的保护逻辑是：4个探头分别进入2个监视器后，监视器1分别输出2路模拟量；监视器2输出1路开关量，这路开关量是进入监视器的2个位移探头保护输出的“或”，然后這几个信号进入DCS系统3取2后取跳闸。这样改造后将2个监视器的保护相互独立，避免了单个坏质量测点影响其他正常测点；充分利用了现有的4个探头，就大大地减少了保护的误动，拒动的可能性也降到了最低。
4．轴承金属温度高保护
（一）推力瓦温度高保护
我单位的推力瓦温度测点分布是：4个DEH测点和4个DAS测点分布于工作面和非工作面的4块可倾瓦上，测点采用K分度铠装热电偶，原保护设计是DEH单测点跳闸，容易误动。误动的原因主要是测点的短路、断路故障和测量回路的干扰。
图三 汽机轴承布置图
图四以推力瓦工作面为例标明了瓦温测点的布置位置。
图四 推力瓦工作面温度测点分布
由于我单位3，4号机组DEH测点和DAS测点分别进入不同型别的控制系统，在实施改进时我们尚未掌握修改这2个系统间通讯的方法，所以只能暂时采取临时方案如图5所示。为保持保护方案的一致性，1，2号机组采用了相同的方案。在这个方案里引入了同工作面的另一个DEH测点辅助进行跳闸判断，且当这个辅助测点坏质量时不会使保护拒动。
图五 推力瓦温度保护现行方案
（二）1～4号瓦温度高保护
汽机1～4号瓦的每个瓦也安装了DEH和DAS的瓦温测点，分别布置在下瓦左右2侧的瓦块上，测点采用K分度铠装热电偶。考虑到可倾瓦的工作特性，很可能出现2侧瓦块温差较大的工况，所以不宜将DAS测点引入保护。如希望提高可靠性，可在原DEH测点同侧增加测点，瓦块上已预留了安装孔，采用类似推力瓦保护改进的逻辑。但由于改动量较大，在我单位没有采用。
（三） 5～8号瓦温度高保护
5～8号瓦温度高是我单位误动最多的保护之一。原设计5，6号瓦各有DEH，DAS 2个测点；7，8号瓦只有DEH 1个测点；DEH测点进入保护，DAS测点只进行显示。保护逻辑为单点温度高即发出跳闸信号。这几个瓦的测温元件是Cu50热电阻，这种线绕式的热电阻经常出现故障，其结构和常见故障模式如图6。
图六 Cu50热电阻结构和常见故障
5．上下缸温差大保护
为防止上下下缸温差大保护误动，首先注意选用优质元件，特别注意元件的线问绝缘；安装过程尽量减少元件受力；尽量减少不必要的弯曲。此外我们认为引起上下缸温差大的主要原因是机组启停时的参数变化，正常稳定运行时不应出
现，所以设计了根据负荷自动切除保护的逻辑。
6．振动大保护
我单位每台主汽机的振动保护测点共有21个，可分轴振、瓦振、复合振动3类。除7，8号分别有1和2个探头外，其他瓦都有3个探头。虽然每个振动探头都比较可靠，但因数量多，保护误动的情况仍时有发生。为减少保护的误动，在二期工程设计时就根据振动有一定相关性的原理采取了如下逻辑，如图7所示。一期的机组也完成相似改进。在改造后已成功避免了一次误跳闸。
图七 振动保护改造方案
四．汽机保护设计的措施
1．汽机的紧急跳闸系统(ETS)没有设置的必要。设置ETS系统的原因是在DCS发展成熟前，DCS的可靠性较差、执行速度慢，而现在各种型号的DCs系统可靠性很高，运算速度也足以保证保护执行机构及时动作(我单位的2种DCS系统的保护部分动作时间均不超过50 ms)，保留ETS只能增加系统的复杂性，所以在新的汽机保护设计中应取消。在我单位二期机组设计时就根据我们的建议进行了相应的取舍，经过3 a多的运行，被证实设计成功。
2．发电机、励磁机轴承的瓦温测点应采用Ptl00，并最好保证每瓦同侧安装2个测点。
3．瓦温保护可在设计中考虑本文2．4的改进方案。
4．励磁机轴承的振动往往较大，但现有设计中这2处轴承通常只设计1～2个振动探头，容易出现故障，为便于振动分析，减少保护拒动，建议这2处轴承设置2个不同方向的轴振探头。
五．结束语
汽机保护的安全隐患分析和改进措施对于汽机保护具有十分重要的作用，因此应该加强这方面的研究。
参考文献：
[1]李大中 倪玮强 李锦贤 郭召伟 基于PLC实现的火电厂小汽机保护控制系统(被引用 1 次)[期刊论文] 《热能动力工程》ISTICPKU-2006年6期
[2]易函平 崔国华 可编程控制器在核电厂汽机保护中的应用[会议论文]，1999 - 全国第四届低成本自动化学术会议
[3]伍绍斌 徐天芳 汽机自动保护及保护试验的故障处理[会议论文]，2002 - 重庆市电机工程学会2002年学术会议
[4]吕胜利 控制柜芯线分布电容及热控采样电源对热工保护的影响及防范措施[会议论文]，2010 - 全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第三十九届年会
[5]冯美英 DCS在发电机组锅炉和汽轮机系统中应用[期刊论文] 《电力自动化设备》ISTICEIPKU-2007年9期
[6]宋秀豹 欧阳辉 洪其生 王玉苹 卒中单元对脑卒中患者整体功能康复的临床研究[期刊论文] 《现代预防医学》ISTICPKU-2011年19期
【关键字】汽机保护，安全隐患，分析与对策
中图分类号：TK24文献标识码： A 文章编号：
一．前言
某发电总厂分2期工程，现有4台300MW燃煤机组。一期工程的1，2号机组的DCS(集散控制系统)使用美国Bailey公司的infi90系统与ETS(汽机紧急跳闸系统)结合进行汽机保护；二期工程的3，4号直接使用了ABB公司的Procontrol～P13／14 DCS系统直接进行汽机保护。根据近年的实践，我们针对我单位的汽机保护做了大量的优化改造，并总结了一些经验，在确保不拒动的前提下大大减少了保护的误动。鉴于火电机组汽机保护的相似性，现将主要改进的原因、依据、改造方案和不足介绍如下，并提出了汽机保护系统设计的建议。
二．汽机保护改进措施分析
1． EH油压低保护
EH油压低保护的安全隐患在于不恰当的保护定值引起误动。EH油压低保护的作用是当EH油压力降低至汽门失控前跳闸，防止汽机失控。我单位所有主机汽门都是由单侧进EH油的油动机驱动，汽门快关或跳闸时通过超速保护油路排空油动机内的EH油，依靠汽门上的弹簧强制关闭，当EH油压力不足时各阀门将先表现为控制特性变差，进而无法克服弹簧预紧力自动关闭。我单位原来EH油压低的保护定值为9．3 MPa，在进行超速保护(OPC)时大量调门同时动作或某个液压伺服阀(MOOG)泄漏时，油压都有大幅波动，容易引起跳闸。我单位根据试验发现当EH油压力超过7 MPa时就足以驱动调门，为减少这个保护不必要的动作，我们将定值降低至8 MPa。
2．安全油压低
安全油压低保护的安全隐患在于不恰当的保护定值引起误动。安全油压低保护的是当安全油压力降低至定值以下时跳闸，安全油压降低的原因是安全油系故
障或手动打闸。不论当手动打闸、远方电磁阀跳闸，还是安全油供油问题使安全油压低至一定程度时，安全油隔膜阀都将在弹簧的作用下开启、EH油被泻放回油箱、汽机跳闸。因为我单位主汽机高中压主汽门、调门；小汽机主汽门、调门都是由安全油驱动或安全油控制的EH油驱动，安全油压低将直接作用于隔膜阀使EH油泻压从而关闭阀门，所以安全油压低定值不需远高于驱动隔膜阀关闭的油压。因此我单位将安全油压低定值适当调低，可减少因安全油压波动引起的跳闸。这对于安全油压不稳定的小汽机尤为重要。就我单位目前的经验，不论上海汽轮机厂或哈尔滨汽轮机厂的小汽机在进行润滑油泵连锁时都极易引发安全油压力波动。现我单位小汽机的安全油压力定值已由最初的0.8 MPa降低至0.4 MPa。
3．轴位移保护
1，2号机改进前后保护原理如图1所示。
图一 l，2号机轴位移保护改进前后原理图
3，4号机改进前后保护原理如图2所示。
图二3，4号机轴位移保护改进前后原理图
1-4号机改进后的保护逻辑是：4个探头分别进入2个监视器后，监视器1分别输出2路模拟量；监视器2输出1路开关量，这路开关量是进入监视器的2个位移探头保护输出的“或”，然后這几个信号进入DCS系统3取2后取跳闸。这样改造后将2个监视器的保护相互独立，避免了单个坏质量测点影响其他正常测点；充分利用了现有的4个探头，就大大地减少了保护的误动，拒动的可能性也降到了最低。
4．轴承金属温度高保护
（一）推力瓦温度高保护
我单位的推力瓦温度测点分布是：4个DEH测点和4个DAS测点分布于工作面和非工作面的4块可倾瓦上，测点采用K分度铠装热电偶，原保护设计是DEH单测点跳闸，容易误动。误动的原因主要是测点的短路、断路故障和测量回路的干扰。
图三 汽机轴承布置图
图四以推力瓦工作面为例标明了瓦温测点的布置位置。
图四 推力瓦工作面温度测点分布
由于我单位3，4号机组DEH测点和DAS测点分别进入不同型别的控制系统，在实施改进时我们尚未掌握修改这2个系统间通讯的方法，所以只能暂时采取临时方案如图5所示。为保持保护方案的一致性，1，2号机组采用了相同的方案。在这个方案里引入了同工作面的另一个DEH测点辅助进行跳闸判断，且当这个辅助测点坏质量时不会使保护拒动。
图五 推力瓦温度保护现行方案
（二）1～4号瓦温度高保护
汽机1～4号瓦的每个瓦也安装了DEH和DAS的瓦温测点，分别布置在下瓦左右2侧的瓦块上，测点采用K分度铠装热电偶。考虑到可倾瓦的工作特性，很可能出现2侧瓦块温差较大的工况，所以不宜将DAS测点引入保护。如希望提高可靠性，可在原DEH测点同侧增加测点，瓦块上已预留了安装孔，采用类似推力瓦保护改进的逻辑。但由于改动量较大，在我单位没有采用。
（三） 5～8号瓦温度高保护
5～8号瓦温度高是我单位误动最多的保护之一。原设计5，6号瓦各有DEH，DAS 2个测点；7，8号瓦只有DEH 1个测点；DEH测点进入保护，DAS测点只进行显示。保护逻辑为单点温度高即发出跳闸信号。这几个瓦的测温元件是Cu50热电阻，这种线绕式的热电阻经常出现故障，其结构和常见故障模式如图6。
图六 Cu50热电阻结构和常见故障
5．上下缸温差大保护
为防止上下下缸温差大保护误动，首先注意选用优质元件，特别注意元件的线问绝缘；安装过程尽量减少元件受力；尽量减少不必要的弯曲。此外我们认为引起上下缸温差大的主要原因是机组启停时的参数变化，正常稳定运行时不应出
现，所以设计了根据负荷自动切除保护的逻辑。
6．振动大保护
我单位每台主汽机的振动保护测点共有21个，可分轴振、瓦振、复合振动3类。除7，8号分别有1和2个探头外，其他瓦都有3个探头。虽然每个振动探头都比较可靠，但因数量多，保护误动的情况仍时有发生。为减少保护的误动，在二期工程设计时就根据振动有一定相关性的原理采取了如下逻辑，如图7所示。一期的机组也完成相似改进。在改造后已成功避免了一次误跳闸。
图七 振动保护改造方案
四．汽机保护设计的措施
1．汽机的紧急跳闸系统(ETS)没有设置的必要。设置ETS系统的原因是在DCS发展成熟前，DCS的可靠性较差、执行速度慢，而现在各种型号的DCs系统可靠性很高，运算速度也足以保证保护执行机构及时动作(我单位的2种DCS系统的保护部分动作时间均不超过50 ms)，保留ETS只能增加系统的复杂性，所以在新的汽机保护设计中应取消。在我单位二期机组设计时就根据我们的建议进行了相应的取舍，经过3 a多的运行，被证实设计成功。
2．发电机、励磁机轴承的瓦温测点应采用Ptl00，并最好保证每瓦同侧安装2个测点。
3．瓦温保护可在设计中考虑本文2．4的改进方案。
4．励磁机轴承的振动往往较大，但现有设计中这2处轴承通常只设计1～2个振动探头，容易出现故障，为便于振动分析，减少保护拒动，建议这2处轴承设置2个不同方向的轴振探头。
五．结束语
汽机保护的安全隐患分析和改进措施对于汽机保护具有十分重要的作用，因此应该加强这方面的研究。
参考文献：
[1]李大中 倪玮强 李锦贤 郭召伟 基于PLC实现的火电厂小汽机保护控制系统(被引用 1 次)[期刊论文] 《热能动力工程》ISTICPKU-2006年6期
[2]易函平 崔国华 可编程控制器在核电厂汽机保护中的应用[会议论文]，1999 - 全国第四届低成本自动化学术会议
[3]伍绍斌 徐天芳 汽机自动保护及保护试验的故障处理[会议论文]，2002 - 重庆市电机工程学会2002年学术会议
[4]吕胜利 控制柜芯线分布电容及热控采样电源对热工保护的影响及防范措施[会议论文]，2010 - 全国火电300MWe级机组能效对标及竞赛第三十九届年会
[5]冯美英 DCS在发电机组锅炉和汽轮机系统中应用[期刊论文] 《电力自动化设备》ISTICEIPKU-2007年9期
[6]宋秀豹 欧阳辉 洪其生 王玉苹 卒中单元对脑卒中患者整体功能康复的临床研究[期刊论文] 《现代预防医学》ISTICPKU-2011年19期