關(guān)鍵詞：PLC；DEH；DCS；汽機(jī)保護(hù)
0 概 述
江西貴溪電廠4×125MW機(jī)組，系上海汽輪機(jī)廠產(chǎn)N－125－135／535／535型超高壓中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，＃3機(jī)組于1986年投產(chǎn)發(fā)電，2002年進(jìn)行DCS分散控制系統(tǒng)重大技術(shù)改造。改造采用北京和利時MACS—Ⅱ分散控制系統(tǒng)，DEH（數(shù)字電液控制系統(tǒng)）與DCS為一體化設(shè)計(jì)。由于原汽機(jī)主保護(hù)系統(tǒng)（ETS）采用兩臺冗余可編程控制器（PLC）為基礎(chǔ)的微機(jī)保護(hù)，因此在汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的改造上，需對ETS與DCS、DEH進(jìn)行一體化合理設(shè)計(jì)，確保汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。本文就＃3機(jī)組汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)改造方案作簡要介紹。
1 數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）改造
數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）由計(jì)算機(jī)控制裝置和液壓伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分組成。改造采用低壓透平油純電調(diào)DEH方案，該方案是在二次脈動油路上增加一個由電液轉(zhuǎn)換器（即伺服閥）、可調(diào)節(jié)流閥、壓力傳感器等部套構(gòu)成的電液放大器，用以代替泵液壓放大器生成二次脈動油壓，并通過二次脈動油壓去控制四個調(diào)節(jié)閥油動機(jī)，以實(shí)現(xiàn)DEH對汽輪機(jī)的控制。該方案可以利用原油動機(jī)和液壓油源，系統(tǒng)簡潔，成本低。
2 液壓保安系統(tǒng)改造
為了提高機(jī)組在啟動時的可控性，把掛閘、打閘、開主汽門的操作集中到主控室進(jìn)行，將現(xiàn)場手動操作的啟動閥取消，增加掛閘電磁閥、遮斷電磁閥和開主汽門電磁閥，保留原停機(jī)電磁閥和超速限制電磁閥。保留原機(jī)組的機(jī)頭手動停機(jī)按鈕、機(jī)械超速裝置及噴油試驗(yàn)裝置。液壓保安系統(tǒng)見圖1。
液壓保安系統(tǒng)由超速、危急遮斷、掛閘、試驗(yàn)等部分組成。工作原理：當(dāng)操作員單擊DEH主控畫面上“掛閘”按鈕，復(fù)位電磁閥4YV、開主汽門電磁閥2YV帶電；掛閘電磁閥1YV帶電，危急遮斷器的撐鉤在復(fù)位油的作用下掛上，安全油壓建立；掛閘電磁閥1YV和復(fù)位電磁閥4YV失電，危急遮斷油門上腔失壓，恢復(fù)至備用狀態(tài)。掛閘完成后，由操作員點(diǎn)畫面中的“運(yùn)行”按鈕，開主汽門電磁閥失電，啟動油建立，主汽門開啟。當(dāng)打閘回路發(fā)出動作指令時，遮斷電磁閥3YV和原磁力斷路油門5YV均帶電泄去安全油，且開主汽門電磁閥2YV和電磁閥6YV均帶電動作又泄掉啟動油及二次脈動油，使所有主汽閥和調(diào)節(jié)閥快速關(guān)閉，調(diào)門開度關(guān)至零。
遮油電磁閥為一雙向帶機(jī)械位置鎖緊的二位四通電磁閥。機(jī)組啟動前（高壓電動油泵開啟前）左側(cè)電磁閥帶電，閥芯處于左側(cè)位置，安全油壓接通排油。需要建立安全油壓時，右側(cè)電磁閥帶電，閥芯處于右側(cè)位置，壓力油通過節(jié)流孔建立起安全油壓。該電磁閥是帶位置鎖緊式，正常運(yùn)行時，電磁閥不需要長期通電。停機(jī)電磁閥通電時安全油壓接通排油，泄去安全油壓，使主汽門關(guān)閉。超速限制電磁閥在通電時二次油壓接通排油，泄去二次脈動油，使調(diào)速汽門關(guān)閉。
DEH遮斷電磁閥與原系統(tǒng)ETS的停機(jī)電磁閥并接在安全油路上，發(fā)生緊急停機(jī)信號時，兩電磁閥同時帶電，組成冗余配置，使可靠性得以提高。
3 汽機(jī)保護(hù)回路改造
3．1 DEH打閘保護(hù)：
DEH打閘保護(hù)有以下動作條件：
A：手操盤打閘；B：ETS動作；C：超速110％；D：脫網(wǎng)狀態(tài)下，測速通道全故障；E：脫網(wǎng)狀態(tài)下，油動機(jī)到緊急手動；F：整定時，轉(zhuǎn)速大于100rpm。
當(dāng)以上任意一套保護(hù)動作后，主汽門關(guān)閉遮油電磁閥和超速限制電磁閥動作，迅速關(guān)閉主汽門和調(diào)速汽門，使機(jī)組緊急停機(jī)，并向ETS系統(tǒng)發(fā)出DEH打閘保護(hù)動作指令。當(dāng)汽機(jī)已跳閘信號發(fā)出時，將DEH打閘保護(hù)動作指令復(fù)位，使關(guān)閉主汽門遮油電磁閥失電復(fù)位。該電磁閥是帶位置鎖緊式，能保持失前狀態(tài)，確保安全油壓的釋放。
3．2 電超速保護(hù)（OPC）
DEH系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，具有轉(zhuǎn)速控制功能，并增加了三只測速探頭，測量轉(zhuǎn)速信號，所以將電超速保護(hù)設(shè)計(jì)在DEH系統(tǒng)更為合理。
動作原理：當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時，為避免超速，DEH中設(shè)有接受油開關(guān)跳閘信號和103％n0轉(zhuǎn)速信號的OPC回路。當(dāng)上述信號發(fā)生時，發(fā)出OPC信號，通過硬接線使關(guān)調(diào)速汽門電磁鐵帶電，迅速關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，并同時使伺服板的輸入置0，維持汽機(jī)轉(zhuǎn)速在3000r／min，防止汽機(jī)超速。當(dāng)OPC信號恢復(fù)后，電磁閥失電，二次脈動油又恢復(fù)受電液伺服閥控制。
3．3 汽機(jī)本體保護(hù)（ETS）改造
原微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)采用PLC可編程控制器，控制功能較先進(jìn)，所以汽機(jī)本體保護(hù)仍采用原保護(hù)系統(tǒng)，取消原本體保護(hù)電超速保護(hù)回路，電超速保護(hù)功能由DEH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。增加一套DEH打閘保護(hù)，機(jī)組本體保護(hù)共有八套。
A、超速保護(hù)；（14％）；B、軸向位移及推力軸承回油溫度保護(hù)；C、高壓缸相對膨脹保護(hù)；D、低真空保護(hù)；E、支持軸承回油溫度保護(hù)；F、潤滑油壓低保護(hù)；G、發(fā)電機(jī)差動保護(hù)；H、DEH打閘保護(hù)。
動作原理：當(dāng)以上任意一套保護(hù)動作后，主汽門關(guān)閉電磁閥和電超速電磁閥動作，迅速關(guān)閉主汽門和調(diào)速汽門，使機(jī)組緊急停機(jī)。并向DEH發(fā)出本體保護(hù)（ETS）動作指令。
當(dāng)甲乙兩側(cè)主汽門、甲乙兩側(cè)中聯(lián)門關(guān)閉（采用四取二）和DEH系統(tǒng)汽機(jī)已跳閘信號發(fā)出時，延時3秒后，PLC內(nèi)接受主汽門關(guān)閉指令，本體保護(hù)動作指令復(fù)位，使關(guān)閉主汽門和關(guān)閉調(diào)速汽門電磁閥失電，并向DCS系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)動指令和報警信號。
3．4 ETS與DEH打閘邏輯功能
ETS與DEH打閘邏輯圖見2。為實(shí)現(xiàn)ETS與DEH之間相互聯(lián)系，在ETS打閘信號回路接入DEH打閘動作指令，在DEH打閘信號回路接入ETS打閘動作指令，只要其中之一回路動作時，均能實(shí)現(xiàn)二路電磁閥同時帶電，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。
原ETS動作回路設(shè)計(jì)是，當(dāng)本體保護(hù)動作后，電磁閥帶電，釋放安全油壓，啟動閥內(nèi)排油空接通安全油壓，主汽門關(guān)閉后，本體保護(hù)動作指令復(fù)位，電磁閥失電，能滿足原系統(tǒng)要求。
保安系統(tǒng)改造后，當(dāng)ETS系統(tǒng)動作由動作到復(fù)歸，停機(jī)電磁閥失電，將排油口關(guān)閉，此時，如果DEH遮斷電磁閥還未來得及動作，會重新建立安全油壓，系統(tǒng)仍認(rèn)為是在開機(jī)狀態(tài)，這樣當(dāng)主汽門關(guān)閉后會出現(xiàn)自動開啟，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全。所以保護(hù)必須考慮對ETS系統(tǒng)改進(jìn)，增加本體保護(hù)ETS動作指令復(fù)歸條件，采用主汽門關(guān)閉和汽機(jī)已跳閘條件相與，并延時3秒，汽機(jī)已跳閘信號取DEH系統(tǒng)安全油壓未建立判斷條件。原本體保護(hù)內(nèi)設(shè)有保護(hù)信號自保持功能，當(dāng)本體保護(hù)動作時，如果主汽門關(guān)閉和汽機(jī)已跳閘條件其中之一未滿足時，本體保護(hù)動作指令信號一直向DEH系統(tǒng)發(fā)出，確保安全油壓的釋放。
由于主汽關(guān)閉的時間經(jīng)測試為2S，所以本體保護(hù)動作指令從發(fā)出到復(fù)歸，正常情況下有5S的時間，足以使DEH遮油電磁閥動作。由于主汽門關(guān)閉后聯(lián)跳發(fā)電機(jī)，取的是延時3秒后的信號，在原本體保護(hù)（ETS）內(nèi)實(shí)現(xiàn)，所以主汽門關(guān)閉后延時時間不能太長，必須保證主汽門關(guān)閉后發(fā)電機(jī)及時跳閘。
ETS與DEH之一回路動作時，都會使關(guān)調(diào)速汽門電磁鐵帶電動作，能快速關(guān)閉調(diào)速汽門。為實(shí)現(xiàn)本體保護(hù)ETS與DEH保護(hù)打閘聯(lián)動邏輯的功能，在PLC內(nèi)部進(jìn)行組態(tài)修改，同時也考慮了硬接線連接方式，使得保護(hù)系統(tǒng)更加可靠。
由于原本體保護(hù)未設(shè)計(jì)上位機(jī)數(shù)據(jù)管理，運(yùn)行人員通過操作臺進(jìn)行監(jiān)視操作，本次改造取消原微機(jī)保護(hù)操作臺，在DCS系統(tǒng)操作員站設(shè)有本體保護(hù)畫面進(jìn)行顯示。保護(hù)投入、切除通過微機(jī)保護(hù)控制柜內(nèi)投入、切除開關(guān)實(shí)現(xiàn)。
在MACS—Ⅱ系統(tǒng)在線運(yùn)行畫面上，單擊“本體保護(hù)”按鈕，即進(jìn)入ETS的“主控畫面”；ETS的操作畫面包括主控畫面、試燈按鈕、汽機(jī)輔聯(lián)鎖。操作員通過單擊菜單，可方便地進(jìn)行畫面切換。
主汽門關(guān)閉聯(lián)動：主汽門關(guān)閉后，聯(lián)跳發(fā)電機(jī)，在原本體保護(hù)（ETS）內(nèi)實(shí)現(xiàn)。聯(lián)跳給粉機(jī)在SCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。并向DCS系統(tǒng)發(fā)出主汽門關(guān)閉信號。
?。?—＃5水控抽汽逆止門控制，＃1—＃2水控抽汽逆止門控制，后缸噴水控制、發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)由SCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其操作畫面在本體保護(hù)畫面內(nèi)。
本體保護(hù)動作信號進(jìn)入DCS系統(tǒng)SOE事故記憶畫面。
5 干擾信號隔離
主保護(hù)回路的發(fā)電機(jī)差動信號和發(fā)電機(jī)油開關(guān)跳閘信號因距離太長（約180米），PLC查詢電壓為24V，容易誤發(fā)信號。改進(jìn)方法是通過在中間增加220V的隔離繼電器，提高抗干擾能力。
6 結(jié)束語
改造后的汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)具有管理集中、分散度強(qiáng)、冗余配置的特點(diǎn)，汽機(jī)保護(hù)以CRT為中心進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控，具有友好的人機(jī)界面，運(yùn)行人員可以在DCS系統(tǒng)在線運(yùn)行畫面上進(jìn)行監(jiān)視操作，減輕了運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，提高了控制水平。
汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的動作信號DI、DO點(diǎn)接入DCS系統(tǒng)SOE事故記憶，在機(jī)組故障時為運(yùn)行人員準(zhǔn)確快速處理事故和事故的分析提供了重要的依據(jù)，提高了機(jī)組的安全運(yùn)行小時及等效可用系數(shù)。
保護(hù)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時充分考慮ETS、DEH、DCS之間的聯(lián)系，系統(tǒng)可靠性大大提高，避免了保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)誤動和拒動的可能，確保了機(jī)組的安全運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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