林 濤，尚洪奎，徐計(jì)常

（華能嘉祥發(fā)電有限公司，山東 濟(jì)寧 272400）

0 引言

華能嘉祥發(fā)電有限公司 2×330 MW機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠制造，型號(hào)為 SG1036／17.50－M882，亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛、控制循環(huán)、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、汽包型燃煤鍋爐。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠制造，型號(hào)為 N300－16.7／538／538，300MW 單軸、雙缸雙排汽、亞臨界、一次中間再熱、凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)在VWO工況下的出力為331.9 MW，主蒸汽流量為1025 t／h。發(fā)電機(jī)為山東濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)，型號(hào)為WX25R－127，額定功率330 MW，空冷發(fā)電機(jī)，采用靜態(tài)勵(lì)磁。

汽輪機(jī)危機(jī)遮斷系統(tǒng)ETS（Emergency Trip System）采用上海汽輪機(jī)廠配套產(chǎn)品，它接受來自汽輪發(fā)電機(jī)組安全監(jiān)視系統(tǒng)（TSI），鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）及其它系統(tǒng)主要參數(shù)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理后，統(tǒng)一輸出停機(jī)、跳電等保護(hù)信號(hào)及各種報(bào)警信號(hào)。ETS控制系統(tǒng)是電廠熱控設(shè)備中最主要的保護(hù)設(shè)備之一，無論其誤動(dòng)或拒動(dòng)都會(huì)造成極其嚴(yán)重的惡果，故提高ETS控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、快速性、可靠性非常重要［1］。據(jù)目前ETS配置結(jié)構(gòu)而言，汽輪機(jī)危機(jī)遮斷系統(tǒng)多采用冗余PLC實(shí)現(xiàn)保護(hù)邏輯，分立元件搭建式邏輯回路已被替代，ETS保護(hù)裝置的可靠性明顯提高，故障率顯著降低；AST電磁閥一、二通道分別有UPS及保安段分別供電，相對(duì)系統(tǒng)的安全系數(shù)大大提高，誤動(dòng)幾率明顯下降；交流電源供電回路為UPS電源及保安段電源經(jīng)中間繼電器切換后供給PLC及I／O卡件，可靠性相對(duì)較差，交流電源則成為ETS控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

1 系統(tǒng)概述

ETS系統(tǒng)保護(hù)功能有：汽輪機(jī)電超速保護(hù)；軸向位移保護(hù)；軸承振動(dòng)大保護(hù)；脹差大保護(hù)；潤滑油壓低保護(hù)；EH油壓低保護(hù)；低真空保護(hù)；DEH失電停機(jī)保護(hù)；MFT跳閘保護(hù)；發(fā)電機(jī)跳閘保護(hù)；手動(dòng)停機(jī)保護(hù)。該主控制器采用MODICON昆騰140PLC系列產(chǎn)品冗余配置，與DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換采用硬接線方式。保護(hù)邏輯雙通道冗余設(shè)計(jì)，電源系統(tǒng)為雙路供電。ETS裝置內(nèi)部雙路自動(dòng)切換電源，對(duì)單元回路冗余供電。ETS裝置報(bào)警功能可通過汽輪機(jī)操作盤上的ETS操作面板上的試驗(yàn)按鈕試驗(yàn)，在試驗(yàn)或檢修過程中跳閘保護(hù)功能仍然有效，ETS裝置設(shè)計(jì)線路簡單可靠，確保機(jī)組安全運(yùn)行［2］。

2 事故經(jīng)過及分析

2012年7月5日凌晨，1號(hào)發(fā)電機(jī)有功234 MW，主蒸汽壓力15.4 MPa，主蒸汽溫度540℃，1號(hào)機(jī)組投AGC“R”模式，1號(hào)發(fā)變組出口5012、5013斷路器合閘運(yùn)行，01號(hào)備變正常充電備用。7月5日03：46：13，1號(hào)機(jī)組A送風(fēng)機(jī)A相引線漏雨發(fā)生接地短路故障，A分支零序過流保護(hù)動(dòng)作；由于零序電流保護(hù)定值整定錯(cuò)誤，造成保護(hù)越級(jí)動(dòng)作，備變投切失敗，致使 6 kV廠用 IA段失電；7月 5日 03：46：15，保安段電壓有382 V降至224 V，供給ETS電源相電壓降至129 V，由于熱工電源交流切換裝置設(shè)計(jì)有中間繼電器切換，為失電切換，無欠壓切換功能，故在未達(dá)到繼電器切換的條件下PLC重啟，輸出指令復(fù)位，汽輪機(jī)跳閘。

3 危急遮斷系統(tǒng)（ETS）優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 ETS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

上海汽輪機(jī)有限公司（STC）生產(chǎn)的危急遮斷系統(tǒng)（ETS），功能完善，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高，維護(hù)量少。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中得到一致好評(píng)。該ETS系統(tǒng)的直流電源比較安全可靠。保安段電源、UPS電源任一路交流電源正常供給均能保證其直流電源的正常。從圖1可以看到，兩路電源可以實(shí)現(xiàn)無擾切換。

圖1 ETS系統(tǒng)直流電源原理圖

3.2 ETS系統(tǒng)的缺點(diǎn)

交流電源板要求兩路獨(dú)立的交流電源供給，一路電源為UPS，另一路為保安電源。如果一路電源失去，另一路將無擾切換，不影響機(jī)組的安全運(yùn)行。這一點(diǎn)已從機(jī)組檢修后電源切換試驗(yàn)中得到驗(yàn)證，電源切換裝置可以實(shí)現(xiàn)斷電源無擾切換。從上面某電廠發(fā)生的機(jī)組跳閘事故中可以看到該系統(tǒng)無法避免因電壓降低而實(shí)現(xiàn)電源無擾切換?，F(xiàn)結(jié)合圖2對(duì)該系統(tǒng)交流電源進(jìn)行簡要分析。

（1）上述提到的某電廠ETS系統(tǒng)電源正常由400V保安1A段電源供電，UPS電源為備用。

（2）當(dāng)來自400V保安1A段的工作電源失電時(shí)，交流繼電器RAC1失電，UPS備用電源通過RAC1常閉點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電源切換功能。

（3）主、副PLC及I／O卡件由切換后的公用電源供電。DO卡件中輸出汽輪機(jī)跳閘信號(hào)的出口繼電器設(shè)計(jì)為常開接點(diǎn)。機(jī)組正常運(yùn)行中，該出口繼電器長期帶電，其常開接點(diǎn)閉合，通過該接點(diǎn)提供AST電磁閥交流110 V工作電壓。當(dāng)DO卡件的供電電源短時(shí)失電時(shí)，出口繼電器線圈失磁，其常開接點(diǎn)立即斷開，AST電磁閥則失電“遮斷”。

（4）交流繼電器RAC1動(dòng)作電壓，PLC工作電壓，AST電磁閥的工作電壓具有不穩(wěn)定性。在實(shí)際運(yùn)行中很難保證電壓的統(tǒng)一性。因事故使供電電壓降低時(shí)，在電源切換過程中易發(fā)生擾動(dòng)，造成PLC自啟動(dòng)，DO輸出卡件出現(xiàn)瞬間失電或AST電磁閥工作不正常，使AST電磁閥打開導(dǎo)致跳機(jī)事故發(fā)生。

圖2 改造前ETS交流電源原理圖

4 交流電源切換裝置的改造及實(shí)驗(yàn)

4.1 改造

對(duì)ETS控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，將ETS控制系統(tǒng)電源改造為UPS電源供主PLC，保安段電源供副PLC。

由UPS電源為主電源，400 V保安A段電源為副電源，經(jīng)繼電器切換后，為主PLC、I／O輸出卡電源模塊1供電。 UPS電源直接為 AST－1、AST－3電磁閥電源變壓器提供電源。

400V保安1A段直接為副PLC、I／O輸出卡電源模塊2及AST－2、AST－4電磁閥電源變壓器提供電源。

改造后ETS交流電源原理如圖3所示。

4.2 試驗(yàn)

斷開UPS電源，ETS系統(tǒng)一通道遮斷，汽機(jī)不跳閘；斷開保安電源，ETS系統(tǒng)二通道遮斷，汽機(jī)不跳閘；斷開ETS控制柜AK3開關(guān)，副控PLC工作，汽機(jī)不跳閘；斷開ETS控制柜AK4開關(guān)，主控PLC工作，汽機(jī)不跳閘。

圖3 改造后ETS交流電源原理圖

從以上試驗(yàn)可以看到，ETS系統(tǒng)只要有一路電源存在，就能保證ETS正常運(yùn)行，其安全可靠性大大提高。

5 結(jié)語

ETS系統(tǒng)作為機(jī)組的主要保護(hù)手段，拒動(dòng)或誤動(dòng)會(huì)造成極其嚴(yán)重的后果，所以必須加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)和試驗(yàn)，確保ETS系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的可靠工作，必須利用每次停機(jī)檢修的機(jī)會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查、試驗(yàn)。由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)、高溫等原因，經(jīng)過長期運(yùn)行，控制回路的接線及控制電纜絕緣可能出現(xiàn)安全隱患，所以線路檢查及系統(tǒng)部件檢查、校驗(yàn)就成為保護(hù)系統(tǒng)的檢查重點(diǎn)。

［1］王志祥.熱工保護(hù)與順序控制［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］白建云.火電廠順序控制與熱工保護(hù)［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］高峰.機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，2004.