趙 銀

（山西大唐臨汾熱電有限責任公司，山西 臨汾 041000）

1 系統(tǒng)介紹

某廠本期工程安裝2 臺國產(chǎn)300MW 亞臨界、一次中間再熱、燃煤、脫硫、空冷、抽汽凝汽式發(fā)電機組。三大主機分別由哈爾濱鍋爐有限責任公司、上海電氣集團股份有限公司和上海電機集團股份有限公司制造。機組配備1臺100%容量的汽動給水泵和1 臺50%容量的電動給水泵。機組啟動初期使用電動給水泵，正常時使用汽動給水泵。

汽動給水泵選用杭州汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的NK63/56/0 型冷凝式汽輪機，泵選用了沈陽透平機械股份有限公司生產(chǎn)的汽動給水泵。小汽機有高壓（備用調(diào)節(jié)閥）、低壓（工作調(diào)節(jié)閥）兩個調(diào)門，共有三路汽源，分別為：四段抽汽（0.70Mpa，364℃），再熱器備用汽源（0.70Mpa，339℃），輔汽聯(lián)箱來的輔汽（3.41Mpa，320℃）。機組正常運行工況，四段抽汽向低壓調(diào)節(jié)閥供汽，低壓調(diào)節(jié)閥依據(jù)小汽輪機轉(zhuǎn)速控制綜合閥位進行小汽輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，當小汽輪機轉(zhuǎn)速控制綜合閥位＞49%時，再熱器冷端來汽向高壓調(diào)節(jié)閥供汽，由低壓調(diào)節(jié)閥、高壓調(diào)節(jié)閥依據(jù)小汽輪機轉(zhuǎn)速控制綜合閥位對小汽輪機轉(zhuǎn)速進行聯(lián)合控制。當機組啟、停機及機組冷態(tài)小汽輪機調(diào)試時，使用輔汽供汽進行小汽輪機轉(zhuǎn)速控制。

圖1 小汽輪機硬回路停機控制圖Fig.1 Small turbine hard circuit shutdown control chart

小汽機的控制系統(tǒng)選用了北京日立控制系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的HICAS-5000M 控制系統(tǒng)，保護系統(tǒng)也選用了日立HICAS-5000M 控制系統(tǒng)，監(jiān)視系統(tǒng)選用瑞士Vibro-Meter SA 公司生產(chǎn)的VM600 系列監(jiān)視儀表。

2 小汽輪機停機回路設計說明

2.1 電源設計

某廠DCS 系統(tǒng)小汽輪機停機回路電源，分別從單元機組電子間熱控電源柜1（UPS、爐PC 冗余供電，UPS 為主）、熱控電源柜2（爐PC、事故保安冗余供電，爐PC為主）各引用一路電源，經(jīng)過AC220 繼電器GJ06 實現(xiàn)雙路電源冗余切換供電后，向停機保護回路供電。其中，AC220 繼電器GJ06、GJ07、GJ08 分別對電源1、電源2、切換裝置后電源狀態(tài)進行監(jiān)視，AC220 繼電器GJ06 故障應導致小汽輪機保護回路失去電源，保護拒動，如圖1 所示。

2.2 停機保護設計

1）DCS 系統(tǒng)METS 保護停機

DCS 保護停機信號通過MEH 機柜DO 卡件驅(qū)動HR08-C2、HR08-C3 指令繼電器直接驅(qū)動停機電磁閥1、2（電磁閥1、2 冗余設計）帶電，實現(xiàn)DCS 系統(tǒng)MEH 保護停機，冗余配置的停機電磁閥1、2 共用DO 卡件、DO 端子板，不滿足獨立性配置原則，如圖1 所示。

2）緊急停機按鈕硬回路停機

臥盤停機按鈕按下驅(qū)動繼電器GJ04、GJ05 帶電，繼電器GJ04、GJ05 帶電驅(qū)動繼電器GJ09、GJ10 帶電，GJ09、GJ10 繼電器驅(qū)動停機電磁閥1、2 帶電，實現(xiàn)小汽輪機硬回路手動停機（臥盤按鈕送至DCS 系統(tǒng)METS 保護信號在此不再進行說明），如圖1 所示。

3）MEH 控制故障硬回路保護停機

MEH 機柜分別設計3 個DC24V 監(jiān)視繼電器GJ01、GJ02、GJ03 對主CPU、備用CPU、MEH 系統(tǒng)任意CPU 正常進行監(jiān)視。小汽輪機停機保護設計，當MEH 系統(tǒng)雙CPU故障導致繼電器GJ03 失電，繼電器GJ03 失電驅(qū)動繼電器GJ09、GJ10 帶電，繼電器GJ09、GJ10 帶電驅(qū)動停機電磁閥1、2 帶電，實現(xiàn)MEH 控制器故障小汽輪機保護停機[1]，DC24V 監(jiān)視繼電器故障率高，易導致保護誤動，如圖1 所示。

3 小汽輪機停機保護設計可靠性分析

3.1 電源設計可靠性分析

小汽輪機停機回路電源經(jīng)繼電器GJ06 實現(xiàn)雙路電源冗余切換供電設計不合理，本廠機組以及咨詢同類機組運行維護、檢修記錄數(shù)據(jù)分析，AC220V 繼電器故障率較高（見表1、表2、例1）。若因繼電器故障導致小汽輪機停機回路電源失去，且上位機報警未能進行有效報警時，將導致小汽輪機遠控停機控制徹底失去，異常工況時只能通過運行人員及時發(fā)現(xiàn)進行就地手動停機，對于發(fā)電機組正常運行存在重大安全隱患，嚴重影響小汽輪機安全運行。

表1 DCS系統(tǒng)故障記錄Table 1 DCS System failure records

3.2 MEH系統(tǒng)雙CPU故障停小汽論機保護設計可靠性分析

MEH 系統(tǒng)雙CPU 故障停小汽論機保護設計，引用DC24 繼電器GJ03 來觸發(fā)小汽輪機停機硬回路動作設計不合理。分析本廠機組以及咨詢同類機組運行維護、檢修記錄數(shù)據(jù)，日立控制系統(tǒng)控制器故障率較低，同一控制系統(tǒng)雙CPU 同時故障的故障發(fā)生率目前為止統(tǒng)計為0%且運行穩(wěn)定，但是機組運行維護、檢修記錄數(shù)據(jù)分析顯示，DC24V 繼電器故障率較高（見表1、表2、例1），綜上所述僅引用DC24 繼電器GJ03 來代表MEH 控制器雙CPU 故障設計不合理，極大地增加了因繼電器故障而MEH 控制器運行正常觸發(fā)保護誤動的可能性，不利于小汽輪機安全運行。同時分析單元機組設計100%負荷小汽輪機、備用電動給水泵的發(fā)電機組給水RB 動作過程記錄，給水RB 在機組高負荷運行時成功率較低且即使成功運行，人員后續(xù)工況調(diào)整難度較大，導致單元機組汽輪機跳機脫網(wǎng)的可能性較大，不利于發(fā)電企業(yè)單元機組的安全可靠運行，不利于電網(wǎng)安全運行[4]。

例1：1 號機組啟動報單網(wǎng)故障

2016 年1 號機組按計劃檢修后啟動，啟動過程中UPS電源電壓瞬時波動，導致UPS、事故保安冗余電源切換，UPS 電源電壓瞬時波動后恢復正常，1 號機組報單網(wǎng)故障，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)為1 號機組GW 主控制器1 供電電源失去。GW主控制器由UPS 電源、事故保安電源經(jīng)過AC220V 電磁式監(jiān)視繼電器冗余切換后進行供電，檢查GW 主控制器1 供電回路，發(fā)現(xiàn)AC220V 電磁式監(jiān)視繼電器有明顯電源切換放電拉弧痕跡，繼電器觸點之間絕緣不合格，綜合分析、試驗確認異常原因為AC220V 電磁式監(jiān)視繼電器故障，導致UPS 電源、保安電源之間因繼電器觸點發(fā)電、絕緣不合格形成回路，進而導致UPS 電源、保安電源冗余切換失敗，UPS 電源、保安電源進線空開均跳閘，GW 主控制器1 供電電源失去，導致1 號機組發(fā)生單網(wǎng)故障。

表2 繼電器檢查不合格率記錄Table 2 Relay check failure rate record

4 小汽輪機停機保護設計優(yōu)化

4.1 電源設計優(yōu)化建議

為避免因電源切換繼電器故障導致小汽輪機停機回路電源失去，導致小汽輪機停機保護拒動的不安全事件發(fā)生，提高小汽輪機保護設計的可靠性，提出以下優(yōu)化方案。

1）設計業(yè)績良好或發(fā)電企業(yè)應用性能較好的專用、知名品牌電源切換裝置替代AC220V 繼電器GJ06，比如ATS（Automatic Transfer Switching Equipment），自動轉(zhuǎn)換開關ATS 主要用在緊急供電系統(tǒng)，將負載電路從一個電源自動換接至另一個（備用）電源的開關電器，以確保重要負荷連續(xù)、可靠運行。ATS 為機械結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換時間為100ms 以上，會造成負載斷電。

2）因小汽輪機設計2 個停機電磁閥，且2 個電磁閥冗余設計，任何一個動作均能實現(xiàn)小汽輪機有效停機，優(yōu)化保護、電源設計，最終實現(xiàn)每個停機電磁閥有自身獨立的雙電源冗余供電和保護回路，進一步提高小汽輪機保護設計的可靠性，確保小汽輪機安全運行[2]。

4.2 MEH控制故障硬回路保護停機

MEH 系統(tǒng)雙CPU 故障停小汽論機保護設計，引用DC24 繼電器GJ03 來觸發(fā)小汽輪機停機硬回路動作設計不合理。分析本廠機組以及咨詢同類機組運行維護、檢修記錄數(shù)據(jù)，日立控制系統(tǒng)控制器故障率較低，同一控制系統(tǒng)雙CPU 同時故障的故障發(fā)生率目前為止統(tǒng)計為0%且運行穩(wěn)定，但是機組運行維護、檢修記錄數(shù)據(jù)分析顯示DC24V繼電器故障率較高，綜上所述，僅引用DC24 繼電器GJ03來代表MEH 控制器雙CPU 故障設計不合理，提出以下優(yōu)化方案；

1）建議將GJ03 繼電器作為MEH 系統(tǒng)雙CPU 同時故障的報警監(jiān)視繼電器，重新設計獨立的MEH 系統(tǒng)主CPU正常運行監(jiān)視繼電器、備用CPU 正常運行監(jiān)視継電器，主CPU 正常運行監(jiān)視繼電器與備用CPU 正常運行監(jiān)視継電器常閉觸點串聯(lián)作為MEH 系統(tǒng)雙CPU 同時故障保護觸發(fā)信號，接入小汽輪機停機保護回路，提高小汽輪機停機保護設計的可靠性。

2）強化MEH 系統(tǒng)主CPU、備用CPU 狀態(tài)監(jiān)視報警功能，設計獨立于DCS 的聲光報警回路，及時有效提醒運行人員、熱工人員，采取必要的安全防范措施。

3）制定《MEH 系統(tǒng)雙CPU 同時故障小汽輪機停機保護拒動的緊急事故預案》。

5 總結(jié)

作為熱工保護系統(tǒng)管理人員應認真統(tǒng)計、分析每一次熱工保護動作發(fā)生的原因，舉一反三，消除多發(fā)性和重復性故障。對重要設備元件，嚴格按規(guī)程要求進行周期性測試，完善設備故障、測試數(shù)據(jù)庫、運行維護和損壞更換登記等臺賬。通過與規(guī)程規(guī)定值、出廠測試數(shù)據(jù)值、歷次測試數(shù)據(jù)值、同類設備的測試數(shù)據(jù)值比較，從中了解設備的變化趨勢，做出正確的綜合分析、判斷，為設備的改造、調(diào)整、維護提供科學依據(jù)[3]。本文分析山西大唐國際臨汾熱電有限責任公司單元機組以及咨詢同類機組日立系統(tǒng)運行維護、檢修記錄數(shù)據(jù)，對小汽輪機停機保護硬回路設計進行分析優(yōu)化，提高小汽輪機停機保護設計的可靠性。小汽輪機停機保護硬回路設計優(yōu)化建議雖然有效提高了小汽輪機保護設計的可靠性，但也在一定程度上增加了MEH 系統(tǒng)雙CPU 故障而小汽輪機停機保護拒動的可能性。因此，研究工作沒有結(jié)束，需要同仁持之以恒的努力，研究保護設計的可靠性，不斷推進熱工保護可靠性提升工作。