汽轮机危急遮断系统供电可靠性分析与优化

1、汽轮机危急遮断系统供电可靠性分析与优化*收稿日期：2007-5-20作者简介：陈宏（1971-），男，工程师，安徽理工大学在读工程硕士，从事火电厂热工自动控制技术工作。 E-mail：hongchen7112陈宏 （1安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001）摘要：本文针对某发电厂一次汽轮机危急遮断系统（Emergency Trip System）控制回路接地，引起ETS系统双回路直流丧失，导致机组跳闸的分析处理情况进行介绍；重点对ETS系统电源供电方式进行可靠性分析，并对现有供电方案进行改进，提高了电源系统的工作可靠性，对于同类机组保护系统的电源设计提供参考。关键词：危急遮断

2、系统；可靠性分析；优化；中图分类号：TP273 文献标识码：B 文章编号：Reliability Analysis and Optimization on Power supplyof Emergency Trip System of TurbineChen Hong(1 Department of Electrical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China)Abstract：This paper introduces some reasons which lead to p

3、ower unit trip because the control circuit of Emergency Trip System are grounding in a Power plants of the first side of Turbine. Consequently, the double DC will be cut off on Emergency Trip System. The focuses are on the ETS of the power supply system on reliability analysis methods, and improve t

4、he work of the power system. Enhanced the reliability of the power system. It can give some references on power supply system design to some similar units Turbine for the protection system.Key words：Emergency Trip System, Reliability Analysis, Optimization1 前言设备的可靠性与设备的维修密切相关，可靠性低的设备必然导致可用性降低和维修频繁。事

5、实上，维修工作也只能使设备维持或接近原有的工作性能。通过可靠性分析，可确定设备或系统的薄弱环节及关键部位存在的潜在性隐患。以及应采取的对策，揭示各种故障模式及其内部的联系，指导故障诊断和维修方案的制定，确定系统检测装置的最佳配置。汽轮机危急遮断系统ETS（Emergency Trip System）是在汽轮发电机危急情况下的保护系统，它接收来自汽轮发电机组安全监视仪表系统（TSI）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）及其它系统主要参数，进行逻辑处理后，统一输出停机、停炉、快关调门、关闭抽汽逆止门等保护信号及各种报警信号。ETS是电厂热控设备中最重要的保护系统之一，无论其拒动或误动都将造成非常严重

6、的后果，提高汽轮机ETS的准确性、快速性和可靠性是非常必要的。目前国内机组配备的汽轮机危急遮断系统，多数采用冗余PLC实现保护逻辑代替采用分立元件搭建的跳闸逻辑回路，使得保护逻辑回路的故障率大大降低，ETS装置可靠性有了较大的提高，相对来说ETS系统AST电磁阀的硬继电器回路及电源回路的故障率相对较高。由于ETS系统的AST电磁阀为长期带电运行所以一般采用直流电源，而ETS系统控制电源多采用交流电源，导致ETS系统存在多种电源共存现象。如果电源回路设计繁复或考虑不周全，容易造成保护系统可靠性降低。因此提高ETS系统AST电磁阀回路及电源回路供电回路的可靠性对ETS系统的安全、稳定运行就显得十分

7、重要。2 系统概述 某电厂#3机组ETS系统，保护功能有：汽轮机电超速保护；轴向位移保护；轴承振动保护；胀差大保护；轴承润滑油压低保护； EH油压低保护；凝汽器真空低保护；MFT主燃料跳闸保护；DEH失电停机保护；发电机差动保护；手动停机保护。其主机控制器采用OMRON的C200HE型PLC，与DCS系统数据交换采用硬接线方式。保护逻辑双通道冗余设计，电源系统均为双路供电。ETS装置的跳闸逻辑控制回路为双通道，各自完全独立，双通道同时工作，任一通道均可跳闸。ETS装置各保护回路均设有切/投开关，可对每个回路进行在线试验维修，在试验或维修过程中跳闸保护功能仍然有效。ETS装置内设双路自动切换电源

8、，对内部单元回路冗余供电。ETS装置的报警功能可通过装置上的试验按钮试验，也可通过汽轮机操作盘上的试验按钮试验。ETS装置设计线路简单可靠，电气硬件采用进口的可编程控制系统，以提高ETS装置可靠性，确保机组安全运行。ETS装置内重要停机信号（如转速、真空过低、抗燃油压过低、润滑油压过低等）均采用“四取二”逻辑。3 机组跳闸及故障处理机组跳闸过程如下，机组正常运行，负荷稳定，主要参数均正常，集中信号光字牌 “ETS直流220V电源失电”报警信号发出（该信号取自电气供给ETS系统AST二通道电磁阀的220VDC电源监视，检查发现该路电源失去），且信号无法复归，检查发现该回路供电电源熔丝熔断，控制回

9、路存在金属性接地；由于机组尚在运行，回路接地点难以判断，又过了50分钟，“热控ETS直流220V电源失电”信号发出（该信号取自热控整流装置输出的供给ETS系统AST一通道电磁阀的直流电源监视回路），AST电磁阀一、二通道电源全部失去，电磁阀动作，EH油压下降，主汽门关闭，机组跳闸。ETS系统接地点查找，通过仔细检查、分析，该接地点应该在就地电磁阀处。经认真查找，发现AST电磁阀就地接线盒中，AST4电磁阀线圈的两根引线破损，并且破损处有短路打火痕迹，接线盒上也有放电痕迹，将两根引线进行更换处理后，接地现象消失，从而确认该处接地短路造成了此次机组跳闸。由于故障较为明显，技术人员立即进行故障处理，

10、更换了ETS系统热控的直流电源整流装置，对接地短路的 AST4电磁阀线圈的两根破损的引线进行更换处理，并对ETS系统控制回路进行全面检查，确认系统正常后，机组启动；机组启动后运行情况良好，ETS系统运行正常。4 故障情况分析接线施工工艺差，在改造施工接线时划伤电缆，留下隐患，造成短路接地；检查发现两根线短路处均有划伤的痕迹，伤痕是施工接线时剥电缆留下的，由于AST电磁阀接线盒安装在汽机机头处，接线盒振动较大，加之AST电磁阀线圈长带电，使两线短路并接地。ETS系统电源回路设计存在薄弱环节，一只AST电磁阀回路接地造成双路直流电源丧失，造成机组跳闸；由于AST4电磁阀接地短路造成电气供给ETS系

11、统的220VDC电源熔丝熔断，来自电气的ETS系统AST电磁阀的直流电源丧失；此时由热控直流转换装置继续给四只AST电磁阀提供电源，由于接地情况未消失，50分钟后热控直流转换装置因负载过大被烧坏，AST电磁阀直流电源全部丧失，四只AST电磁阀失电动作，机组跳闸。5 ETS系统电源可靠性分析机组投入运行以来ETS系统工作一直较为稳定，由于ETS回路接地引起了机组跳闸，使技术人员对该系统的可靠性进行认真分析评价，发现其供电回路在设计上有不安全隐患。PLC主机(220VAC)及采样电源（24VDC），均采用双路供电；由保安段电源与UPS段双路输入至ETS系统电源切换装置，电源装置输出双路220VAC

12、及24VDC，分别给冗余的PLC主机和PLC卡件采样提供电源；两路电源只要有一路输入正常就可保证ETS装置不会发生误动或拒动。ETS系统继电器回路电源（220VAC），采用双路供电；厂用UPS段电源给ETS一通道控制回路提供工作电源，电气保安段给ETS二通道控制回路提供工作电源。AST电磁阀线圈励磁电源(220VDC)，采用双路供电；一路来自电气送来的直流220伏电源，另一路取自电气UPS段电源，经热控整流装置送出直流220伏电源，两路直流电源通过二极管高选给ETS系统两个通道的AST电磁阀提供工作电源。PLC主机(220VAC)及采样电源（24VDC），均采用双路供电；由保安段电源与UPS段

13、双路输入至ETS系统电源切换装置，电源装置输出双路220VAC及24VDC，分别给冗余的PLC主机和PLC的I/O卡件采样提供电源；由于ETS系统采用冗余PLC控制，两路电源只要有一路输入正常就可保证ETS装置正常工作，所以因PLC失电而使保护系统误动或拒动的概率很低。ETS系统继电器回路电源（220VAC），采用双路供电；厂用UPS段电源给ETS一通道控制回路提供工作电源，电气保安段给ETS二通道控制回路提供工作电源。此两路电源中UPS段电源较为可靠，但电气保安段电源在厂用电切换时会瞬间失电，使两通道控制AST电磁阀的接触器失电，造成该通道AST电磁阀动作，如果此时，另一通道电磁阀关闭不严、

14、发生故障或正在进行在线通道试验，将会增加保护误动的风险。ETS系统AST电磁阀电源（220VDC），其直流220伏供电回路由电气直流电源与热控直流整流装置输出的直流电源共同构成，两路直流电源通过二极管高选同时给4只AST电磁阀线圈供电。其供电的可靠性虽然较高但是当出现任一电磁阀电源回路发生短路或接地时，将会导致所有AST电磁阀的直流电源丧失而发生停机，本次机组跳闸就是因AST4电磁阀电源回路接地造成。同时对电源回路中使用的高选二极管元件的可靠性提出了很高要求，元件故障也将造成直流电源丧失。6 对策与实施 通过上述分析可见，虽然本机组ETS系统的供电电源均采用双路供电，但电源系统设计较为繁复，对

15、于生产现场设备运行环境的复杂性，设备故障的预想预控，以及运行方式的变化等方面考虑欠周全。例如ETS系统的AST电磁阀线圈为220VDC，而给AST电磁阀供电的接触器却采用220VAC；而且其四只AST电磁阀的电源共用一路高选后的电源，风险较为集中使电源系统故障风险增加，同时对高选二极管的可靠度依赖性增加，使电源系统的可靠性大大降低。因此，我门将提高供电可靠性，作为首要目标对供电回路进行重新设计。本文中将控制AST电磁阀电源的交流接触器改为用性能较为稳定的西门子直流接触器，从而取消了ETS系统继电器保护回路的交流电源，用现有的两路直流电源直接供给ETS系统的继电器保护回路和AST电磁阀线圈。避免

16、了在厂用电切换时保安段电源会瞬间失电，使二通道控制AST电磁阀的接触器失电，造成该通道AST电磁阀动作情况的发生，可以减小ETS系统因电源故障发生拒动和误动的几率。取消原来采用的两路直流电源经二极管高选同时给4只AST电磁阀线圈供电的控制方式，将一、二通道的AST电磁阀励磁电源分别供给，避免了因某一只电磁阀回路接地或短路造成所有直流电源丧失的风险。取消了电源供电回路的高选二极管，杜绝了因高选二极管故障引起的ETS直流电源丧失的情况发生。 本方案实施通过认真分析和论证，认为改进方案可行，利用#3机组停机的机会将此方案进行了实施，为确保改进工作的顺利实施，在回路改造前进行了充分的准备，编制了详尽的

17、改造施工质量计划书，绘制出回路的接线图与原理图，并利用控制回路改进的机会，对ETS系统的设备元器件的可靠性进行全面检查，在选择继电器、开关、电缆和接线端子等元器件时将可靠性高、性能稳定作为首要条件；在施工中严格施工工艺，确保控制回路接线准确可靠。在施工结束后，为确保保护回路的可靠性，技术人员通过制定详细的试验方案，对各种工况进行模拟试验，通过运行试验表明，改造后的ETS系统可靠性较回路改进前有大大提高。 7 结束语ETS系统作为机组的主要保护手段，无论其拒动或误动都将造成极其严重的后果，所以必须加强对该系统的检查和试验,要确保ETS系统能够长期可靠的工作，必须利用每次机组停役和检修的机会，对ETS系统的控制回路及设备进行全面检查试验。一般来说ETS系统的测量元件都是按要求定期校验的，问题较容易被发现；由于生产现场振动、高温等原因，