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汽轮机ETS保护系统可靠性分析及优化措施曹玉强

发表时间：2020/1/8 来源：《科技新时代》2019年11期作者：曹玉强

[导读] 汽轮机ETS控制系统能够有效保证汽轮机机组在出现异常情况时进行遮断停机，因此ETS运行的稳定性和可靠性至关重要。

曹玉强
        大唐吉木萨尔五彩湾北一发电有限公司新疆省昌吉州 831700

        摘要：汽轮机ETS控制系统能够有效保证汽轮机机组在出现异常情况时进行遮断停机，因此ETS运行的稳定性和可靠性至关重要。本文从两个方面介绍ETS控制系统的可靠性，另外结合实际电厂的应用情况对ETS控制系统的改进提升措施进行了分析介绍，为汽轮机运行保驾护航。
        关键词：
        1引言
        汽轮机紧急遮断系统(ETS)是保证汽轮机稳定安全运行的必要系统，如果汽轮机出现某种运行故障时，ETS保护系统会即刻启动紧急遮断，对汽轮机机组进行保护[1]，由于ETS保护系统是汽轮机保护装置的最后一个自动保护装置，因此，其运行可靠性对于汽轮机运行具有重要作用，同时也对系统的可靠性和快速性有非常高的要求。
        2 汽轮机ETS保护系统可靠性
        (1)I/O有效分配[2]
        ETS保护系统通过应用冷凝器真空低保护和润滑油低压保护、EH低压保护、AST超速保护完成，ETS保护系统的主要原理是充分利用三种冗余设计，对于冷凝器和润滑油母管等安装了独立特点的开关，有效对冷凝器和润滑油母管运行进行监管。
        (2)ETS控制系统电源回路
        通过采取一系列的设计提升ETS系统运行的稳定性和可靠性。设计使用220VAC电源，其中UPS和保安段的冗余电源进行有效的信号联系，控制柜进行有效的接受。对于 PLC 组件、AST 电磁阀、IPS、2PS电源转换模块进行有效供电，实现有效的转化后就完成了 PLC 冗余I/O 电源的得到。通过此种设计的电源回路，在UPS电源出现故障时，系统会向IO电源进行自动切换，始终保证保安段的电源有效供应。另外，当然，我们需要明确，以前的应用方式还存在一些问题，需要我们应用合理化方法进行完善。
        3 ETS 系统现状
        结合某电厂的实际应用情况，对ETS控制系统的可靠性进行分析。该电厂2号机组为施耐德昆腾系统的PLC控制系统，该保护系统有一面控制机柜，PIO模块采用施耐德双机热备配置，CPU为113系列, 卡件集中配置，电源模块为单配。ETS系统主要负责汽轮机跳闸主保护信号采集及保护功能实现，同时包含 110VDC跳闸硬接线回路,24VDC供电回路采用双重冗余供电模块。
        4 ETS 保护系统使用情况
        结合某电厂汽轮机组ETS控制系统的实际应用情况进行可靠性分析，主要问题有以下几种：
        (1)2号机组ETS系统跳闸硬回路失电保护拒动风险，手动跳闸及ETS跳闸是通过PLC节点驱动ETS110VDC主跳闸回路,若中间继电器24V电源系统故障，将导致机组危机状态下无法通过手动停机按钮和ETS跳闸系统停机。
        (2)2号机组ETS系统的通信系统不能实现有效的冗余配置，最终导致不具备无扰切换的功能。而根据规定，IO模件供电的直流电源，通讯网络等均采用完全独立的冗余配置，且具备无扰切换功能[3]。
        (3)机组ETS控制系统的输入和输出卡件不能实现全程完全独立的原则，根据规定要求，所有重要的主、辅机保护都应采用三取二的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则#确因系统原因测点数量不够，应有防保护误动措施。
        (4)2号机组出现过一次因雷击跳闸的故障，但查询SOE并未查到相关的跳闸记录，分析其原因可能是户外电缆引入雷电波，最终导致PLC误判，出现跳闸。但因导电波时间过短，SOE未能捕捉到相应的信号。
        目前市面上大多数的ETS系统的设计无论是原理还是功能都存在较大的差别，并且在实际的生产中绝大多数的生产都是为设备厂家进行供配的，这样一来导致了在生产的过程中无法有效的落实二十五项反措，并且在生产的过程中对于主设备的保护也无法有效的展开，对于系统整体的可靠性产生了极大的影响#进一步导增大了系统故障的发生概率，为了对整个系统的可靠性进行进一步的改良#设计人员需要对整个系统进行进一步的优化。
        5汽轮机组 ETS 保护系统改进措施
        为了提升ETS保护系统运行的稳定性，对其进行了改进提升。如下：
        (1)电阻改造
        采取充电电阻的方式对电缆进行充电改造，该方案简单可行，可以有效解决信号电缆充电导致的PLC通道电压突降的现象，在投入保护后充电电阻被旁路掉#不影响保护动作时间，电跳机保护回路增加充电电阻R1/R2示意图如下，

        图1 电阻改进图
        (2)保护控制逻辑
        轴向位移大：TSI系统实现逻辑的判断控制，1或2动作与3或4动作可以实现停机操作，TSI控制系统输出一路轴向大位移信号到ETS系统内，进行单点保护。改进的控制逻辑为TSI控制系统输出增加两路轴向位移大信号，送三路轴向位移大信号到ETS信号中，采取三取二的跳闸控制措施。
        振动大停机：TSI系统输出一路大于150微米的开关量，TSI系统输出一路大于250微米的开关量，当两个信号相与后即实现停机操作。改进后的控制逻辑为TSI系统输出三路大于150微米的开关量，TSI系统输出三路大于250微米的开关量，实现三取二再相与。
        发电机故障。改进前为单点保护，改进后在电气保护柜增加两路发电机故障开关量信号，逻辑三取二保护。
        (3)雷电干扰改进
        在满足汽轮机保护规范规定的保护动作时间情况下，组态里做了10ms的滤波躲避雷电干扰，修改后保护动作时间12ms，汽轮机的飞升转速仍在安全范围内，并采用屏蔽效果更好的双层屏蔽电缆替换原信号电缆。
        6结语
        对于汽轮机 ETS 保护系统可靠性和改进方式进行有效的分析，有利于我们对于汽轮机 ETS 保护系统基本的工作原理和方式进行科学研究，对于其中的问题进行有效了解，通过结合特定电厂ETS控制系统实际运行情况，对存在的问题进行介绍，并对改进提升方案进行了分析说明，应用科学化方法进行其中问题的解决，提高汽轮机 ETS 保护系统应用的质量和水平，使其在今后的应用中可以充分发挥出自己的功能，促进汽轮机应用状态的提高。
        参考文献
        [1]张正贺. 浅谈汽轮机ETS保护系统可靠性的分析及改进[J]. 山东工业技术, 2017(10):260-260.
        [2]李文辉, 丁明青. 提高国产引进型汽轮机组ETS低真空保护可靠性实例[J]. 仪器仪表用户, 2017, 24(7):84-87.
        [3]周旭战, 杨亚飞, 张顺利,等. 一起330MW汽轮机组异常跳闸原因分析及ETS系统改进[J]. 中国电力, 2018, 51(5):39-46.