某電廠1050MW汽輪發(fā)電機組采用東方汽輪機廠生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、單抽、抽凝式汽輪機，型號為N1050— 26.25/600/600。該汽輪發(fā)電機組共分11個軸瓦，其中1～8瓦對應(yīng)高壓缸、中壓缸和兩個低壓缸側(cè)，9瓦和10瓦對應(yīng)發(fā)電機，11瓦對應(yīng)勵磁機側(cè)。

汽輪機安全監(jiān)視系統(tǒng)（turbine supervisoy instrument, TSI）采用本特利3500系列在線監(jiān)測保護系統(tǒng)，實現(xiàn)對軸振、蓋振、軸位移、偏心、轉(zhuǎn)速、脹差、熱膨脹等汽輪發(fā)電機組運行參數(shù)的長期連續(xù)在線監(jiān)測。本文主要針對在TSI運行中發(fā)現(xiàn)的問題進行研究并提出相應(yīng)的解決方案，以提高TSI的可靠性。

1 TSI繼電器輸出模件

1.1 模件設(shè)置

該TSI模件機架配置有一塊3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件和一塊3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件。其中，3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件負責接收3500/42M軸承振動檢測模件送來的軸承振動大報警和跳閘信號，并輸出1路軸承振動大報警信號、10路軸承振動大跳閘信號。

該繼電器模件通道1對應(yīng)輸出軸承振動大報警信號送至分散控制系統(tǒng)（distributed control system, DCS）報警，通道2～11分別對應(yīng)輸出1～10瓦軸振大跳閘信號送至汽輪機跳閘保護系統(tǒng)（emergency trip system, ETS）。

3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件負責接收3500/42M軸位移檢測模件送來的軸位移大報警和跳閘信號，并輸出1路軸位移大報警信號和3路軸位移大跳閘信號。該繼電器模件通道1對應(yīng)輸出軸位移大報警信號至DCS報警，通道2～4分別對應(yīng)輸出3路軸位移大跳閘信號至ETS。TSI機架繼電器模件配置如圖1所示。

圖1 TSI機架繼電器模件配置

1.2 風險分析

從該TSI配置可以看出，一旦負責汽輪機軸承振動大保護輸出的3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件發(fā)生故障而誤發(fā)信號，將造成輸出至ETS的3路軸振大跳閘信號誤發(fā)，導致軸承振動大保護誤動。

同樣，如果作為汽輪機軸位移大保護輸出的3500/32M(1-14)-4通道繼電器輸出模件發(fā)生故障而誤發(fā)信號，也會造成軸位移大保護誤動。

在國家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》中第9.4.3條款要求“所有重要的主、輔機保護都應(yīng)采用‘三取二’或‘先或后與四取二’的邏輯判斷方式，保護信號應(yīng)遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則”。該TSI配置方式不滿足要求，TSI裝置的軸承振動、軸位移保護繼電器輸出模件實際為單點保護方式。

1.3 優(yōu)化措施

根據(jù)國家標準GB 50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》中第15.6.1條款規(guī)定“機組保護系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定：冗余的I/O信號應(yīng)通過不同的I/O模件引入”。

對該主機TSI軸振大信號、軸位移大信號設(shè)計在同一塊模件的問題采取冗余保護分模件處理，以提高保護系統(tǒng)的可靠性，即在原主機TSI機架上增設(shè)一塊3500/33(1-12)-16通道繼電器輸出模件，與原有3500/33(1-13)-16模件和3500/32M(1-14)-4模件組成三條獨立的I/O模件回路。優(yōu)化后的TSI機架繼電器模件配置如圖2所示。

同時調(diào)整相應(yīng)繼電器模件的輸出通道配置，由這3塊繼電器模件分別輸出軸振大停機信號、軸位移大停機信號，實現(xiàn)送往ETS的3路軸振大保護信號及3路軸位移大保護信號輸出完全獨立并且冗余，通過ETS進行三取二邏輯判斷，提高保護邏輯的穩(wěn)定性和可靠性。

圖2 優(yōu)化后的TSI機架繼電器模件配置

2 輸出跳閘回路接線

2.1 接線設(shè)置

該TSI 3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件由通道2～11分別對應(yīng)輸出1～10瓦軸振大跳閘信號，該10路軸振大跳閘信號分別驅(qū)動TSI柜內(nèi)REL2至REL11共10個跳閘繼電器，再由這10個跳閘繼電器輔助觸點分別輸出10路信號至TSI柜內(nèi)端子排，并在端子排處經(jīng)過環(huán)接后最終輸出3路軸振大跳閘信號至ETS。優(yōu)化前的TSI軸振大跳閘回路流程如圖3所示。

2.2 風險分析

如果TSI柜內(nèi)用于驅(qū)動10個跳閘繼電器動作的10路軸振大跳閘信號線中任意一路發(fā)生短路，或者10個繼電器中任意一個繼電器出現(xiàn)故障導致輔助觸點閉合，又或者在端子排環(huán)接處的10路信號中任意一路發(fā)生短路[8]，均會輸出3路軸振大跳閘信號至ETS，造成ETS保護誤動，機組跳閘。

2.3 優(yōu)化措施

由這三塊繼電器輸出模件分別輸出六組跳閘信號，即新增3500/33(1-12)-16通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號代表“1～5瓦軸振大跳閘信號1”，通道4輸出一路信號代表“6～10瓦軸振大跳閘信號1”，這兩路跳閘信號在端子排處環(huán)接成第一路軸振大跳閘信號送至ETS。

同樣地，原有的3500/33(1-13)-16通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號代表“1～5瓦軸振大跳閘信號2”，通道4輸出一路信號代表“6～10瓦軸振大跳閘信號2”，這兩路跳閘信號在端子排處環(huán)接成第二路軸振大跳閘信號送至ETS。原有的3500/ 33(1-14)-4通道繼電器輸出模件的通道3輸出一路信號代表“1～5瓦軸振大跳閘信號3”，通道4輸出一路信號代表“6～10瓦軸振大跳閘信號3”，這兩路跳閘信號在端子排處環(huán)接成第三路軸振大跳閘信號送至ETS。

圖3 優(yōu)化前的TSI軸振大跳閘回路流程

改成此種接線方式后，從繼電器輸出模件到跳閘繼電器，再到柜內(nèi)輸出至ETS的端子排，實現(xiàn)了信號回路獨立，避免保護誤動。優(yōu)化后的TSI軸振大跳閘回路流程如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后的TSI軸振大跳閘回路流程

3 軸承振動大跳閘邏輯

3.1 邏輯設(shè)置

該汽輪發(fā)電機組1～10瓦每個瓦都分別裝有X向和Y向兩個軸承振動傳感器，9～11瓦還分別裝有X向和Y向兩個蓋振傳感器。該機組TSI的汽輪機軸承振動大跳閘邏輯設(shè)置為：當1～10瓦中任一瓦的任一方向軸承振動達到跳閘值或者9～11瓦中任一瓦的任一方向瓦振達到跳閘值就會觸發(fā)軸承振動大保護使汽輪機跳閘[9]。

3.2 存在風險

經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗發(fā)現(xiàn)，如果在振動傳感器或前置器附近使用對講機等大功率通信設(shè)備時，會對傳感器的輸出信號產(chǎn)生較大干擾，振動監(jiān)測值發(fā)生明顯變化，造成信號失真，有保護誤動風險。

由于就地傳感器安裝質(zhì)量或前置器及信號電纜接線松動也會導致振動信號異?；蜻_到跳閘值，單個測點振動值達到跳閘值就觸發(fā)跳閘保護的邏輯設(shè)置屬于典型的單點保護邏輯，存在較大的保護誤動風險，不符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》相關(guān)規(guī)定。

3.3 管控及優(yōu)化措施

嚴禁在臨近振動傳感器或前置器區(qū)域使用對講機或手機等大功率通信設(shè)備，嚴禁磁性物體靠近振動傳感器。安裝振動傳感器時調(diào)整其間隙電壓為DC 10V±0.25V，以保證其測量的準確性。檢查信號電纜接頭有無油污等雜質(zhì)，使用酒精或?qū)Ｓ们逑磩┣謇砀蓛艉笤龠B接接頭，擰緊后包上絕緣膠帶或熱縮管。

為解決TSI軸振大跳閘邏輯缺陷，經(jīng)過深入調(diào)研，并征求汽輪機廠家及設(shè)計院意見，做出如下保護邏輯優(yōu)化方案：9～10瓦的振動保護邏輯中已有軸振保護，不必再設(shè)置瓦振保護，所以取消9～11瓦的瓦振保護邏輯，改為DCS顯示及報警使用。

優(yōu)化后的軸承振動大跳閘邏輯為：1～10瓦中任一瓦的任一方向振動的跳閘值與上其他瓦的振動報警值觸發(fā)軸承振動大跳閘保護。以1瓦為例，保護邏輯組態(tài)為：((S03C01P##A2+S03C02P##A2)* (((((S03C03P##A1+S03C04P##A1)+S04C##A1)+S05C##A1)+S06C##A1)+S07C##A1))，即1X跳閘值或1Y跳閘值與上2～10瓦中任一瓦的任一方向報警值。優(yōu)化后的1瓦軸振大跳閘邏輯如圖5所示。

圖5 優(yōu)化后的1瓦軸振大跳閘邏輯

4 結(jié)論

該電廠通過增加TSI繼電器輸出模件實現(xiàn)模件信號輸出完全獨立并且冗余，改進跳閘回路接線實現(xiàn)信號回路獨立，采取有效的抗干擾措施，優(yōu)化振動保護邏輯中的單點保護邏輯，消除了TSI保護回路中的單點保護問題，降低保護誤動風險，提高了系統(tǒng)可靠性，為機組的安全穩(wěn)定運行提供了保障，也可為其他同類型機組提供參考依據(jù)。

本文編自2022年第11期《電氣技術(shù)》，論文標題為“某1050MW汽輪機組安全監(jiān)視系統(tǒng)保護回路現(xiàn)狀分析及優(yōu)化措施”，作者為劉鐵柱、張佳興。