动力站ETS系统安全可靠性浅析

动力站ETS系统安全可靠性浅析1动力站ETS系统安全可靠性浅析摘要：动力站汽轮机紧急跳闸系统（ETS）的功能是由PLC来实现，ETS系统的安全性、可靠性是ETS系统设计时必须考虑的重要指标，也是保证汽轮发电机组安全稳定运行的关键之处。本文通过对监测系统中重要参数的设备的安全可靠性及、PLC系统的设计原理、ETS系统的跳闸执行部分的探讨来分析ETS系统的安全可靠性，对整个ETS系统的日常检修及维护可起到指导作用。关键字：ETS系统；安全性；可靠性动力站ETS系统安全可靠性浅析20前言汽轮机危急跳闸系统(ETS)是汽轮机保护最重要的一环，它是汽轮机电跳闸的出口，其运行安全与否直接影响到汽轮机的安全运行。ETS监测汽轮机的一些重要参数，如:润滑油压力、凝汽器真空、汽机转速、转子振动、轴向位移等，当这些参数越限时，输出跳闸信号到跳闸电磁阀，跳闸电磁阀卸掉保安系统的安全油压，使汽轮机的所有主汽阀和调节汽阀迅速关闭，完成汽轮机跳闸的功能，使汽轮机紧急停机，处于安全状态，以避免发生严重的后果。ETS系统监测的重要参数主要是使用压力开关、热电阻测温元件、本特利3500监测系统及其配套探头。ETS系统逻辑控制部分采用的是施耐德公司的昆腾系列PLC。所以这些测量设备及PLC本身的电源、通讯网络、切换开关、输出扩展继电器等设备的可靠性也就是衡量整个ETS系统安全可靠性的重要指标。1ETS系统监测的重要参数1.1汽轮机转速汽轮机正常运行时转速应保持在3000r/min,汽轮机转速是由安装在机组前箱内的6个转速探头进行测量的，ETS前面柜内装有三个转速表，用于接受从汽轮机本体三个转速探头来的频率信号，三个转速信号中只要其中两个超过设定值‘3300r/min’转速表输出闭合节点信号到ETS逻辑控制部分的PLC模块中，此时PLC通过内部逻辑判断出汽轮机超速。这里提供的三个转速信号是为了实现三选二的逻辑判断，以保证机组超速时保护能可靠动作。其余的三个转速探头将频率信号送到汽轮机DEH系统柜内的转速表上，整个逻辑判断过程及信号输出过程与上述情况一致，只是在做保护投切的时候将其定名为DEH要求停机。1.2EH油压力汽轮机组在运行过程中，主汽调节门及调节汽阀的开关都是靠EH油来实现的，EH油压力的监测是采用四个压力开关来实现的，当压力降低到设定值时将相应的节点信号输入到PLC模块内，通过PLC逻辑内部组成的四选二的串并联形式，以保证保护可靠动作，串联式为了防止误动作，而并联式为了防止拒动作。此处压力开关的稳定性是保证整个系统的安全可靠性的重要指标，所以必须保证压力开关节点动作灵活、定值校验准确，接线牢固正确。1.3润滑油压力润滑油是为汽轮机的轴承提供润滑减温的，润滑油压力的监测也是采用四个压力开关动力站ETS系统安全可靠性浅析3来实现的。其安装及控制原理均与上述EH油压力开关一致。此处压力开关的稳定性同样是保证整个系统的安全可靠性的重要指标，所以必须保证压力开关节点动作灵活、定值校验准确，接线牢固正确。1.4凝汽器真空凝汽器是在汽轮机排汽口建立并维持高度真空，以便使汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水作为锅炉的给水循环使用。凝汽器真空值的监测也是使用四个压力开关来实现的。其安装及控制原理均与上述EH油压力开关一致。此处压力开关的稳定性同样是保证整个系统的安全可靠性的重要指标，所以必须保证压力开关节点动作灵活、定值校验准确，接线牢固正确。1.5轴向位移轴向位移反映的是汽轮机转动部分和静止部分的相对位置，轴向位移监测的主要目的就是为了保证消除机组转子和定子之间的轴向摩擦，当被监测的轴向位移超过正常工作范围达到一定数值后，首先发出报警信号，提醒运行人员进行检查处理，若轴向位移继续增加到某一危险数值时，监测系统将发出危险信号，迫使汽轮机停机。测量轴向位移的传感器采用的是电涡流探头，输出的信号送入本特利3500系统中进行比较判断，当达到停机设定值时输出闭合节点到PLC模块中进行逻辑判断并最终发出停机信号指令。此处轴向位移测量探头的安装、延长电缆的连接以及前置器和本特利接线端子上的接线正确牢固均是保证系统安全可靠性的重要指标。1.6胀差汽轮机转子与汽缸的相对膨胀，称为胀差。胀差测量探头安装在汽轮机四号轴承处，探头输出的信号送入本特利3500系统中进行比较判断，当达到停机设定值时输出闭合节点到PLC模块中进行逻辑判断并最终发出停机信号指令。此处胀差测量探头的安装、间隙电压调整、延长电缆的连接以及前置器和本特利接线端子上的接线正确牢固均是保证系统安全可靠性的重要指标。1.7轴承振动为了使机组在启动和运行中能安全经济的运行，必须在每个轴承上监测轴承的绝对振动和相对振动，轴承绝对振动的幅值和强度能准确地反映出机组安装及调试的优良程度。在动力站ETS系统安全可靠性浅析4汽轮机的五个轴承处分别安装有两个测振探头，用来监测轴承的绝对振动和相对振动。各处测振探头的安装、间隙电压调整、延长电缆的连接以及前置器和本特利接线端子上的接线正确牢固均是保证系统安全可靠性的重要指标。1.8轴承金属温度轴承金属温度包括支持轴承金属温度和推理轴承金属温度，均采用铂热电阻进行测量，热电阻原件输出的电阻值送入DCS和DEH系统内用于显示监控。同时，送入DCS系统的温度值又通过内部逻辑判断，在轴承金属温度值超过设定的停机值时发出闭合接点信号到PLC模块内，再次经过逻辑判断后最终发出停机指令信号。此处，测温元件的安全稳定性、延长电缆的保护、整个回路的接线正确牢固均是保证系统安全可靠性的重要指标。1.9轴承回油温度轴承回油温度是监测汽轮机轴承润滑油温度的参数，由安装在各个轴承处的双金属温度计进行测量，其测量的数据送入DCS和DEH系统内进行显示监控。当轴承回油温度达到设定的停机值时，由双金属温度计发出闭合接点信号到PLC模块内，再次经过逻辑判断后最终发出停机指令信号。此处，双金属温度计的安装、延长电缆的保护、整个回路的接线正确牢固均是保证系统安全可靠性的重要指标。1.10DEH失电遮断保护试验DEH系统是汽轮机调节的重要系统，一旦失去供电，整个汽轮机就处于无法控制的情况下，所以，当出现这种情况时，应立即停机。DEH系统失电是由系统的双电源切换装置提供的信号到PLC模块内经过逻辑判断后最终发出停机指令信号。此处涉及到的双电源切换装置及整个回路的接线正确牢固均是保证系统安全可靠性的重要指标。1.11发电机故障此信号为电气发变组保护柜提供到ETS系统中的信号，应保证其在ETS系统的接线端子处的接线正确牢固。1.12发电机及变压器保护此信号为电气发变组保护柜提供到ETS系统中的信号，采用三选二的方式，应保证其在ETS系统的接线端子处的接线正确牢固。动力站ETS系统安全可靠性浅析52手动停机按钮集控室操作台上有手动停机按钮，每台机组设置两个手动停机按钮，必须将两个手动停机按钮同时按下时指令才能发出。当运行人员操作手动停机按钮后，原先的常开接点闭合，ETS接受到闭合接点，到内部逻辑进行判断发出停机指令，此为软逻辑回路。而按钮上的常闭节点是串联在ETS系统停机电磁阀的电源回路中，当按下停机按钮后，使停机电磁阀的电源回路强制断电，造成电磁阀失电，泄掉系统保安油，汽轮机的所有主汽阀和调节汽阀迅速关闭，完成汽轮机跳闸的功能。此为硬逻辑回路。3ETS系统的逻辑控制部分3.1系统硬件设备配置ETS系统逻辑控制部分采用的是施耐德公司的昆腾系列PLC。整个系统的所有设备，包括CPU、电源模块、热备模块、通讯网络模块、I/O模块均采用双冗余的配置。CPU在运行过程中采用一主一备的模式，当主CPU出现问题时，可无扰动的切换到备用CPU上，不影响系统的正常运行。3.2系统电源PLC本身需要外部提供220VAC电源到电源模块上，再通过底板为其他模块供电。外部提供两路电源，一路市电，一路由UPS供电。两路电源经过继电器进行双电源切换后送到PLC的电源模块上。每路电源均通过对应的继电器实现电源监控，当其中任意一路电源出现问题时，在PLC系统的上位机上会出现相应的报警提示，这样就保证了系统电源安全可靠。PLC系统的I/O模块需要提供直流24V的查询电压，由上述的220V电源通过变压器输出后送到指定的端子排上。同样，每路电源均通过对应的继电器实现电源监控，当其中任意一路电源出现问题时，在PLC系统的上位机上会出现相应的报警提示，这样就保证了系统I/O模块查询电压的安全可靠。3.3上位机监视操作面板ETS监视操作面板分为“ETS操作员试验盘”、“输入信号状态”和“首出遮断报警”三个页面。“ETS操作员试验盘”这一页面是用来进行在线实验及系统内的报警显示，“输入信号状态”画面监视着进入ETS系统的现场信号和其他系统来的跳闸输入信号，若某个报警动力站ETS系统安全可靠性浅析6情况出现，相应的指示灯就会变亮，“首出遮断报警”画面监视着ETS最先引起跳闸的信号，当汽机跳闸时，最先引起跳闸的信号指示灯就会亮。3.4保护投切开关保护投切开关是保证整个ETS系统安全可靠性的重要设备，它可以在必要的时候切除现场发过来的跳闸输入信号。例如，机组冲转带负荷前的真空低信号。它还可以在现场设备需要检修的时候将必要的跳闸输入信号切除，以保证检修作业不会影响机组的正常运行。由现场发到ETS系统的跳闸输入信号均要经过切换开关后才能输入到PLC系统中，所以，保护投切开关的接线正确牢固是保证整个ETS系统安全可靠性的关键指标。3.5输出扩展继电器输出扩展继电器是ETS系统与其他系统之间进行联系的通道，当机组由于保护动作而跳闸时，输出扩展继电器可以为DCS系统、DEH系统及SOE系统提供干接点信号。这些系统可以通过对这些输入信号的逻辑判断来执行设定好的相应逻辑，比如关主汽门、关抽汽逆止门、开疏水门等。同时，输出扩展继电器还是用硬接线的方式直接将汽轮机跳闸的干接点信号送到重要设备的关、停回路中，以便强制使设备停运。通过以上两种软硬结合的方式，ETS输出扩展继电器可以保证机组跳闸后所有重要设备均安全可靠的停止运行，保证机组的安全。4ETS系统的跳闸执行部分J120-2/AST20-1/AST20-3/AST20-4/ASTK1（63-2/ASP-1）K2（63-2/ASP-2）J2P1P2（图1）ETS系统的执行部分既是最终导致系统安全油压泄油的停机电磁阀，也就是我们常说的动力站ETS系统安全可靠性浅析7AST电磁阀。由图1所示系统中有4个AST电磁阀，它们是受ETS系统电气信号所控制。四个AST电磁阀是得电关闭，失电打开。汽轮机挂闸后，AST电磁阀带电，从而封闭了自动停机危急遮断总管中抗燃油的泄油通道，使所有蒸汽阀执行机构活塞下的油压建立起来，当电磁阀打开，则AST总管泄油，导致所有蒸汽阀关闭停机。4个AST电磁阀组成串并联布置（通道1包括20-1/AST与20-3/AST，通道2包括20-2/AST与20-4/AST），两个通道分别由两路独立电源进行供电,通道1电源是由220VAC交流市电经变压器转110VAC供电,通道2电源是由220VAC-UPS经变压器转110VAC供电。4个电磁阀组成串并联的形式，这样就具有多重的保护性，每个通道中至少有一个电磁阀打开，才可导致停机。这样就起到了防止误动、防止拒动的效果。5小结安全可靠性是汽轮机ETS系统的关键，动力站ETS系统采用了冗余配置的PLC硬件系统、双通道并具有双切换功能的供电系统、操作简易且画面直观的上位机监视面板、安全可靠的保护投切开关、双重保护的手动停机按钮、功能齐全的输出扩展继电器，这些设备可以确保整套装置在任何情况下，都能正确可靠地实现汽轮机跳闸功能。汽轮机跳闸保护“拒动”或“误动”的情况，在ETS系统执行部分的设计过程中得到充分合理的处理，这也在技术上提高了系统的安全可靠性。参考文献1谷俊杰，丁常福.汽轮机控制监视和保护.[M].中国电力出版社.2002年03期2吴天一，王兵，崔旭东，刘健.ETS系统在24MW汽轮机的应用实现.[J].石油化工自动化.2007年02期3邹见效,徐红兵,张正迁.基于三重冗余的ETS控制系统设计