大型單元機組特點是爐、機、電在生產(chǎn)中組成一個有機整體，機爐大聯(lián)鎖一般都是機跳電、電跳機、機跳爐、爐跳機，爐和電通過機來實現(xiàn)。任意一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題將會影響整個機組的安全運行，嚴(yán)重的故障可能導(dǎo)致機組停機，甚至危及設(shè)備和人身安全。
火力發(fā)電廠有著兩個重要保護(hù)系統(tǒng)，分別為發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)和ETS汽輪機跳閘保護(hù)系統(tǒng)，分屬繼電保護(hù)專業(yè)和熱工專業(yè)。發(fā)變組保護(hù)為保護(hù)發(fā)電機和主變設(shè)備，ETS系統(tǒng)為保護(hù)汽輪機設(shè)備，兩個系統(tǒng)看似相互獨立，但實質(zhì)之間存在相互配合與聯(lián)動關(guān)系。
發(fā)變組保護(hù)根據(jù)采集TA(電流互感器文字符號)、TV(電壓互感器文字符號)轉(zhuǎn)變的二次值，從而判斷所有保護(hù)設(shè)備是否存在故障主保護(hù)。其中，主保護(hù)有：發(fā)電機差動保護(hù)、發(fā)電機縱向零序電壓匝間保護(hù)、主變差動保護(hù)、廠變差動保護(hù)、過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)、發(fā)電機定子接地保護(hù)、頻率保護(hù)、失步保護(hù)、失磁保護(hù)、發(fā)電機逆功率保護(hù)、過激磁保護(hù)、程序逆功率保護(hù)、定子過負(fù)荷保護(hù)、發(fā)電機負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)、復(fù)合電壓啟動過流保護(hù)、啟停機保護(hù)、誤上電保護(hù)、主變零序電流保護(hù)、變壓器阻抗保護(hù)、廠高變復(fù)合電壓過流保護(hù)，以及TV斷線和TA斷線保護(hù)。其它保護(hù)：斷路器失靈啟動，非全相運行保護(hù)；非電量保護(hù)：回路出口與電氣量保護(hù)完全獨立。
ETS汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場傳感器、變送器等檢測設(shè)備通過邏輯判斷從而判斷所保護(hù)設(shè)備是否存在故障。ETS汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)是為大型發(fā)電機組的運行配備的安全可靠的保護(hù)裝置，當(dāng)存在某種可導(dǎo)致機組損害的危險情況時，該裝置能使汽輪機自動遮斷，保護(hù)機組的安全。ETS對汽輪機保護(hù)項目有：超速1停機、超速2停機、超速3停機；軸向位移大停機1；軸向位移大停機2；振動大停機；潤滑油壓低停機(3取2)；真空低停機(3取2)；軸承回油溫度高停機；軸承軸瓦溫度高停機；發(fā)電機保護(hù)動作；DEH保護(hù)；主汽門關(guān)閉；發(fā)電機脫網(wǎng)。
圖1 修改前發(fā)變組電跳機邏輯圖
根據(jù)各自特點，造成兩個保護(hù)系統(tǒng)自身保護(hù)設(shè)備范圍不一樣，但是當(dāng)某設(shè)備出現(xiàn)問題時不進(jìn)行配合動作，將影響電廠整體的安全穩(wěn)定運行，所以兩者之間必然存在著聯(lián)系與相互配合。
1、現(xiàn)場系統(tǒng)介紹及邏輯修改
內(nèi)蒙古國華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電機容量為330MW，汽輪機為北京重型電機廠生產(chǎn)，型號為NC330-17.75/0.4/540/540。型式：單軸、三缸、亞臨界、中間一次再熱、雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向：自汽輪機向發(fā)電機看為逆時針方向。主蒸汽壓力17.75MPa，主蒸汽溫度540℃，回?zé)岢槠墧?shù)7級，機械超速動作轉(zhuǎn)速3330r/min～3360r/min。繼電保護(hù)專業(yè)發(fā)變組保護(hù)使用國電南京自動化股份有限公司的發(fā)電機變壓器組保護(hù)裝置雙套保護(hù)裝置，配備的發(fā)電機、變壓器自身的電量和非電量保護(hù)適用于容量1200MW及以下，電壓等級1000kV及以下的各種容量各種接線方式的汽輪機組、燃?xì)廨啓C組、核電機組，及水輪機組的發(fā)電機變壓器組保護(hù)，并滿足電廠電氣監(jiān)控自動化系統(tǒng)的要求。熱工專業(yè)ETS系統(tǒng)使用新華系統(tǒng)裝置實現(xiàn)汽輪機保護(hù)功能。兩保護(hù)系統(tǒng)之間在聯(lián)系上可分為3種，分別為“電跳機”“機跳電”“直跳保護(hù)”。
機組可靠性是發(fā)電企業(yè)效益的最基本保證，“降非停”也是各大發(fā)電集團(tuán)常抓不懈的一項長期的重要工作，而提高熱工設(shè)備可靠性是提高機組可靠性，實現(xiàn)“降非停”目標(biāo)的重要保證。近期公司內(nèi)部發(fā)生一起1A引風(fēng)機RB誤動作事件，公司組織各廠對單點保護(hù)治理的結(jié)果進(jìn)行了摸底，同時組織召開了“國華RB邏輯及重要輔機狀態(tài)邏輯專題會”，對觸發(fā)“輔機故障降出力”的重要測點進(jìn)行盤點，檢查整改機組大聯(lián)鎖中的單點保護(hù)。《2023版二十五項反措》明確規(guī)定：“所有重要的主、輔機保護(hù)都應(yīng)采用“3取2”的邏輯判斷方式，保護(hù)信號應(yīng)遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統(tǒng)原因測點數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護(hù)誤動措施。”本文對典型的點跳機單點防誤動邏輯進(jìn)行分析，并提出進(jìn)一步的優(yōu)化建議。
1.1 電跳機
“電跳機”實質(zhì)：發(fā)電機或主變壓器故障造成出口斷路器跳閘，通過DCS系統(tǒng)跳開汽輪機，進(jìn)而實現(xiàn)鍋爐的MFT。當(dāng)發(fā)變組任一個電氣量或非電氣量保護(hù)動作后，需發(fā)送“電氣保護(hù)動作”信號量送至DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)的ETS經(jīng)邏輯判斷后關(guān)閉汽輪機主汽門。
動作邏輯：發(fā)變組保護(hù)通常由兩個電氣量保護(hù)柜(保護(hù)A柜、保護(hù)B柜)和一個非電氣量柜(保護(hù)C柜)組成。各個保護(hù)柜經(jīng)設(shè)定出口矩陣，將需要動作出口關(guān)閉汽輪機主汽門閥的保護(hù)匯集，通過出口壓板送至DCS系統(tǒng)。將保護(hù)A柜、保護(hù)B柜、保護(hù)C柜各取一路并聯(lián)送入ETS系統(tǒng)的DI板件內(nèi)，ETS系統(tǒng)動作后出口關(guān)閉汽輪機主汽門。
邏輯關(guān)系如圖1。
1.2 電跳機邏輯存在的不足
由圖1可以看出，電跳機邏輯采用單點保護(hù)就可以驅(qū)動，回路可靠性低，使運行中跳機風(fēng)險大大增加。國內(nèi)某電廠由于電纜抗干擾措施不到位，電纜外皮破損，信號誤發(fā)，“電跳機”動作，導(dǎo)致汽輪機主汽門關(guān)閉的非停事件發(fā)生，造成機組非停。
對于電跳機回路來說，發(fā)變組保護(hù)A、B、C柜，任意一個柜子的邏輯或回路存在異常、誤動，都可能導(dǎo)致機組的非停事件。
由于DCS軟/硬件故障、熱控元件單點故障，電纜接線短路、斷路、虛接，電源故障、繼電器觸點故障，人為因素或設(shè)計安裝存在缺陷等各類原因，熱工保護(hù)會發(fā)生誤動或拒動的事件。這些情況輕則造成機組快速降負(fù)荷，重則會直接導(dǎo)致停機，給企業(yè)帶來不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。
1.3 改進(jìn)后的電跳機邏輯
通過核對檢查發(fā)變組保護(hù)跳閘矩陣，修改發(fā)變組保護(hù)跳閘邏輯出口，將發(fā)變組A、B、C柜原保護(hù)跳閘邏輯出口跳閘矩陣中，關(guān)主汽門節(jié)點修改為關(guān)主汽門1，將A、B柜減出力、汽機甩負(fù)荷的備用壓板修改為關(guān)主汽門2、關(guān)主汽門3，將C柜2個備用壓板修改為關(guān)主汽門2、關(guān)主汽門3，保護(hù)跳閘邏輯出口節(jié)點修改相應(yīng)的跳閘矩陣，并進(jìn)行靜態(tài)的試驗傳動及跳閘出口測試工作。當(dāng)機組發(fā)生故障，需執(zhí)行電跳機邏輯時，發(fā)變組A、B、C柜相應(yīng)保護(hù)動作出口，柜內(nèi)關(guān)主汽門1、關(guān)主汽門2、關(guān)主汽門3，保護(hù)跳閘邏輯出口節(jié)點閉合，給熱工專業(yè)ETS系統(tǒng)(汽輪機跳閘保護(hù)系統(tǒng))發(fā)關(guān)主汽門指令，關(guān)閉自動主汽門1(ETS動作1)、關(guān)閉自動主汽門2(ETS動作2)、關(guān)閉自動主汽門3(ETS動作3)。
圖2 修改后電跳機邏輯圖
核對跳閘矩陣，對應(yīng)圖紙上增加發(fā)變組保護(hù)跳閘節(jié)點，敷設(shè)電纜，發(fā)變組A、B、C柜在原有一個關(guān)主汽門節(jié)點的基礎(chǔ)上(通過硬線實現(xiàn)節(jié)點)，各增加2個關(guān)主汽門節(jié)點，采用發(fā)變組保護(hù)A柜，關(guān)主氣門1并聯(lián)發(fā)變組保護(hù)B柜，關(guān)主汽門1并聯(lián)發(fā)變組保護(hù)非電量柜，關(guān)主汽門1，從并連接點發(fā)變組保護(hù)A柜出去一個接點去熱控ETS柜實現(xiàn)主汽門關(guān)閉；同理，發(fā)變組保護(hù)A柜，關(guān)主氣門2并聯(lián)發(fā)變組保護(hù)B柜，關(guān)主汽門2并聯(lián)發(fā)變組保護(hù)非電量C柜，關(guān)主汽門2，從并連接點發(fā)變組保護(hù)B柜出去一個接點去熱控ETS柜，實現(xiàn)主汽門關(guān)閉；同理，發(fā)變組保護(hù)A柜關(guān)主氣門3并聯(lián)發(fā)變組保護(hù)B柜，關(guān)主汽門3并聯(lián)發(fā)變組保護(hù)非電量C柜，關(guān)主汽門3，從并連接點發(fā)變組保護(hù)C柜出去一個接點去熱控ETS柜實現(xiàn)主汽門關(guān)閉，獨立的3個點去熱工ETS后實現(xiàn)3取2功能，即3套保護(hù)中，任意一套保護(hù)的兩個節(jié)點動作，裝置才能動作；任意一個節(jié)點動作，不會導(dǎo)致關(guān)主汽門動作，保證動作的可靠性。
修改后邏輯關(guān)系如圖2。
1.4 發(fā)變組邏輯修改中需要注意的問題
核對發(fā)變組保護(hù)裝置現(xiàn)有電跳機邏輯及圖紙，咨詢設(shè)備廠家相關(guān)技術(shù)資料，編制可行性研究方案，召開專業(yè)組專題會議，制定發(fā)變組邏輯修改方案。根據(jù)現(xiàn)場實際情況編制、審核《發(fā)變組電跳機邏輯修改三措》；按照檢修計劃，填報審核設(shè)備變更。
跳閘邏輯修改最好在機組檢修狀態(tài)下進(jìn)行，在機組停備檢修后，先進(jìn)行電纜敷設(shè)，防干擾措施等前期準(zhǔn)備工作。
打印保護(hù)相關(guān)定值、版本及各項參數(shù)，讓廠家將原跳閘邏輯進(jìn)行備份，并將系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行記錄和比對，確保參數(shù)設(shè)置的一致性。
修改前，根據(jù)圖紙及設(shè)備實際情況，增加跳閘接點備用通道。增加時，注意跳閘接點應(yīng)為不保持接點。
邏輯修改前，核對好各項安全措施，斷開相應(yīng)保護(hù)電源。保護(hù)裝置上電期間，絕對禁止帶電插拔卡件，退出保護(hù)柜A、B、C柜保護(hù)出口壓板，保護(hù)功能壓板，確保在修改邏輯時不發(fā)生誤跳機組出口開關(guān)的誤操作(即使機組在檢修狀態(tài)，500kV，3/2接線升壓站仍是合環(huán)運行狀態(tài))。
修改后的跳閘邏輯需要將所有邏輯與原邏輯及修改方案進(jìn)行對比，并對修改后的邏輯所涉及的保護(hù)進(jìn)行全部校驗，使用萬用表對所涉及保護(hù)的出口方式，逐一測量，確保出口方式正確。由于廠家系統(tǒng)新舊版本的原因，個別邏輯可能存在細(xì)微差別，需要按電廠實際情況進(jìn)行邏輯配置，確保跳閘邏輯準(zhǔn)確無誤。
上述工作完成后，利用機組啟機前機、爐、電大聯(lián)鎖試驗，進(jìn)行實際傳動，確保整個邏輯及回路正確無誤。
所有工作結(jié)束后，根據(jù)現(xiàn)場實際接線情況，修改發(fā)變組保護(hù)裝置圖紙，并進(jìn)行審批，留檔保存。
控制電纜的選取宜用鎧裝帶屏蔽、阻燃電纜，敷設(shè)電纜時與動力電纜分層進(jìn)行鋪設(shè)，遠(yuǎn)離動力電纜，避免電磁干擾。3組信號電纜分別鋪設(shè)和接取，不合用一根控制電纜。金屬屏蔽與屏蔽層接地，電磁干擾較大時，宜采用二點接地；而靜電感應(yīng)的干擾較大時，則采用一點接地；選擇二點接地時還應(yīng)考慮在暫態(tài)電流的作用下，屏蔽不會被燒毀。
1.5 修改后邏輯及回路的傳動與驗證
電跳機邏輯傳動試驗條件：
①機組本實驗相關(guān)的檢修工作全部結(jié)束，試驗前發(fā)電機出口開關(guān)、滅磁開關(guān)分合閘實驗正常，DCS、ETS發(fā)變組保護(hù)等相關(guān)控制系統(tǒng)已全部具備投入條件，汽機主汽門開啟和關(guān)閉正常，鍋爐MFT實驗正常，鍋爐具備吹掃條件；
②汽輪機油質(zhì)合格，EH油泵、潤滑油泵、排煙風(fēng)機運行正常；
③汽機具備掛閘條件，鍋爐MFT復(fù)位；
④發(fā)電機-變壓器組出口隔離開關(guān)必須在斷開位置，發(fā)變組保護(hù)正常投入。
在進(jìn)行機組大聯(lián)鎖試驗時，聯(lián)系運行人員，將機組汽輪機主汽門打開，投入發(fā)變組A柜發(fā)電機差動保護(hù)及其功能壓板，投入發(fā)變組A柜出口壓板關(guān)主汽門1、關(guān)主汽門2，其余跳閘出口的連片應(yīng)打開，或者利用發(fā)變組保護(hù)C柜發(fā)電機斷水保護(hù)也可以進(jìn)行。
利用發(fā)電機斷水保護(hù)進(jìn)行邏輯的驗證。試驗前，投入發(fā)電機保護(hù)屏內(nèi)的熱工保護(hù)，鍋爐MFT信號進(jìn)行復(fù)位，汽機掛閘，檢查汽機高低旁應(yīng)處于關(guān)閉，確定發(fā)電機出口刀閘在斷開位置。在遠(yuǎn)方進(jìn)行操作，對勵磁系統(tǒng)進(jìn)行起勵操作，合上滅磁開關(guān)，合上發(fā)變組出口開關(guān)，投入GCB聯(lián)跳汽機保護(hù)壓板。在發(fā)變組保護(hù)C柜，投入發(fā)電機斷水保護(hù)壓板，退出定冷水泵熱工聯(lián)鎖邏輯，直接打停運行中的定冷泵，計時大約30s。發(fā)電機定子冷卻水出口流量低報警，發(fā)電機出口開關(guān)跳閘，汽輪機跳閘，鍋爐MFT。
通知運行人員傳動工作準(zhǔn)備完畢，經(jīng)運行值長同意后，利用發(fā)變組出口傳動功能，對電跳機邏輯進(jìn)行實際出口傳動，驗證電跳機3取2出口邏輯的正確性。聯(lián)系運行人員，將機組汽輪機主汽門打開，投入發(fā)變組A柜發(fā)電機差動保護(hù)及功能壓板，投入發(fā)變組A柜出口壓板關(guān)主汽門1、關(guān)主汽門3，通知運行人員傳動工作準(zhǔn)備完畢，經(jīng)運行值長同意后，利用發(fā)變組出口傳動功能，對電跳機邏輯進(jìn)行實際出口傳動，驗證電跳機三取二出口邏輯的正確性。
聯(lián)系運行人員，將機組汽輪機主汽門打開，投入發(fā)變組A柜發(fā)電機差動保護(hù)及功能壓板，投入發(fā)變組A柜出口壓板關(guān)主汽門2、關(guān)主汽門3，通知運行人員傳動工作準(zhǔn)備完畢。經(jīng)運行值長同意后，利用發(fā)變組出口傳動功能，對電跳機邏輯進(jìn)行實際出口傳動，驗證電跳機3取2出口邏輯的正確性。
通過上述發(fā)變組電跳機實際出口傳動，更準(zhǔn)確地驗證電跳機3取2出口邏輯的正確性。
2、結(jié)束語
本文主要介紹了火電廠繼電保護(hù)和熱工電跳機邏輯及回路的優(yōu)化，作為主機保護(hù)中重要的一環(huán)，提出了在優(yōu)化過程中需要注意的一些防止邏輯修改錯誤的一些措施，各個邏輯分析很透徹，并對修改后的回路進(jìn)行傳動試驗。經(jīng)過傳動試驗，驗證了邏輯及回路的正確性及可靠性，從而使電氣發(fā)變組保護(hù)和熱控ETS更好地配合，在故障和異常運行時及時動作，提升主保護(hù)動作的可靠性，從而起到保護(hù)設(shè)備的作用。除此之外，改造優(yōu)化方案經(jīng)濟(jì)、適用，優(yōu)化方案相對簡單、適用，作為現(xiàn)場改造工作的指導(dǎo)方案值得推廣，也為電廠中重要的單點保護(hù)的邏輯優(yōu)化提供了借鑒與參考。
作者：王偉、屈佳賓
