林 昇

（華能福州電廠，福州350200）

華能福州電廠660MW汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用SPPA-T3000控制系統(tǒng)，數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）與緊急停機(jī)系統(tǒng)（ETS）采用硬件一體化設(shè)計(jì)，在ETS中包括軸承金屬溫度高、軸承絕對(duì)振動(dòng)大、凝汽器水位高等17項(xiàng)保護(hù)項(xiàng)目。筆者針對(duì)機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的一次超速保護(hù)裝置誤動(dòng)過程進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。

1 超速保護(hù)裝置動(dòng)作原理

超速保護(hù)回路原理見圖1。

圖1 超速保護(hù)回路原理圖

SPPA-T3000系統(tǒng)中DEH與ETS采用硬件一體化設(shè)計(jì)，ETS不采用PLC，超速保護(hù)采用兩套獨(dú)立的BRAUN E16A323電子超速保護(hù)裝置來完成，不設(shè)機(jī)械超速保護(hù)遮斷器。每套超速保護(hù)由硬回路組成“三選二”選擇后進(jìn)行超速輸出，而兩套電子超速保護(hù)裝置中任一套“三選二”超速動(dòng)作則直接將故障安全型的開關(guān)量輸出模塊斷電，汽輪機(jī)各汽門的跳閘電磁閥失電，汽輪機(jī)跳閘；系統(tǒng)不設(shè)置103%電超速保護(hù)，只有110%超速保護(hù)動(dòng)作［1-2］。

主汽輪機(jī)設(shè)置6個(gè)轉(zhuǎn)速探頭，每套Braun超速保護(hù)裝置由3個(gè)轉(zhuǎn)速探頭、1塊Braun E1696超速信號(hào)發(fā)生器模塊和3塊Braun E1655超速監(jiān)控模塊組成，每套超速保護(hù)裝置內(nèi)的任意兩個(gè)轉(zhuǎn)速超速則引發(fā)超速保護(hù)動(dòng)作，任一套超速保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)機(jī)組跳閘［3］。正常情況下，超速保護(hù)裝置根據(jù)Braun E1696模塊的設(shè)置每隔721min（約12h）定期測(cè)試一次，每次測(cè)試時(shí)，超速信號(hào)發(fā)生器E1696模塊將發(fā)出三次信號(hào)檢測(cè)超速監(jiān)控模塊E1655是否正常，第一次發(fā)出3 350r／min的超速檢測(cè)信號(hào)，第二次發(fā)出3 250r／min的不超速檢測(cè)信號(hào)，第三次發(fā)出3 250r／min的FC-1強(qiáng)制超速動(dòng)作信號(hào)，完成整個(gè)測(cè)試過程需要約2min，但是當(dāng)本套保護(hù)裝置中任一個(gè)轉(zhuǎn)速超速時(shí)將自動(dòng)停止模塊超速試驗(yàn)并報(bào)警。

2 超速保護(hù)裝置誤動(dòng)過程

2.1 誤動(dòng)過程描述

從圖1可以看出：SPPA-T3000系統(tǒng)中的超速動(dòng)作與Braun儀表組的工作可靠性以及參數(shù)設(shè)置有很大的關(guān)聯(lián)性，特別是其中某些參數(shù)如果設(shè)置不合理，就可能會(huì)在極端條件下觸發(fā)超速保護(hù)誤動(dòng)作。

2010年12月2 4日5號(hào)機(jī)組520MW協(xié)調(diào)方式下穩(wěn)定運(yùn)行，01：33開始在西門子SPPA-T3000系統(tǒng)的報(bào)警畫面上多次出現(xiàn)超速保護(hù)裝置2通道3故障（即第6個(gè)轉(zhuǎn)速通道50MYA01CS023故障）；此外超速保護(hù)裝置中Braun超速信號(hào)發(fā)生器E1696模塊發(fā)現(xiàn)所屬的轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊E1655有異常并報(bào)警，隨后又消失；隨即在03：55發(fā)生汽輪機(jī)跳閘、發(fā)電機(jī)跳閘和鍋爐MFT。

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)：DCS畫面上MFT的首出故障為汽輪機(jī)跳閘，雖然汽輪機(jī)DEH畫面上的首出為鍋爐MFT，但DEH和DCS側(cè)的事件記錄中均是汽輪機(jī)先跳閘，DEH首出故障以及歷史記錄中均未找到引起保護(hù)動(dòng)作的邏輯條件，因此判斷ETS系統(tǒng)硬件回路保護(hù)動(dòng)作的可能性較大；隨后在5號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)電子間發(fā)現(xiàn)：CJJ11柜左側(cè)第一套電超速保護(hù)裝置顯示正常，而右側(cè)第二套電超速保護(hù)裝置有異常，其Braun E1696模塊的故障代碼為閃爍的“C7-E3”，E1655模塊的故障代碼為“CE-1”，最右邊轉(zhuǎn)速6的模塊顯示0（當(dāng)時(shí)汽輪機(jī)處于跳閘后的惰走過程中）。故障安全型的開關(guān)量輸出模件的SF紅燈亮。同時(shí)，熱控檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)：15m層汽輪機(jī)平臺(tái)的中間接線箱第6個(gè)轉(zhuǎn)速（對(duì)應(yīng)第2套電超速保護(hù)裝置的第3個(gè)轉(zhuǎn)速通道）的端子有松脫現(xiàn)象。

2.2 事故原因

由于事件記錄未找到引起保護(hù)動(dòng)作的邏輯條件，并且電超速裝置上存在故障代碼，CJJ11柜內(nèi)的故障安全型輸出模塊的故障紅燈亮，初步判斷電超速保護(hù)動(dòng)作。但是按照西門子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，在一個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)閉鎖超速通道自檢，也不應(yīng)該發(fā)出電超速保護(hù)動(dòng)作。電廠技術(shù)人員在6號(hào)機(jī)組上對(duì)超速保護(hù)裝置Braun E1696和E1655模塊動(dòng)作過程進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。模擬過程所產(chǎn)生故障代碼與5號(hào)機(jī)組跳閘的故障代碼完全一致，因此對(duì)2010年12月24日5號(hào)機(jī)組的超速保護(hù)動(dòng)作過程可解釋如下：

12月24日0 1：33：01，由于5號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)平臺(tái)振動(dòng)或者基建遺留的接線不良等原因，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的中間接線箱第6個(gè)轉(zhuǎn)速50MYA01CS023的端子松脫而接觸不良（試驗(yàn)中在6號(hào)機(jī)組0轉(zhuǎn)速狀態(tài)下拆接轉(zhuǎn)速信號(hào)線，可產(chǎn)生瞬間高達(dá)600r／min的干擾信號(hào)。在這種時(shí)通時(shí)斷狀態(tài)下，正常的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)被分割成多個(gè)脈沖信號(hào)送入測(cè)速模塊，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)速測(cè)量信號(hào)），產(chǎn)生了6次以上的高頻信號(hào)（超過3 300r／min的保護(hù)動(dòng)作值，隨后又馬上消失，由于瞬間發(fā)生，僅E1655模塊檢測(cè)到，E1696模塊沒有檢測(cè)到），并在DEH畫面報(bào)警窗上報(bào)警，但當(dāng)時(shí)未引起運(yùn)行人員的重視。03：53：17，第二套超速保護(hù)裝置的第3通道轉(zhuǎn)速由于接線抖動(dòng)再次產(chǎn)生大于3 300r／min的信號(hào)，轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊E1655超速動(dòng)作并被E1696模塊檢測(cè)到；100ms后信號(hào)又恢復(fù)正常，超速復(fù)歸，E1696模塊檢測(cè)到的故障消失（30s）后重新進(jìn)行一次超速通道測(cè)試，03：55：03，當(dāng)?shù)诙壮俦Ｗo(hù)裝置進(jìn)行到超速測(cè)試的第3步，即E1696模塊在3 250r／min測(cè)試轉(zhuǎn)速下發(fā)出強(qiáng)制跳閘信號(hào)觸發(fā)第1個(gè)通道轉(zhuǎn)速E1655模塊超速動(dòng)作的瞬間，正好接線不良的第3通道轉(zhuǎn)速E1655模塊再次收到了大于3 300r／min的受干擾轉(zhuǎn)速信號(hào)，第二套超速保護(hù)裝置三取二動(dòng)作，直接動(dòng)作硬件回路，將汽輪機(jī)各主汽門、調(diào)門的跳閘電磁閥所在的故障安全型DO（輸出）模塊斷電，保護(hù)裝置（50MAY01EU001）動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘。

此外，根據(jù)西門子模塊提供的參數(shù)計(jì)算，開關(guān)量輸入模塊的通道響應(yīng)時(shí)間在37ms左右（在SIL3安全模式下最大的內(nèi)部處理時(shí)間34ms，再加上輸入延時(shí)2.1～3.4ms）［4］，由于超速硬件動(dòng)作的時(shí)間很快，來不及被故障安全型的開關(guān)量輸入模塊采集到（同時(shí)也驗(yàn)證了在定期超速測(cè)試期間DEH系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)不到信號(hào)的變化），而導(dǎo)致跳閘首出信號(hào)來不及輸出，使得在本次電超速動(dòng)作時(shí)DEH側(cè)并無超速保護(hù)首出故障。圖2是第二套電超速保護(hù)的首出故障以及超速動(dòng)作監(jiān)視部分的邏輯圖。

圖2 第二套電超速保護(hù)的首出故障以及超速動(dòng)作監(jiān)視部分的邏輯圖

因此本次保護(hù)誤動(dòng)的原因可以歸結(jié)為：在第二套超速保護(hù)裝置通道測(cè)試時(shí)，由超速信號(hào)發(fā)生器的E1696模塊發(fā)出3 250r／min強(qiáng)制跳閘信號(hào)觸發(fā)第一通道Braun模塊動(dòng)作的瞬間，恰好在第三通道檢測(cè)到由于接觸不良而產(chǎn)生的大于3 300r／min轉(zhuǎn)速信號(hào)，超速保護(hù)動(dòng)作。

3 改進(jìn)建議

通過對(duì)本次超速保護(hù)動(dòng)作過程的模擬試驗(yàn)和分析，對(duì)超速保護(hù)的設(shè)計(jì)提出以下整改意見：

（1）E1696轉(zhuǎn)速測(cè)試模塊中的參數(shù)P02.01（Automatic resume of auto-test after failure alarm of monitor）設(shè)置不合理，原模塊參數(shù)設(shè)置為1，這樣一旦E1696模塊檢測(cè)到轉(zhuǎn)速故障消失，不管原來的設(shè)置超速測(cè)試周期是多少，30s后開始新的一次超速測(cè)試，只有測(cè)試正常后，才重新按照原來的設(shè)置超速測(cè)試周期（721min）進(jìn)行測(cè)試，因此在轉(zhuǎn)速信號(hào)接觸不好的情況下容易出現(xiàn)機(jī)組跳機(jī)的事件。因此應(yīng)將E1696模塊中的參數(shù)P02.01由原來的“1”修改為“0”，這樣一旦出現(xiàn)通道故障或超速跳閘（如線路抖動(dòng)或干擾等引起速度突跳），這時(shí)E1696會(huì)保持報(bào)警狀態(tài)（在DEH上會(huì)發(fā)出TEST GENERATOR及WATCH DOG FAULT報(bào)警），E1696模塊上顯示故障代碼，自檢功能被閉鎖，這為查找故障原因提供有用信息，必須由檢修人員根據(jù)故障代碼查找原因確認(rèn)后予以復(fù)歸才能再次自檢，而不能讓模塊自行復(fù)歸故障。

（2）汽輪機(jī)制造廠組態(tài)時(shí)沒有對(duì)第二套Braun超速保護(hù)裝置的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行有效性判斷，也沒有將第二套電超速裝置的轉(zhuǎn)速信號(hào)接入DEH系統(tǒng)，無法對(duì)轉(zhuǎn)速回路進(jìn)行監(jiān)控，甚至在3路轉(zhuǎn)速通道均斷線的情況下也沒有任何報(bào)警，存在保護(hù)拒動(dòng)的可能。應(yīng)將第二套超速保護(hù)裝置的轉(zhuǎn)速信號(hào)接入ADDFEM 3模塊，以便于監(jiān)視轉(zhuǎn)速信號(hào)的變化（如：轉(zhuǎn)速偏差等），及早發(fā)現(xiàn)異常。

（3）建議將超速保護(hù)裝置Braun E1696模塊所設(shè)置的自檢時(shí)間由721min進(jìn)行適當(dāng)延長，如：9 998min（可調(diào)范圍：1～9 999min）；但是一旦最大值設(shè)置為9 999min，則自檢功能被屏蔽，模塊在手、自動(dòng)下均不會(huì)進(jìn)行自檢，但并不影響正常超速跳閘動(dòng)作。該參數(shù)設(shè)為9 999min的后果在說明書中也未提及，可以延長超速保護(hù)裝置自檢時(shí)間，但應(yīng)避免巧合事件的發(fā)生。

（4）Braun E1696模塊在定期自檢過程中應(yīng)禁止在E1655面板上進(jìn)行參數(shù)設(shè)置工作，否則在自檢過程將會(huì)跳閘繼電器，這一點(diǎn)對(duì)于維護(hù)人員要特別注意。

4 結(jié)語

通過對(duì)本次電超速保護(hù)動(dòng)作過程的模擬試驗(yàn)和分析，一些在說明書和手冊(cè)上沒有提及的功能被發(fā)現(xiàn)，對(duì)SPPA-T3000的電超速Braun儀表組參數(shù)設(shè)置的含義和結(jié)果有了較深入的了解，上述四點(diǎn)整改建議可供使用同類型系統(tǒng)的同行參考。

［1］包錦華，李剛.1 000MW超超臨界機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)簡介［J］.熱力透平，2009，38（4）：277-279.

［2］仵華南，郝德興.超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)電超速保護(hù)控制單元及其調(diào)試方法［J］.熱力發(fā)電，2012，41（3）：12-14.

［3］Braun Instrument，Braun I E16x323／E16x324eTurbine Over-speed Protection System Manual［M］.Germany：Braun Gmbh，2008.

［4］Siemens AG.Siamtic Automation System S7-300Fail-Safe Signal Modules Manual［M］.Germany：Siemens AG，2002.