袁岑頡

（浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司，浙江 嘉興 314201）

0 引言

上海汽輪機廠（簡稱“上汽”）超超臨界汽輪機采用德國西門子技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于660 MW、1 000 MW等大型火電項目[1]，該類型機組共安裝了6個A5S05系列霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速探頭和2套E16型轉(zhuǎn)速處理單元。每套E16型轉(zhuǎn)速處理單元包括1塊E1696管理模塊和3塊E1655測速模塊，每塊E1696管理模塊負(fù)責(zé)本框架內(nèi)的3塊E1655測速模塊的管理和測試。

本類型汽輪機超速保護(hù)分為A通道和B通道，6個霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速探頭采集的轉(zhuǎn)速信號分為2組分別送至2套E16型轉(zhuǎn)速處理單元內(nèi)，單通道“三取二”判斷后通過軟硬回路對汽輪機進(jìn)行遮斷[2]。E16型轉(zhuǎn)速處理單元在進(jìn)行超速保護(hù)的同時，還將轉(zhuǎn)速頻率信號送至ADDFEM高速采集模件（西門子T-3000系統(tǒng)）或者SS測速模件（艾默生ovation系統(tǒng)）進(jìn)行采集處理，常規(guī)配置均為A通道1，2，3號轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行汽輪機轉(zhuǎn)速控制，B通道4，5，6號轉(zhuǎn)速信號僅用于畫面監(jiān)視[3]。

1 轉(zhuǎn)速信號采集回路優(yōu)化

1.1 事件概述

2018-03-01 T 16：28，某電廠 8號機組汽輪機停盤車，發(fā)現(xiàn)DEH（數(shù)字電液控制）系統(tǒng)畫面1，2，3號轉(zhuǎn)速信號顯示停止刷新，4，5，6號轉(zhuǎn)速信號由盤車轉(zhuǎn)速正常降至“0”，汽輪機頂軸油泵無法聯(lián)鎖停運。

本類型機組超速保護(hù)分為兩通道，單通道動作后通過軟硬回路對汽輪機進(jìn)行遮斷。布朗轉(zhuǎn)速卡在進(jìn)行超速保護(hù)的同時，還將轉(zhuǎn)速信號送至ADDFEM高速采集模件，如圖1所示。A通道的1，2，3號轉(zhuǎn)速信號同時送至AB和 AC兩塊ADDFEM模件，F(xiàn)M控制邏輯中將AB和AC兩塊ADDFEM模件采集的轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行高值選擇后生成汽輪機控制用的轉(zhuǎn)速信號1，2，3。B通道的4，5，6號轉(zhuǎn)速信號送至AD單塊ADDFEM模件，這3個轉(zhuǎn)速信號僅用于監(jiān)視[4]。

圖1 轉(zhuǎn)速信號采集回路

結(jié)合歷史曲線對此次故障原因進(jìn)行分析。2018-02-27 8號機組汽輪機盤車期間，2號ADDFEM模件故障信號已經(jīng)觸發(fā)，該模件采集的1，2，3號轉(zhuǎn)速信號保持故障前的盤車轉(zhuǎn)速，由于此時1號ADDFEM模件正常工作，在高選作用下畫面中的1，2，3號轉(zhuǎn)速信號仍能夠正常顯示。2018-03-11 T 16：28，汽輪機開始停盤車，1號ADDFEM模件采集的1，2，3號轉(zhuǎn)速信號正常降至“0”，2號ADDFEM模件采集的1，2，3號轉(zhuǎn)速信號保持故障前的盤車轉(zhuǎn)速，在高選作用下畫面中的1，2，3號轉(zhuǎn)速信號無法顯示停盤車后的轉(zhuǎn)速，畫面顯示2號ADDFEM模件故障前的盤車轉(zhuǎn)速并停止刷新。

1.2 存在的問題

目前A通道1，2，3號轉(zhuǎn)速信號同時送至AB和AC兩塊ADDFEM高速采集模件，并將AB和AC兩塊ADDFEM模件采集的轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行高選處理后用于汽輪機控制，采用這種方法配置轉(zhuǎn)速信號，如果機組運行中發(fā)生單塊ADDFEM模件故障，轉(zhuǎn)速信號將失控。

1.3 優(yōu)化措施

針對上述問題，需要對該回路進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化措施主要有兩方面：

（1）利用組態(tài)中ADDFEM通信收發(fā)功能塊“CRV”和“CTV”產(chǎn)生的通信報警，作為轉(zhuǎn)速信號質(zhì)量判斷的條件。引入ADDFEM1和ADDFEM2通信中斷報警，如果某塊ADDFEM模件發(fā)生故障，則屏蔽高選回路，選擇未報警的ADDFEM模件采集的轉(zhuǎn)速信號用于汽輪機控制[5]。

（2）參考功率、壓力信號的配置方法，將3個轉(zhuǎn)速信號分別送至3塊ADDFEM模件，并在邏輯中進(jìn)行“三取二”信號選擇，通過這種方法能夠避免單塊ADDFEM模件故障引起轉(zhuǎn)速失控。優(yōu)化后的轉(zhuǎn)速信號采集回路如圖2所示，優(yōu)化后能夠最大程度消除ADDFEM模件故障對機組轉(zhuǎn)速控制的影響[6]。

圖2 優(yōu)化后的轉(zhuǎn)速信號采集回路

2 布朗卡件參數(shù)設(shè)置優(yōu)化

2.1 事件概述

2016-04-11，某電廠8號機組360 MW負(fù)荷AGC（自動發(fā)電控制）方式運行，19：25 8號機組跳閘，機組MFT（主燃料跳閘）動作，ETS（緊急跳閘系統(tǒng)）跳閘，首出為超速保護(hù)動作。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，A通道的1號轉(zhuǎn)速探頭接線松動，造成探頭信號故障不定時發(fā)訊，由于測速模塊E1655中的P02.04參數(shù)設(shè)置為傳感器出現(xiàn)故障時進(jìn)行報警，因此轉(zhuǎn)速1發(fā)出保護(hù)動作信號。由于E1696管理模塊會定期對單元內(nèi)的E1655測速模塊進(jìn)行自檢，自檢時強制觸發(fā)E1655測速模塊保護(hù)信號輸出，因此當(dāng)A通道的E1696管理模塊自檢到2號E1655測速模件時，轉(zhuǎn)速2超速保護(hù)信號輸出，同時轉(zhuǎn)速1的故障保護(hù)動作信號已經(jīng)輸出，單通道滿足超速“三取二”條件，導(dǎo)致汽輪機跳閘。

2.2 存在的問題

本次保護(hù)誤動事件的一個重要原因是E16型轉(zhuǎn)速處理單元參數(shù)設(shè)置不夠合理，當(dāng)1號轉(zhuǎn)速探頭發(fā)生故障時（即輸出保護(hù)動作信號），E1696管理模塊會定期對單元內(nèi)的E1655測速模塊進(jìn)行自檢，一旦自檢到另一塊E1655即會滿足單通道“三取二”保護(hù)動作條件。如果能夠?qū)16型轉(zhuǎn)速處理單元參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，本次保護(hù)誤動事故就能夠避免[7]。

2.3 優(yōu)化措施

針對E16型轉(zhuǎn)速處理單元參數(shù)設(shè)置不夠合理的情況進(jìn)行分析和論證，并對上汽出廠設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行了修改。

（1）考慮到本類型機組超速保護(hù)設(shè)置為兩通道，當(dāng)單個轉(zhuǎn)速探頭發(fā)生故障時，如果保護(hù)動作信號不觸發(fā)不會給機組帶來拒動的風(fēng)險，因此建議將測速模塊E1655中的P02.04參數(shù)由“1”設(shè)置為“0”，即當(dāng)傳感器發(fā)生故障時不會觸發(fā)保護(hù)動作信號。

（2）管理模塊E1696中的P02.01參數(shù)建議由“1”設(shè)置為“0”，即當(dāng)傳感器發(fā)生故障時取消自動巡檢。建議延長監(jiān)視模塊E1696的自檢周期，并將 P02.02 參數(shù)由“720”修改為“9999”[8]， 推薦的參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 E16型轉(zhuǎn)速處理單元推薦設(shè)置參數(shù)

需要注意的是，很多同類型機組對監(jiān)視模塊E1696中的P02.03參數(shù)也進(jìn)行了修改，將巡檢方式設(shè)置為手動巡檢，即取消了自動巡檢功能，這樣會導(dǎo)致E1655測速模塊的工作狀態(tài)失去監(jiān)控，當(dāng)E1655測速模塊發(fā)生故障時無法在面板中顯示故障代碼，因此建議保留自動巡檢功能。

3 轉(zhuǎn)速探頭選型與安裝環(huán)境優(yōu)化

3.1 事件概述

2014-11-10，某電廠7號機組850 MW負(fù)荷AGC方式運行，14：10機組協(xié)調(diào)控制負(fù)荷閉鎖，DEH系統(tǒng)“control not ok”故障報警。經(jīng)檢查DEH系統(tǒng)采集的1號轉(zhuǎn)速信號大幅度跳變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速控制偏差異常報警并觸發(fā)“control not ok”。檢查機柜發(fā)現(xiàn)1號布朗卡件面板顯示值同樣存在跳變現(xiàn)象，檢查轉(zhuǎn)速尖峰值已達(dá)到3 250 r/min，拆除1號轉(zhuǎn)速信號電源接線，轉(zhuǎn)速顯示為0，同時“control not ok”信號復(fù)歸，機組負(fù)荷控制恢復(fù)正常。

機組停機前檢查發(fā)現(xiàn)安裝轉(zhuǎn)速支架的2號瓦殼體溫度高達(dá)95℃，轉(zhuǎn)速探頭保護(hù)套管有明顯燙傷。機組停機后檢查發(fā)現(xiàn)1號轉(zhuǎn)速探頭航插接口存在燙傷情況，對轉(zhuǎn)速探頭阻值進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)1號轉(zhuǎn)速探頭阻值異常，由此判斷此次轉(zhuǎn)速探頭故障是由于安裝環(huán)境惡劣、環(huán)境溫度過高所致。

3.2 存在的問題

上汽超超臨界機組2號瓦溫度過高現(xiàn)象并不是個例，目前已經(jīng)投產(chǎn)的上汽超超臨界機組運行期間2號瓦溫度均偏高，由于溫度過高導(dǎo)致轉(zhuǎn)速信號異常的現(xiàn)象也時有發(fā)生[9]。主要有以下兩個方面的問題：（1）轉(zhuǎn)速探頭選型不合理，未采用耐高溫探頭；（2）上汽超超臨界機組2號瓦溫度偏高，布置在該位置的元件與尾線容易發(fā)生高溫燙損。

3.3 優(yōu)化措施

針對上述問題，采取以下優(yōu)化措施：

（1）對霍爾轉(zhuǎn)速探頭進(jìn)行改型。取消帶航插的探頭，選用耐溫程度較高且無航插的一體式霍爾探頭。同時在原轉(zhuǎn)速測量盤上增加轉(zhuǎn)速探頭安裝孔，增加一套備用轉(zhuǎn)速探頭，在其他任意一套轉(zhuǎn)速探頭失效時使用。

（2）對2號瓦的高溫環(huán)境進(jìn)行改善。在2號瓦正上方增加軸流風(fēng)扇，在轉(zhuǎn)速盤四周增加用于冷卻的儀用空氣管路，同時在2號瓦勵端軸頸漏氣處采用特殊的保溫材料，并加裝隔熱金屬板，改造后的2號瓦處如圖3所示。

圖3 改造后的2號瓦處實物

4 超速旁路改造

4.1 運行現(xiàn)狀

上汽超超臨界汽輪機DEH系統(tǒng)和ETS主要采用西門子T-3000和艾默生ovation兩種控制系統(tǒng)，這兩套系統(tǒng)對汽輪機超速保護(hù)的控制實現(xiàn)方法大同小異[10]。

對于采用西門子T-3000系統(tǒng)的機組：E16型轉(zhuǎn)速處理單元將采集的轉(zhuǎn)速信號在轉(zhuǎn)速卡內(nèi)部進(jìn)行判斷后輸出開關(guān)量信號，開關(guān)量信號送至超速繼電器的同時通過并接的方式直接送至FDI卡件（安全故障型開關(guān)量輸入卡件）。超速繼電器的觸點直接串入停機電磁閥供電回路，汽輪機超速時直接斷開該回路；FDI卡件通過邏輯“三取二”判斷后輸出保護(hù)信號觸發(fā)汽輪機遮斷。以上兩個回路即為超速硬回路和軟回路保護(hù)[11]。

對于采用艾默生ovation系統(tǒng)的機組：超速硬回路和西門子T-3000系統(tǒng)完全一致，軟回路則是通過E16型轉(zhuǎn)速處理單元將采集的轉(zhuǎn)速信號在轉(zhuǎn)速卡內(nèi)部進(jìn)行處理后輸出頻率信號至SS測速模件，SS測速模件通過定值設(shè)置輸出動作信號至ETS，ETS通過“三取二”判斷后觸發(fā)汽輪機遮斷[12]。

4.2 存在的問題

西門子T-3000系統(tǒng)和艾默生ovation系統(tǒng)同時存在以下問題：機組正常運行時轉(zhuǎn)速卡件輸出送至硬回路的開關(guān)量信號均為閉合狀態(tài)，如果發(fā)生任意轉(zhuǎn)速探頭或者轉(zhuǎn)速卡件故障時，無法在線強制超速硬回路保護(hù)[13]。

由于西門子T-3000系統(tǒng)F型邏輯無法在線強制，對于采用信號并接方式直接送至FDI卡件的西門子T-3000系統(tǒng)，軟、硬回路均無法在線強制，遇到轉(zhuǎn)速探頭或者轉(zhuǎn)速卡件故障時存在較大的操作安全風(fēng)險，無法進(jìn)行后續(xù)的處理[14]。

4.3 旁路改造

針對超速保護(hù)無法在線強制的問題，對保護(hù)回路進(jìn)行了優(yōu)化和改造，增加超速保護(hù)旁路功能，通過增加外部24 V直流供電電源和新增端子短接排的方法來實現(xiàn)超速保護(hù)的旁路，從而保證超速保護(hù)能夠在線強制[15]。西門子T-3000系統(tǒng)超速旁路改造如圖4所示。

圖4 超速旁路改造

圖4中+BA-X2的5號，6號端子即為轉(zhuǎn)速1的跳閘觸點，其中觸點5為24 V直流供電電源，觸點6分兩路送到超速硬回路和FDI卡件中。CA008和DA008為兩塊冗余配置的FDI卡件，F(xiàn)DI卡件可以實現(xiàn)左右冗余，跳閘觸點首先進(jìn)入CA008的一個通道，然后進(jìn)入CA008的冗余通道，再進(jìn)入DA008的一個通道，最后進(jìn)入DA008的冗余通道。

機組正常運行時，+BA-X2的5號，6號端子導(dǎo)通，超速保護(hù)跳閘觸點進(jìn)入硬回路和FDI卡時均帶有24 V直流電壓，因此若要增加超速保護(hù)屏蔽回路，需要保證+BA-X2的6號端子一直有一個穩(wěn)定的24 V直流供電電源，基于這個原理，新增了端子短接排X10，增加外部供電電源X03：9引至端子排X10的1號端子。當(dāng)機組發(fā)生1號轉(zhuǎn)速探頭或者1號測速卡件故障，需要在線強制超速保護(hù)時，短接端子排X10的1號，2號端子即可，其他通道依次類推，通過這種方法能夠達(dá)到屏蔽超速保護(hù)的目的。

5 改造后可靠度預(yù)測

以嘉興發(fā)電廠8號機組為例，對優(yōu)化改造前后的可靠度進(jìn)行定量估算。

轉(zhuǎn)速測量回路的主要故障單元為轉(zhuǎn)速探頭、E16型卡件、轉(zhuǎn)速信號采集卡、繼電器等元器件、電纜，其中任一單元故障都可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)速測量回路失準(zhǔn)，以上5個單元組成了一個串聯(lián)系統(tǒng)[16]。

通過對系統(tǒng)各單元的故障率統(tǒng)計，引入基本失效率λ（10-4次/h）。可靠度計算公式為：

式中： RS（t）為轉(zhuǎn)速測量回路可靠度； Ri（t）為第 i個單元的可靠度；n為單元總數(shù)；t為運行時間。

設(shè)單元 i的失效率為 λi（t），則

式（3）中的 λS（t）為單元失效率的總和，由于系統(tǒng)失效率 λS（t）為常量[17]， 因此

式（1）和式（2）合并帶入后得到

各單元的失效率統(tǒng)計如表2所示，對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算后可得改造前、后的λS分別為19.5和6.8， 則改造前可靠度 RS1=exp（-19.5×10-4t）， 改造后可靠度 RS2=exp（-6.8×10-4t）。

表2 改造前、后的轉(zhuǎn)速測量回路故障單元失效率

該測量回路部件一般按照每月（30天）周期進(jìn)行設(shè)備點檢，由此可得轉(zhuǎn)速控制回路改造前后可靠度預(yù)測對比如圖5所示。

圖5 改造前后可靠度預(yù)測對比

由圖5可知，優(yōu)化改造后的可靠度較改造前有了大幅度的提高，在長時間運行后，可靠度仍保持在0.9左右，達(dá)到了預(yù)期目的。

6 結(jié)語

ADDFEM模件故障會導(dǎo)致汽輪機轉(zhuǎn)速失控，機組運行時嚴(yán)重影響甩負(fù)荷和一次調(diào)頻控制，通過邏輯修改和信號采集回路優(yōu)化能夠避免ADDFEM模件故障給機組轉(zhuǎn)速控制帶來的影響；對布朗卡件參數(shù)的優(yōu)化和修改能夠避免因轉(zhuǎn)速探頭故障引起的機組誤動；對探頭進(jìn)行改型并改善安裝環(huán)境能夠降低轉(zhuǎn)速探頭的故障率；增加超速旁路能夠?qū)Τ倩芈愤M(jìn)行在線強制，確保機組運行時能夠?qū)收咸筋^和卡件進(jìn)行在線更換和處理。通過以上4個方面的優(yōu)化改造，基本能夠消除上汽超超臨界汽輪機轉(zhuǎn)速測量回路存在的問題，提高該類型機組轉(zhuǎn)速測量控制的可靠性。