汽机联锁保护系统讲义(2)

2019-08-31 14:17

受阻,或造成汽缸两侧膨胀不一致,会造成汽缸损坏。因此要对汽缸热膨胀进行监测。一般机组只设计将热膨胀作为一个报警信号,而不送至ETS系统跳闸。当热膨胀过大时,由运行人员进行干预。

热膨胀的测量一般采用电感式探头进行测量。 6. 偏心

一般不设计直接参与ETS系统的跳机保护。

对于30万以上的汽轮发电机组,由于轴系较长,如果轴系找正,受热不均等原因,会造成大轴弯曲,在机组运行时会出现大轴偏心现象,引起汽轮机振动现象。因此要对汽机大轴偏心参数进行监测。

偏心的监测要由键相配合才能实现。键相探头为偏心参数提供了座标。 三. 真空保护

当凝汽器真空下降时,会造成汽轮机内焓值下降,不仅会影响汽机效率,同时产生水滴,对汽轮机低压叶片产生水击,损坏叶片。因此几乎所有机组都将真空保护设计为汽轮机的主保护。

根据机组设计的不同,有的机组采用压力开关采集真空低信号直接送至ETS系统跳闸。有的则采用变送器的形式采集真空低信号送至DCS系统进行处理后送出开关量至ETS系统跳机。一般采用三取二逻辑。

对于真空测点的安装,必须注意以下两点: 1.变送器或压力开关的安装位置标高要高于采样点位置。

2.取样管中间不能有“U”型弯。这样做的目的是防止取样管积水,影响测量。

四. 润滑油压保护

汽轮机润滑油系统是保证汽轮机安全运行的重要辅助系统。如果润滑油压过低,会造成轴系烧瓦等重大设备损坏事故。因此润滑油压低保护是项必不可少的保护。 润滑油压的测量也分为压力开关和变送器两种。一般用于汽机跳闸的压力取样都是从冷油器后润滑油母管上开取样口的。

五. EH油保护

EH油是汽轮机油动机工作介质,就是通常我们所说的抗燃油。如果EH油过低,会造成调阀开速度变慢,主汽门缓慢关闭,引起汽轮机调节系统异常,不能满足机组安全稳定运行要求,因此大型电调机组,设置了此项保护。

六. 其它保护

除了上述五项保护外,汽轮机保护还有:温度保护、压比保护、MFT/发电机保护。火警保护。

1. 温度保护一般包括:汽轮发电机轴承温度保护、发电机线圈温度保护、高中压缸温度保护、高低压缸排汽温度等等。 2. 压比保护

压比保护是指汽轮机高中压缸的抽汽压力(八抽和7抽、6抽和5抽)的比值保护。

当因系统原因造成相邻抽汽的比值超过一定数值时,会造成汽轮机叶片损坏,因此要跳闸。此项保护一般在进口汽轮机上设计。其定值是一段曲线,随着汽机负荷变化而变化。 3.火警保护

当汽轮发电机周围或系统内发生火灾时,由运行人员按下火警打闸按钮,使汽轮机跳闸,联起事故油泵,停运润滑主油泵。这样做的目的是既保证汽机安全停机所需最低润滑油量,又要防止油系统大量泄漏,引起火灾事故的扩大。 第三节 ETS保护动作分析 ET给水系统 汽机跳闸 跳锅炉

跳主开关,解列发电机

开高压旁路

抽汽系统 关闭抽汽逆止门 跳给水泵

EHA系关闭主汽门、调门

S 系 统

FSSS 电气保护 旁路系统

1. 上图给出了ETS系统保护动作的结果。从图上我们可以看出,当ETS系统发出汽轮机跳闸信号后,分别送到下列系统,动作相应设备:

(1). 汽机EHA系统:EHA系统接受到ETS系统送来的跳闸信号后,动作主汽门、调门跳闸电磁阀(采用反逻辑使电磁阀线圈失电;采用正逻辑则使电磁阀线圈带电),将跳闸油压泄掉,快速关闭。

一般跳闸电磁阀会采用二取二再二取一逻辑。即每个主汽门(或调门)配置2个跳闸电磁阀,每个跳闸电磁阀含有2个电磁阀线圈,只有2个线圈同时失电(反逻辑),跳闸电磁阀才会动作;2个电磁阀任何一个动作,主汽门或调门都会关闭。 (2) . 汽轮机抽汽系统

设计汽轮机抽汽系统的目的是提高汽轮机的热效率。一般使用抽汽的子系统有凝水加热器(低加)、给水加热器(高加)、除氧器、气动给水泵(小汽机)、辅助蒸汽系统等。 在机组甩掉负荷的情况下,由于储存再抽汽管和加热器内的能量会造成汽水倒流,引起汽轮机转速超速情况的出现。因此在多抽汽管道上设计了气动逆止门。当ETS系统发出汽机跳闸信号,快速关闭气动抽汽逆止门,防止汽轮机超速。 (3). 汽轮机旁路系统

当ETS系统发出跳闸指令后,联开汽机高压旁路系统,将多余的蒸汽通过高压旁路系统引至再热器,防止过热器超压。

4. FSSS系统

当ETS系统发出跳闸信号,送到FSSS系统,通过FSSS系统将炉侧的一次风机、给煤机、磨煤机停运,实现机、炉联锁。 5. 电气保护系统

当ETS系统发出跳闸信号后,电气保护系统将发电机出线220KV主开关断开,将发电机解列,防止因逆功率损坏发电机。 6. 锅炉给水泵

当汽轮机跳闸后,联跳气动给水泵,防止锅炉满水事故的发生。

第四节 汽轮机防进水保护

在机组正常运行期间,在汽轮机汽缸做功的是不饱和蒸汽,是没有水的。当机组运行或停运时,如果汽缸内进水,会造成叶片损坏,高中压缸上下壁温差过大,汽缸产生裂纹等事故,因此必须避免汽轮机进水事故的发生。一般造成汽轮机进水的原因有以下几点:

1. 高压加热器、低压加热器大量泄漏,致使加热器汽侧水位急剧上升,疏水门疏水不及时,当水位达到一定的高度时,会通过汽机本体抽汽管道倒入汽机缸内。

2. 给水加热器(除氧器)的水位由于控制调节不当或给水系统出现异常时,都会造成给水加热器水位突升,水位高至一定程度时,也会通过汽机本体至除氧器的抽汽管道流入汽轮机缸体内。

3. 汽轮机停机后,汽轮机本体抽汽管道内残存的蒸汽凝结成水。

对于上述原因1和2,我们可以通过设置高低加水位保护、除氧器水位保护来防止汽轮机进水。即当水位高Ⅰ值时,进行报警;高Ⅱ值时,联开事故疏水门,高Ⅲ值时关闭相应的抽汽逆止门,并将高、低加解列。

对于原因3,一般机组都在抽汽管道上设计有管道疏水门。当汽轮机跳闸后,将各疏水阀自动打开。将残存的水汽疏送到凝汽器,防止水倒流进汽缸内。

第五节. ETS系统的配置 一. ETS系统的组成

从下图的信号流程方面看,ETS系统可简单分为就地测量、EPS(Electronic Protection System)、TTS(Turbine Trip System)和EHA(Electro-hydraulic valve actuator)

共四级。 就地级 1.

就地测量级

OSP 振动 温度 压力 EPS 跳闸信号 TTS 跳闸信号 跳闸电磁阀 主汽门

调门

EHA 本级是一个数据采集和转换的过程。相关的物理量,如压力、温度、液位等信号通过变送器、热电阻或热电偶转换为模拟信号或通过压力开关温度开关转换为开关量信号,用于EPS系统数据采集卡件读取。 2.EPS级

EPS是英文“Electronic protection system”缩写。它采集就地测量级送来的信号,主要是模拟量信号,然后进行处理。进行参数信号有效性的判断甄别,剔除无效信号,并报警;当采集的有效信号参数将要超过设定限值,首先进行预报警。假如有的数据超过跳闸值,则送出跳闸信号到TTS系统。

最初国内机组ETS系统中EPS部分的功能是用多功能循测仪、动圈表、数字表等来实现的。这些二次表的主要作用是将模拟量信号转换为开关量信号,然后送至TTS系统进行逻辑判断处理。上个世纪80年代未国内,火力发电厂DCS应用范围开始扩大,EPS部分的功能开始在DCS系统中实现。随着DCS系统的成熟应用,产品价格的下降,现在大部分机组的EPS部分都做在DCS系统中。 3.TTS级

TTS是英文“Turbine trip system”的缩写,意思是汽机跳闸系统。它的主要任务是接收EPS系统以及电气保护系统、锅炉MFT、OSP(汽机超速保护)送来的跳闸信号,并进行逻辑判断处理,然后将跳闸信号送至EHA系统,动作跳闸电磁阀使汽机跳闸。 TTS部分控制系统处理的是开关量信号。它采用可编程控制器PLC进行编程,实现控制逻辑。80年代末期国内开始采用的是标准型可编程序控制器(PLC)。随着国家对设备安全、人身安全和环境保护的要求越来越严格,以及先进技术的不断引进,九十年代中后期,安全型PLC在国内新装机组的TTS系统、FSSS等对安全性要求很高的系统开始应用。如:福州电厂二期使用西门子公司生产的故障安全型PLC S5-95F用于汽机跳闸系统的控制。

PLC的编程语言形式一般有三种:梯形图(STL)、语句表(LAD)、控制系统流程(CSF)。一般采用梯形图形式,因为这种形式简单明了,易于解读。

4.EHA级

EHA是英文“Electro-hydraulic valve actuator ”的缩写,意思是汽机电动液压调节阀执行机构系统。它的主要任务是接收TTS系统的跳闸指令,动作跳闸电磁阀使汽机跳闸。还接受DEH系统送出的调节指令,动作伺服阀,进行调门的调节。

现在大部分机组的跳闸电磁阀采用的是“反逻辑”,即机组正常运行时带电,电磁阀失电汽机跳闸。这样做可以保证在硬件故障情况下如跳闸电磁阀线圈烧坏或回路断路的情况下,机组朝着安全的方向动作。

电调型机组每个主汽门或调门配置两个跳闸电磁阀,每个跳闸电磁阀有两个线圈;当两个线圈同时失电时,跳闸电磁阀才动作。任一个跳闸电磁阀动作,主汽门(调门)都会关闭。跳闸电磁阀线圈的工作电源一般采用直流电源。根据机组的设计不同,一般有220VDC、110VDC、24VDC等三种电压等级。 二. ETS系统的冗余设计

ETS系统作为保护防止汽轮机受到损害的最后一级,对安全性提出了特别高的要求。为了防止保护系统的拒动和误动,ETS系统大都采用了冗余设计。 1.控制系统的冗余设计

无论是EPS系统还是TTS系统的控制系统硬件都采取了冗余配置。CPU一般都是双冗余配置,可以实现无扰切换。有的TTS系统采用的是多重冗余配置,如西门子公司设计的TTS系统有四对CPU ,实现了两两冗余,即防止了拒动,又防止了误动。

控制系统硬件除了实现冗余配置外,其卡件还应具备回路检测功能,对回路故障(如:短路、断路、接地等及重要变化)进行检测报警。这样才能实现冗余配置。

除了实现控制系统硬件冗余配置外,其工作电源也应实现冗余配置。一般控制系统的工作电源的冗余配置有三种情况:

a. b. c.

两路交流220V电源(部分进口机组采用的是110V); 一路直流流220V电源,一路交流220V电源; 两路直流电源(220V或24V);

b类设计很少用,我们不做介绍。a、c两种设计是应用较广的设计。a类设计一般是通过继电器切换回路与UPS装置配合使用,来实现无扰切换。但缺点是增加了UPS装置这个故障点。

c类设计一般是两路直流电源通过加装二极管(目的是防止一路出现问题影响另一路;还有防止两路电源短路功能)然后并联,来实现无扰切换。这种设计非常好,中间环节少,故障点少,能够实现真正的无扰切换。 2.一次设备的冗余设计

要提高ETS系统的安全可靠性,不仅控制系统硬件要进行冗余设计,其一次设备也要进行冗余配置。对系统的一些重要参数的测量要采用多台变送器,如润滑油压、轴向位移、凝汽器真空、主汽温度、汽机转速、抗燃油(EH)压等需要采用三台变送器,实现三取二逻辑。 3.冗余结构 (1). 3取2电路

在3取2电路中,失效的通道很容易被监控系统确定出来,而且能使失效通道复位。

(2) 2取2电路

在2取2电路中,失效的通道不容易被监控系统确定出来,只有明确了失效通道,才能发出通道失效复位信号,这样就会将2取2电路转换成1取1电路。 (3) 2取1逻辑(一般不用)


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