大型單元機(jī)組特點(diǎn)是爐、機(jī)、電在生產(chǎn)中組成一個(gè)有機(jī)整體，機(jī)爐大聯(lián)鎖一般都是機(jī)跳電、電跳機(jī)、機(jī)跳爐、爐跳機(jī)，爐和電通過機(jī)來實(shí)現(xiàn)。任意一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題將會(huì)影響整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行，嚴(yán)重的故障可能導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，甚至危及設(shè)備和人身安全。
火力發(fā)電廠有著兩個(gè)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(jī)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(jī)和主變?cè)O(shè)備，ETS系統(tǒng)為保護(hù)汽輪機(jī)設(shè)備，兩個(gè)系統(tǒng)看似相互獨(dú)立，但實(shí)質(zhì)之間存在相互配合與聯(lián)動(dòng)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(hào))、TV(電壓互感器文字符號(hào))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(jī)差動(dòng)保護(hù)、發(fā)電機(jī)縱向零序電壓匝間保護(hù)、主變差動(dòng)保護(hù)、廠變差動(dòng)保護(hù)、過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)、發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過流保護(hù)、啟停機(jī)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(dòng)，非全相運(yùn)行保護(hù)；非電量保護(hù)：回路出口與電氣量保護(hù)完全獨(dú)立。
ETS汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)傳感器、變送器等檢測(cè)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(jī)緊急跳閘系統(tǒng)是為大型發(fā)電機(jī)組的運(yùn)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(jī)組損害的危險(xiǎn)情況時(shí)，該裝置能使汽輪機(jī)自動(dòng)遮斷，保護(hù)機(jī)組的安全。ETS對(duì)汽輪機(jī)保護(hù)項(xiàng)目有：超速1停機(jī)、超速2停機(jī)、超速3停機(jī)；軸向位移大停機(jī)1；軸向位移大停機(jī)2；振動(dòng)大停機(jī)；潤(rùn)滑油壓低停機(jī)(3取2)；真空低停機(jī)(3取2)；軸承回油溫度高停機(jī)；軸承軸瓦溫度高停機(jī)；發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作；DEH保護(hù)；主汽門關(guān)閉；發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)。
圖1 修改前發(fā)變組電跳機(jī)邏輯圖
根據(jù)各自特點(diǎn)，造成兩個(gè)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(shí)不進(jìn)行配合動(dòng)作，將影響電廠整體的安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以兩者之間必然存在著聯(lián)系與相互配合。
1、現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)介紹及邏輯修改
內(nèi)蒙古國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電機(jī)容量為330MW，汽輪機(jī)為北京重型電機(jī)廠生產(chǎn)，型號(hào)為NC330-17.75/0.4/540/540。型式：?jiǎn)屋S、三缸、亞臨界、中間一次再熱、雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向：自汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)看為逆時(shí)針方向。主蒸汽壓力17.75MPa，主蒸汽溫度540℃，回?zé)岢槠?jí)數(shù)7級(jí)，機(jī)械超速動(dòng)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(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司的發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)裝置雙套保護(hù)裝置，配備的發(fā)電機(jī)、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(jí)1000kV及以下的各種容量各種接線方式的汽輪機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)組、核電機(jī)組，及水輪機(jī)組的發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)，并滿足電廠電氣監(jiān)控自動(dòng)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(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)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(jī)”“機(jī)跳電”“直跳保護(hù)”。
機(jī)組可靠性是發(fā)電企業(yè)效益的最基本保證，“降非?！币彩歉鞔蟀l(fā)電集團(tuán)常抓不懈的一項(xiàng)長(zhǎng)期的重要工作，而提高熱工設(shè)備可靠性是提高機(jī)組可靠性，實(shí)現(xiàn)“降非?！蹦繕?biāo)的重要保證。近期公司內(nèi)部發(fā)生一起1A引風(fēng)機(jī)RB誤動(dòng)作事件，公司組織各廠對(duì)單點(diǎn)保護(hù)治理的結(jié)果進(jìn)行了摸底，同時(shí)組織召開了“國(guó)華RB邏輯及重要輔機(jī)狀態(tài)邏輯專題會(huì)”，對(duì)觸發(fā)“輔機(jī)故障降出力”的重要測(cè)點(diǎn)進(jìn)行盤點(diǎn)，檢查整改機(jī)組大聯(lián)鎖中的單點(diǎn)保護(hù)。《2023版二十五項(xiàng)反措》明確規(guī)定：“所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用“3取2”的邏輯判斷方式，保護(hù)信號(hào)應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對(duì)獨(dú)立的原則，確因系統(tǒng)原因測(cè)點(diǎn)數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護(hù)誤動(dòng)措施。”本文對(duì)典型的點(diǎn)跳機(jī)單點(diǎn)防誤動(dòng)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(jī)
“電跳機(jī)”實(shí)質(zhì)：發(fā)電機(jī)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(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鍋爐的MFT。當(dāng)發(fā)變組任一個(gè)電氣量或非電氣量保護(hù)動(dòng)作后，需發(fā)送“電氣保護(hù)動(dòng)作”信號(hào)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(jī)主汽門。
動(dòng)作邏輯：發(fā)變組保護(hù)通常由兩個(gè)電氣量保護(hù)柜(保護(hù)A柜、保護(hù)B柜)和一個(gè)非電氣量柜(保護(hù)C柜)組成。各個(gè)保護(hù)柜經(jīng)設(shè)定出口矩陣，將需要?jiǎng)幼鞒隹陉P(guān)閉汽輪機(jī)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(dòng)作后出口關(guān)閉汽輪機(jī)主汽門。
邏輯關(guān)系如圖1。
1.2 電跳機(jī)邏輯存在的不足
由圖1可以看出，電跳機(jī)邏輯采用單點(diǎn)保護(hù)就可以驅(qū)動(dòng)，回路可靠性低，使運(yùn)行中跳機(jī)風(fēng)險(xiǎn)大大增加。國(guó)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(hào)誤發(fā)，“電跳機(jī)”動(dòng)作，導(dǎo)致汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉的非停事件發(fā)生，造成機(jī)組非停。
對(duì)于電跳機(jī)回路來說，發(fā)變組保護(hù)A、B、C柜，任意一個(gè)柜子的邏輯或回路存在異常、誤動(dòng)，都可能導(dǎo)致機(jī)組的非停事件。
由于DCS軟/硬件故障、熱控元件單點(diǎn)故障，電纜接線短路、斷路、虛接，電源故障、繼電器觸點(diǎn)故障，人為因素或設(shè)計(jì)安裝存在缺陷等各類原因，熱工保護(hù)會(huì)發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)的事件。這些情況輕則造成機(jī)組快速降負(fù)荷，重則會(huì)直接導(dǎo)致停機(jī)，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(jī)邏輯
通過核對(duì)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(diǎn)修改為關(guān)主汽門1，將A、B柜減出力、汽機(jī)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(gè)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(diǎn)修改相應(yīng)的跳閘矩陣，并進(jìn)行靜態(tài)的試驗(yàn)傳動(dòng)及跳閘出口測(cè)試工作。當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障，需執(zhí)行電跳機(jī)邏輯時(shí)，發(fā)變組A、B、C柜相應(yīng)保護(hù)動(dòng)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(diǎn)閉合，給熱工專業(yè)ETS系統(tǒng)(汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng))發(fā)關(guān)主汽門指令，關(guān)閉自動(dòng)主汽門1(ETS動(dòng)作1)、關(guān)閉自動(dòng)主汽門2(ETS動(dòng)作2)、關(guān)閉自動(dòng)主汽門3(ETS動(dòng)作3)。
圖2 修改后電跳機(jī)邏輯圖
核對(duì)跳閘矩陣，對(duì)應(yīng)圖紙上增加發(fā)變組保護(hù)跳閘節(jié)點(diǎn)，敷設(shè)電纜，發(fā)變組A、B、C柜在原有一個(gè)關(guān)主汽門節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上(通過硬線實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn))，各增加2個(gè)關(guān)主汽門節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)發(fā)變組保護(hù)A柜出去一個(gè)接點(diǎn)去熱控ETS柜實(shí)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(diǎn)發(fā)變組保護(hù)B柜出去一個(gè)接點(diǎn)去熱控ETS柜，實(shí)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(diǎn)發(fā)變組保護(hù)C柜出去一個(gè)接點(diǎn)去熱控ETS柜實(shí)現(xiàn)主汽門關(guān)閉，獨(dú)立的3個(gè)點(diǎn)去熱工ETS后實(shí)現(xiàn)3取2功能，即3套保護(hù)中，任意一套保護(hù)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)動(dòng)作，裝置才能動(dòng)作；任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)動(dòng)作，不會(huì)導(dǎo)致關(guān)主汽門動(dòng)作，保證動(dòng)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(duì)發(fā)變組保護(hù)裝置現(xiàn)有電跳機(jī)邏輯及圖紙，咨詢?cè)O(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(huì)議，制定發(fā)變組邏輯修改方案。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況編制、審核《發(fā)變組電跳機(jī)邏輯修改三措》；按照檢修計(jì)劃，填報(bào)審核設(shè)備變更。
跳閘邏輯修改最好在機(jī)組檢修狀態(tài)下進(jìn)行，在機(jī)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(xiàng)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(duì)，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(shí)際情況，增加跳閘接點(diǎn)備用通道。增加時(shí)，注意跳閘接點(diǎn)應(yīng)為不保持接點(diǎn)。
邏輯修改前，核對(duì)好各項(xiàng)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(duì)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(shí)不發(fā)生誤跳機(jī)組出口開關(guān)的誤操作(即使機(jī)組在檢修狀態(tài)，500kV，3/2接線升壓站仍是合環(huán)運(yùn)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(duì)比，并對(duì)修改后的邏輯所涉及的保護(hù)進(jìn)行全部校驗(yàn)，使用萬用表對(duì)所涉及保護(hù)的出口方式，逐一測(cè)量，確保出口方式正確。由于廠家系統(tǒng)新舊版本的原因，個(gè)別邏輯可能存在細(xì)微差別，需要按電廠實(shí)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(jī)組啟機(jī)前機(jī)、爐、電大聯(lián)鎖試驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)際傳動(dòng)，確保整個(gè)邏輯及回路正確無誤。
所有工作結(jié)束后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(shí)與動(dòng)力電纜分層進(jìn)行鋪設(shè)，遠(yuǎn)離動(dòng)力電纜，避免電磁干擾。3組信號(hào)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(shí)，宜采用二點(diǎn)接地；而靜電感應(yīng)的干擾較大時(shí)，則采用一點(diǎn)接地；選擇二點(diǎn)接地時(shí)還應(yīng)考慮在暫態(tài)電流的作用下，屏蔽不會(huì)被燒毀。
1.5 修改后邏輯及回路的傳動(dòng)與驗(yàn)證
電跳機(jī)邏輯傳動(dòng)試驗(yàn)條件：
①機(jī)組本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的檢修工作全部結(jié)束，試驗(yàn)前發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、滅磁開關(guān)分合閘實(shí)驗(yàn)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(jī)主汽門開啟和關(guān)閉正常，鍋爐MFT實(shí)驗(yàn)正常，鍋爐具備吹掃條件；
②汽輪機(jī)油質(zhì)合格，EH油泵、潤(rùn)滑油泵、排煙風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常；
③汽機(jī)具備掛閘條件，鍋爐MFT復(fù)位；
④發(fā)電機(jī)-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(jī)組大聯(lián)鎖試驗(yàn)時(shí)，聯(lián)系運(yùn)行人員，將機(jī)組汽輪機(jī)主汽門打開，投入發(fā)變組A柜發(fā)電機(jī)差動(dòng)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(jī)斷水保護(hù)也可以進(jìn)行。
利用發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)進(jìn)行邏輯的驗(yàn)證。試驗(yàn)前，投入發(fā)電機(jī)保護(hù)屏內(nèi)的熱工保護(hù)，鍋爐MFT信號(hào)進(jìn)行復(fù)位，汽機(jī)掛閘，檢查汽機(jī)高低旁應(yīng)處于關(guān)閉，確定發(fā)電機(jī)出口刀閘在斷開位置。在遠(yuǎn)方進(jìn)行操作，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行起勵(lì)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(jī)保護(hù)壓板。在發(fā)變組保護(hù)C柜，投入發(fā)電機(jī)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(yùn)行中的定冷泵，計(jì)時(shí)大約30s。發(fā)電機(jī)定子冷卻水出口流量低報(bào)警，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)跳閘，汽輪機(jī)跳閘，鍋爐MFT。
通知運(yùn)行人員傳動(dòng)工作準(zhǔn)備完畢，經(jīng)運(yùn)行值長(zhǎng)同意后，利用發(fā)變組出口傳動(dòng)功能，對(duì)電跳機(jī)邏輯進(jìn)行實(shí)際出口傳動(dòng)，驗(yàn)證電跳機(jī)3取2出口邏輯的正確性。聯(lián)系運(yùn)行人員，將機(jī)組汽輪機(jī)主汽門打開，投入發(fā)變組A柜發(fā)電機(jī)差動(dòng)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(yùn)行人員傳動(dòng)工作準(zhǔn)備完畢，經(jīng)運(yùn)行值長(zhǎng)同意后，利用發(fā)變組出口傳動(dòng)功能，對(duì)電跳機(jī)邏輯進(jìn)行實(shí)際出口傳動(dòng)，驗(yàn)證電跳機(jī)三取二出口邏輯的正確性。
聯(lián)系運(yùn)行人員，將機(jī)組汽輪機(jī)主汽門打開，投入發(fā)變組A柜發(fā)電機(jī)差動(dòng)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(yùn)行人員傳動(dòng)工作準(zhǔn)備完畢。經(jīng)運(yùn)行值長(zhǎng)同意后，利用發(fā)變組出口傳動(dòng)功能，對(duì)電跳機(jī)邏輯進(jìn)行實(shí)際出口傳動(dòng)，驗(yàn)證電跳機(jī)3取2出口邏輯的正確性。
通過上述發(fā)變組電跳機(jī)實(shí)際出口傳動(dòng)，更準(zhǔn)確地驗(yàn)證電跳機(jī)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(jī)邏輯及回路的優(yōu)化，作為主機(jī)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(cuò)誤的一些措施，各個(gè)邏輯分析很透徹，并對(duì)修改后的回路進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)。經(jīng)過傳動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)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(yùn)行時(shí)及時(shí)動(dòng)作，提升主保護(hù)動(dòng)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(duì)簡(jiǎn)單、適用，作為現(xiàn)場(chǎng)改造工作的指導(dǎo)方案值得推廣，也為電廠中重要的單點(diǎn)保護(hù)的邏輯優(yōu)化提供了借鑒與參考。
作者：王偉、屈佳賓
