DEH中ETS跳闸逻辑控制方案的应用

摘要：DEH系统实现发电机组的起动、停机、功率频率调节等功能，实现对汽轮机的自动保护，实现远方自动调度等功能。随着控制设备的升级，对机组的保护系统又提出了新的要求。如何与控制设备相适应、相结合，如何更可靠、更迅速和更安全地完成保护系统的任务。基于这一理念，必须有与

一、引言

淮北发电厂200MW发电机组汽轮机的原调节系统为全液压调节系统，存在低负荷适用性差、控制精度低、响应不够快、日常维护复杂、自动化水平低等一系列的不足，采用先进的纯电调控制系统(DEH)，对200MW机组汽轮机调节系统改造，不仅可以大大提高机组的自动化水平，而且能够大大提高机组的控制精度和机组安全、经济水平，适应电网对机组调峰和自动发电控制的要求。DEH系统除了对汽轮机进行功频调节外，还要在调节系统失灵或发生其它事故时，能及时，迅速的停机，以避免设备损坏或事故扩大。而DEH自身仅仅只设计了一个超速保护项目，显然不能满足由于各种危机原因造成的机组停机，同时，汽轮机容量越大，事故的危害也越更大，再者，由于控制设备的升级，汽轮机保护项目越来越多，对保护的要求也越来越高。因此必须装设安全可靠迅速的保护装置—ETS保护系统。通过分析、找出原保护控制方式的不足以及与控制对象的不统一;而提出一种新的ETS控制模式(方式)，使新的控制模式能适应DEH控制系统的要求，更能满足保护的可靠性、快速性和安全性的要求。这就是ETS控制方案设计的主导思想。

二、DEH控制系统

2.1 概述

DEH—汽轮机数字电液控制系统，其英文为Digital Electro-Hydraulic Control System，简称DEH。它由计算机控制部分(DC)和液压机构部分组成，是汽轮机的专用控制系统。淮北发电厂200MW发电机组DEH采用上海新华公司生产的DEH-IIIA汽轮机数字电液控制系统。它改变了原来的200MW机组低压油纯液压控制方式，采用独立的高压抗燃油驱动的纯电调系统。保护系统只保留机械超速部分，将高压调门、中压调门的油动机分别用一个独立的高压油动机驱动。高压主汽门、中压主汽门也分别用一个独立的高压油动机驱动。油动机的位置由DEH精确控制。4个高压调门、4个中压调门的位置，均由DEH根据转速调节、功率调节以及运行方式的要求进行精确控制，从而大大提高了控制精度，实现了阀门管理。

DEH高压油系统通过OPC电磁阀和OPC油路，实现超速保护功能，通过隔膜阀与低压安全油接口，实现低压油遮断时快关。

2.2 OPC控制

当油开关跳闸，或转速超过103%时，立即关高、中压调门，以抑制转速过度上升。当转速达到110%时，DEH发出停机信号，立即关闭高、中压主汽门和调门，达到超速保护功能。

TSI通过硬接线方式将数据显示在DEH的CRT画面上。

2.3危急遮断系统

危急遮断系统由电磁阀组和隔膜阀组成。

(a)电磁阀组件

四只AST电磁阀：在正常运行时，它们是被励磁关闭，从而封闭了自动停机危急遮断母管上的抗燃油泄油通道，使所有蒸汽阀执行机构活塞下的油压建立起来。当电磁阀失电打开，则总管泄油，导致所有蒸汽阀关闭而使汽机停机。

二只OPC电磁阀：它们是受DEH控制器的OPC部分所控制，布置成并联。正常运行时，该二只电磁阀是常闭的，封闭了OPC总管油液的泄放通道，使调节阀的执行机构活塞下腔能够建立油压。当转速达103%额定转速时，OPC动作信号输出，该二个电磁阀就被励磁(通电)打开，使OPC电磁阀母管油液泄放。这样，相应执行机构上的卸荷阀就快速开启，使调节阀迅速关闭。

二个单向阀：二个单向阀安装在自动危急遮断油路(AST)和超速保护控制油路(OPC)之间，当OPC电磁阀动作，单向阀维持AST的油压，使主汽门保持全开。当转速降到额定转速时，OPC电磁阀关闭，调节阀重新打开，由调节阀来控制转速，使机组维持在额定转速。当AST电磁阀动作，AST油路油压下跌，OPC油路通过二个单向阀，油压也下跌，关闭所有蒸汽进汽阀(主汽门、调门)而停机。

(b)隔膜阀

它连接着润滑油(低压安全油)系统与EH油(高压安全油)系统，其作用是当润滑油系统的压力降到不允许的程度时，可通过EH油系统遮断汽轮机。

机械超速遮断机构和手动超速试验杠杆的单独动作或同时动作，均能使透平油压力降低或消失，因而使压缩弹簧打开阀门把EH危机遮断油排到回油管，将关闭所有的调节阀和主汽阀。

三、ETS系统

ETS即危急遮断控制系统。在危及机组安全的重要参数超过规定值时，通过ETS系统使所有汽门迅速关闭，实现紧急停机。

3.1原保护控制的组成方式

110ZJ为主汽门关闭继电器，当主汽门关闭以后，为防止电磁铁常时间带电而烧坏电磁铁，将确认信号串在关闭回路中，确认信号元件使用行程开关。当行程开关动作后，110ZJ主汽门关闭继电器吸合，其常闭接点断开切断跳机电磁铁电源。

当任一跳机信号出现时，跳机交流接触器CZ动作的同时，跳机中间继电器器25ZJ动作，并启动转换继电器J1，J1的常闭接点切断AST阀的电源(AST动作原理为得电不动，失电动作)泄去EH高压油;当DEH超速动作时，启动转换继电器3ZJ的同时CZ动作，重复上述过程，达到EH高压油和低压油同时切断的目的。当系统恢复正常时，只需按下保护复位按钮，即可实现挂闸。

显然上述保护设计存在如下不足：

1)“互动”即原来的ETS动作回路和DEH有一个硬转换回路，动作时效上存在迟延，不利于保护动作迅速性;

2)“互动”保护动作的可靠性完全取决于继电器可靠性，转换继电器可靠性的高低即误动作率和拒动作率即是“互动”保护动作回路可靠性的指标;

3)EH油系统的OPC转速控制回路当转速达到110%时，DEH立即发出停机信号;而ETS其它跳闸条件满足时动作的对象确需通过低压油切断高压油来达到关闭主汽门;动作的对象不同，时效迟后，控制的方式显然不是最佳;

4)老系统是硬接线方式，保护逻辑关系固定，如要变动，会很麻烦;只能通过更换元器件和接线来实现;

5)别的升级，老的保护系统显然与DEH控制及DCS的控制保护要求存在不协调，如快速性和可靠性等方面就显得力不从心：继电器控制只能达到“秒级”，而电子器件可以达到“毫秒级”、甚至“纳秒级”，显然从保护的角度来说越快越好;同时电子器件的无故障小时数也高于继电器几个数量级，显然也满足保护越可靠越好的要求。这就提出了保护要升级;

6)当有保护跳闸条件未复归时，保护仍处于跳闸状态，投入保护开关即跳机不能避免由于人员精神不集中而造成人为误操作的恶性事件。

3.2 改造后的ETS控制系统

DEH-IIIA提供的超速110%保护，在切断高压油(EH油)的同时，还应切断低压油的汽机本体保护用的低压油回路。同样，在汽机其它本体保护动作时也应切断高压油回路。

为解决ETS汽机本体保护动作对象，即同时切断高压油回路以及低压油回路，将ETS保护控制系统动作对象设置为高压油回路和低压油回路。将ETS系统做为一个特殊的功能系统设计在DEH中，在DEH中制做专门用于保护用的智能型回路保护卡(LPC卡),其跳闸逻辑由软件组态而成，因此，可以灵活地进行组态。DEH-IIIA的DPU只能读取保护卡中的信息，不能对保护卡发出控制命令。只有在发生危及机组安全的情况时，即达到跳闸条件时跳机保护动作，通过逻辑电路使AST失电迅速泻去高压EH油，迅速关闭主汽门和调门，达到保护目的。同时针对老保护系统的设计缺陷，即在事故处理后恢复正常运行时，当有保护跳闸条件没有复归时，投入保护开关即跳机而造成人为误操作的恶性事件，而在新的ETS逻辑控制回路中增设TD-OFF功能块，可以达到有任一跳闸条件存在时，保护开关投入时都不会发出跳闸指令(信号)，只有使跳闸条件复归以后，保护开关投入才有效。这样可以避免事故处理后，当系统恢复正常时，人为造成误操作，同时提醒运行人员进行正确操作。新的ETS逻辑控制回路在DEH中制作有良好的控制画面，控制回路运行情况一目了然，方便检修工作人员进行组态修改和维护工作;同时提供给运行人员一控制界面，为运行提供良好的保障，为事故分析提供一目了然界面。新的ETS系统采用并联双路保护投入开关，一路软投入设计在DEH中，打开DEH中的ETS画面，在相应的保护投入回路中，点击鼠标选择ON/OFF既可投入或解除保护;另一路保护投入回路采用硬触点开关的型式，只须将开关打到投入/解除的位置，即可实现保护投入或解除。其物理位置在热工屏上。

当机组由事故状态下恢复正常时，只需按下ETS保护复位按钮，即可实现挂闸，进行下一次的开机工作。

3.3 ETS控制逻辑信号设计(跳机信号带自保持)

3.3.1润滑油压低0.03MPa(同时有润滑油压低0.05MPa或0.039MPa);

3.3.2真空低0.073MPa(两个相与);

3.3.3轴向位移(≥+1.0mm或≤-1.5mm，两套相“与”);

3.3.4超速110%;

3.3.5发电机差动;

3.3.6手动跳机;

3.3.7高压缸差胀大二值;(与大一值);

3.3.8中压缸差胀大二值(与大一值);

3.3.9低压缸差胀大二值(与大一值);

3.3.10相对振动高二值;(与大一值)。

3.4新ETS保护系统逻辑关系

逻辑关系图如下：

3.5 控制逻辑

3.5.1分路保护开关投入(硬切投开关，硬切投开关安装在屏上，DEH系统CRT显示状态)

3.5.2跳机信号存在

两者同时满足跳AST阀。

说明：如在分路保护开关投入前跳机信号已存在，此时保护开关投入无效，并在CRT上作出异常显示。

3.5.3 发电机断水保护

3.5.3.1断水保护联锁开关投入(硬切投开关，CRT显示状态);

3.5.3.2定子进水压力≤0.05Mpa且定子进水流量≤10t/h;

两者同时满足，发电机断水保护动作，送电气跳油开关。

四、机械超速危急遮断系统

在DEH系统中，机械超速遮断系统是一个独立的系统，与常规液压调速系统中的超速保护基本相同，在机组超速时通过机械动作而实现停机。

机械超速危急遮断系统的工作原理是：其传感器为飞锤式传感器，装于转子延伸轴的横向孔中，其重心与转子的几何中心偏置，通过压弹簧，将飞锤紧压在横向小孔中，利用弹簧的约束力与飞锤离心力平衡的原理来设计动作转速。设飞锤质量为G，飞锤的重心与转子的几何中心距离为a，飞锤击出距离为x，离心力为c，转子角速度为ω，重力加速度为g，则飞锤的离心力与转子的角速度的关系为：

c=G/g×(a+x)×ω2

从关系式可得，只要规定了动作转速w，则离心力便可求出。然后，设计压弹簧，其约束力p的方向与离心力的方向相反，当cp，则飞锤击出，通过碰钩使机械危急遮断机构动作并实现停机。

机械超速危急遮断系统的油系统为低压油系统，与ETS系统的油系统(高压抗燃油)互为独立，其采用的是与润滑油主油泵相连接的低压安全油系统。其通过隔膜阀的作用来达到润滑油(低压安全油)系统控制EH油(高压安全油)系统。机械超速危急遮断系统动作，润滑油系统的压力降到不允许的程度时隔膜阀的上部油压下降或消失时，依靠压力弹簧的张力，打开隔膜阀 ，迅速卸去危急遮断总管上的安全油，通过快速卸荷阀，快速关闭所有的进汽阀和抽汽阀，实现紧急停机。

五、ETS保护系统液压执行机构的组成

5.1 超速保护和危急遮断组合机构

超速保护和危急遮断组和机构，统称为功能块，布置在汽轮机前轴箱的右侧，主要组成是控制块体一个、两个OPC电磁阀、四个AST阀和两个止回阀，它们均组装在控制块上，为OPC和AST总管以及其它管件提供接口，这种组合机构大大减化了外部连接管道而提高了整体的可靠性，同时也有结构紧凑的特点。

5.2危急遮断电磁阀(20/AST)

该阀受ETS系统控制。机组正常运行时，它们是关闭的，切断了自动停机危急遮断总管上高压油的卸油通道，使所有主汽阀的调节汽阀油动机的下腔室能建立起油压，行使正常的控制调节任务。当被测参数有遮断请求时，该电磁阀打开，使遮断总管迅速泄油，通过快速阀，关闭全部主汽门和调节门，实现紧急停机。

5.3 AST电磁阀的工作原理及其连接

AST电磁阀采用串并联混合连接方式，其连接特点有：

5.3.1 串联油路中，任何一路电磁阀{(20-1)/AST，(20-2)AST和(20-3)/AST，(20-4)/AST}动作，都可以停机;而任何一个电磁阀误动作，不会引起错误停机。

5.3.2 并联油路中，任何一个奇数电磁阀{(20-1)/AST，(20-3)AST或任何一个偶数电磁(20-2)/AST，(20-4)/AST}动作，系统都可以顺序或交叉动作并停机。

这样，由于采取了双路双阀的顺序和交叉连接不仅确保系统的动作可靠，而且当任何一个阀门不动或做在线试验时，系统仍具有保护功能。该系统只有在一对奇数号或偶数号电磁阀都不起作用的双重故障下，保护系统才会失灵，这种机会极小。

EH油跳闸执行机构简化图如下。

六、ETS保护系统改造的效果及体会

6.1改造达到效果

通过ETS保护系统的改造，应达到保护系统运行正常，无异常情况发生，这对机组的安全运行起到了至关重要的作用，同时也应减轻了检修工作人员的劳动强度。方便运行人员进行正确的操作和事故处理，通过一些功能设置，可以闭锁一些误操作，这对减少人为的误操作和机组的安全运行提供了可靠的保证。将ETS系统用保护卡的型式制做在DEH中，成为DEH的相对独立的一部分，也是ETS的一种发展方向。这种设计能大大地提高保护的可靠性、安全性和快速性，使得保护控制方式也上升了几个级别(按使用的逻辑器件分类)。

6.2 改造体会

6.2.1 ETS保护系统改造对检修工作人员提出了更高的要求，不仅要掌握保护系统知识，还要掌握计算机知识，以及一些相关知识，如网络知识等等。这就要求检修工作人员要不断的加强自身的学习，才能驾驭不断发展的新技术。通过改造提高了对保护知识的认识，开阔了视野。

6.2.2 转速测量部分：事关转速控制、调频控制和超速保护，因而是DEH信号中最重要的部分之一。现大部分电厂普遍采用的磁阻式转速探头，抗干扰能力差，在低转速时测量500rpm误差比较大，50rpm以下不能测量盘车转速。针对这些情况，采用菲利浦PR9376磁敏转速探头，由于该探头为有源器件，对#2端子柜的供电回路进行改造，由#2端子柜的24V电源直接供给转速探头电源。测速间隙在1-2.1mm 内变化时，输出参数不变，完全符合在负载20K额定输出大于10V的要求。后经开机试验证明，转速测量反映灵敏。针对这些情况，采用了菲利浦PR9376磁敏转速探头。根据现场转速试验数据如下：

输入电压：25.6V

允许值max：31.2V

转速变化：100-3400rpm时

输出电流：6.35mA-6.53mA(R=1KΩ)

输出电压：23V p/p值

6.2.3 ETS保护系统所有信号进入端子柜接线端子前，都必需进行可靠的接地处理以防止干扰信号进入ETS通道，造成保护误动。其中有一转速测量干扰的处理：未开机前发现CRT画面转速指示异常，为坏点，检查探头及接线均未发现错误，怀疑为干扰所至。通过加电容滤波仍未解决问题，最后将送给探头的24伏电压的负极接地，干扰信号消失，问题解决。信号的干扰是多种多样的，针对不同的情况应采取相应的措施，才能解决问题。

6.2.4 存在开关回路信号一次元件(压力开关、电接点压力表)可靠性较差的缺陷。这种元器件的触点容易发生氧化和拉弧导至触点接触不良，建议以后使用变送器替代开关量信号，只要在控制信号输入回路加一模拟量、开关量转换模板即可，这样可大大提高信号源的可靠性和精度等级。

6.2.5 汽机高中低胀差为单点信号保护，为防止干扰信号误动，需要设置一定的(10～20秒)延时。

6.2.6 控制逻辑从实质上说多数采用的是信号串联(相与)的方法，因此更多的是强调减小保护系统的误动作率，相对地减弱了对保护系统拒动作率的要求。