印尼爪哇电厂汽轮机超速保护系统优化与改造_贾涵.pdf

第2期印尼爪哇电厂汽轮机超速保护系统优化与改造贾涵，王学成，安亮，康二红，徐雪冬，李永强（国能印尼爪哇运维有限公司，印度尼西亚 万丹42161）摘要：本文介绍了印尼爪哇电厂E16型汽轮机超速保护系统的结构组成和保护动作功能，结合上海汽轮机厂同类型机组的E16型汽轮机超速保护系统存在的隐患，总结了该类型机组的汽轮机超速保护系统在E16型布朗卡件参数设置、转速传感器安装环境、超速保护无法在线隔离等方面的问题，提出了改进和优化方案，提高了汽轮机超速保护系统的可靠性。关键词：超速保护系统；超超临界；E16型；可靠性中图分类号：TK264.2文献标识码：B文章编号：2096-7691（2023）02-050-05作者简介：贾涵（1992），男，注册安全工程师，现任职于国能印尼爪哇运维有限公司，主要从事热控检修及技术管理工作。Tel：[phone]，E-mail：引用格式：贾涵，王学成，安亮等.印尼爪哇电厂汽轮机超速保护系统优化与改造 J.能源科技，2023，21（2）：50-54.0引言印尼爪哇电厂其主设备采用上海汽轮机厂（简称“上汽”）引进西门子技术生产的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、反动凝汽式汽轮机，该机型采用全周进汽加补汽阀调节配汽方式，机组采用9级回热抽汽。上汽超超临界机组的汽轮机超速保护系统取消了传统的机械危急遮断器、危急遮断油门、隔膜阀等诸多部套1，仅由两组E16型电子型汽轮机超速保护装置组成。印尼爪哇电厂的每组E16型汽轮机超速保护装置包含1 个管理模块（E1691）和3个转速模块（E1667）。当汽轮机转速超过跳闸值3 300 r/min时，保护装置动作，汽轮机左右两侧的高、中压主汽门和调门的2 个跳闸电磁阀都将失电，设计为任一跳闸电磁阀失电阀门将会快速关闭，使汽轮机组安全停机。1E16型布朗卡件参数设置优化1.1误动过程2016 年 4 月 11 日 19：25：08，某电厂 8 号机组369 MW负荷，CCS方式运行，机组跳闸，首出原因为超速保护动作，机组MFT动作，ETS跳闸2。相关人员登录ETS工程师站查阅历史曲线，发现在19：25：05时，E16型汽轮机超速保护系统的管理模块（E1691）自动启动自我检查，19：25：08，巡检到第一套E16型超速保护装置第2块E1667转速模块时，由于此时第1块E1667转速模块的转速传感器故障报警信号已经送出，满足了ETS保护中的超速保护“三取二”条件，保护动作，机组跳闸。随即对1号转速探头进行排查，检查发现1号转速传感器的中间接线盒内有1根信号线松动，紧固接线后信号恢复正常。1.2存在的问题通过现场检查，发现中间接线盒安装位置不合理，振动较大；接线盒内电缆杂乱无章，标识牌缺失，接线工艺不规范。本次保护误动最主要的原因是E16型布朗卡件参数设置不合理，其转速模块E1667中的P02.04参数设置为1（监控，即传感器出现故障输出停机保护信号）。由于E1691测试模块将定期对该套内的E1667转速模块进行自我检查，自我检查时会强制被巡检的 E1667 转速模块触发保护信号输出2。所以在第一套 E16型超速保护装置自我检测到第2 个E1667转速模块时，会强制第2 个转速模块输出跳机保护信号，同时由于第1 个转速传感器出现故障，也会输出跳机保护信号，此时正好满足ETS的三取二保护动作条件，ETS保护动作，最终导致保护误动汽机跳闸。如果能够对E16型超速保护装置参数进行合理设置，本次保护误动事件就能够避免3。第21卷 第2期Vol.21 No.22023年4月Apr.2023第2期1.3改进措施及优化通过分析存在的问题，印尼爪哇电厂进行隐患排查，采取了改进及优化措施，并进行了分析和论证。1.3.1中间接线盒改造印尼爪哇电厂按照中国电力行业标准 火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则DL/T2612012，对原中间接线盒进行移位改造，移至附近振动小、空间宽敞利于检修的位置。接线盒内采用质量好的接线端子排，并对缺失的电缆标识牌进行增补。1.3.2参数设置优化（1）E16型汽轮机超速保护装置的管理模块1696中P02.01参数从原来的1优化为0，它的作用是：当现场的转速传感器产生故障，自动巡检功能将被取消；P02.02参数从原来的720优化为99994，尽可能延长管理模块 E1691 自动巡检周期，防止保护误动，见表1。表1E16型汽轮机超速保护装置参数设置卡件E1691E1691E1667E1667参数P02.01P02.02P02.04P03.02功能说明传感器故障时是否取消自动巡检（1：不取消，0：取消）设置自动巡检周期传感器监控（0：不监控/1：监控/2：监控，储存）；监控，不发跳机信号（1个故障，不跳闸有报警；2个故障，跳闸并报警）设置存储故障报警/失电跳机存储故障报警/得电或失电跳机（0：不存储，失电跳机/1：存储，失电跳机/2：不存储，得电跳机/3：存储，得电跳机）原厂设置1720 min11优化后设置09 999 min00（2）印尼爪哇电厂超速保护装置为双通道配置，即使其中1 个转速传感器产生故障，保护信号没有发出，不会带来拒动的风险隐患。通过专业组讨论，将E16型汽轮机超速保护装置的转速模块E1667中的P02.04参数从原来的1优化为0，它的作用是：当现场的转速传感器产生故障，将不会发出跳闸保护信号。同时，在 DEH 画面增加转速偏差大（30 r/min）报警，机组并网时转速3 100 r/min 报警，并需运行人员确认。（3）为确保汽轮机转速超过跳闸值（3 300 r/min）后降至恢复值（3 135 r/min）以下时，转速模块内部继电器自动复位，将转速模块E1667中的P03.02参数从原来的1优化为0，它的作用是：当转速传感器故障后，系统存储故障报警。2转速传感器安装优化2.1事件概述2014年11月10日14：11：00，电厂5号机组859MW负荷，协调投入，主汽压力 26 MPa，DCS 系统正常，DEH 系统正常，ETS 系统发出“control not ok”故障报警。相关人员检查发现超速保护装置中汽轮机转速1信号出现大幅度跳变5，控制逻辑中的转速偏差大于报警定值，发出“control not ok”故障报警。电厂的转速传感器安装在汽轮机2 号瓦处，安装环境在95 左右，汽轮机转速1传感器接线处出现烫伤情况，经过分析判断，此次转速1信号大幅度跳变是由于安装环境温度高，传感器接线处被烫伤引起的。2.2存在的问题通过调研国内同类机组汽轮机的运行情况，上海汽轮机厂百万机组2 号瓦处环境温度过高现象普遍存在，在机组运行期间，2 号瓦的环境温度一般大于80。由于温度过高导致转速信号异常的现象也时有发生6。通过对事件的分析，电厂存在以下问题：转速传感器选型不合理，未采用耐高温传感器；上海汽轮机厂百万机组2 号瓦处环境温度普遍偏高，安装在该位置的设备与电缆有烫伤的隐患。2.3改进措施及优化针对上述存在的问题，印尼爪哇电厂采取了改进及优化措施，并进行了实施和改造。2.3.1转速传感器升级换型印尼爪哇电厂原来的转速传感器为带航空插头的霍尔型传感器，对其进行换型改造，取消航空插头，减少中间故障环节，采用无航空插头的一体式霍尔传感器，并具有耐高温功能。同时在原测量盘上增加一套备用的转速传感器，每台机组的超速保护系统优化为7 个转速传感器，保证在其他任意一个转速传感器故障时，能够进行替换使用，如图1所示。转速1转速2转速3转速4转速5转速6备用图1优化后测量转速盘贾涵等：印尼爪哇电厂汽轮机超速保护系统优化与改造51第2期2.3.2汽轮机2号瓦处安装环境改善对印尼爪哇电厂1 号、2 号机组的汽轮机2 号瓦处的高温环境进行改善。采用在转速盘四周增加仪用空气管路进行冷却的方式，并对布置在该位置的电缆进行移位，如图2所示。同时在1 号、2 号机组的2 号瓦励端轴颈的漏汽处安装金属隔热罩设备，通过调整轴封供汽减少2 号瓦处高中压缸的轴封漏汽，达到了改善环境温度的作用。增加冷却空气管路电缆移位图2改造后2号瓦处安装环境3汽轮机超速保护旁路改造3.1爪哇电厂运行现状印尼爪哇电厂汽轮机控制系统采用ABB SYMPHONY PLUS型DEH，ETS采用SIL3等级。机组共有7 个转速信号（6用1备）进入汽轮机控制系统，首先在 ETS 系统中参与保护，然后转接到 DEH 系统的BTC机柜由汽轮机保护模件（TP800）完成转速测量，参与转速调节控制。E16型汽轮机超速保护装置将测量的转速信号在转速模块内部“三取二”进行判断后，输出开关量信号，开关量信号送至超速继电器DO1、DO2和ETS系统DI卡件，超速继电器的触点直接串入跳机电磁阀的供电回路，任意一套超速保护装置检测到汽轮机超速时，直接断开该供电回路，如图3所示。ETS系统通过逻辑“三取二”判断后输出保护信号触发汽轮机遮断功能，以上2 个回路即为超速保护硬回路和软回路保护7。接到跳闸电磁阀供电回路接到跳闸电磁阀供电回路控制室停机按钮1（PB1）控制室停机按钮2（PB2）图3控制室停机按钮原理同时，印尼爪哇电厂运行集控室内的操作盘按钮使用双按钮组合，为了防止误操作，只有同时被按下才起作用，每个按钮由4 副常闭触点（NC）和1 副常开触点（NO）组成。其中，2 个按钮的3 副常闭触点（NC）采用并联方式再和机头紧急停机按钮的3 副常闭触点（NC）采用串联的方式送入ETS系统控制器，在逻辑中作“三取二”跳闸信号。另外，操作盘2 个按钮的1 副常闭触点（NC）采用并联的方式接到跳闸电磁阀的供电回路，只有2 个按钮被同时按下时，汽轮机的跳闸电磁阀才会失电，汽轮机停机，控制室停机按钮原理如图4所示。转速1转速2转速3转速4转速5转速6超速保护卡A超速保护卡B超速保护卡C超速保护卡A超速保护卡B超速保护卡C脉冲信号动作信号脉冲信号动作信号脉冲信号动作信号脉冲信号脉冲信号脉冲信号去BTC-TP800卡内部继电器1去BTC-TP800卡内部继电器2去BTC-TP800卡内部继电器3内部继电器1内部继电器2内部继电器3E16A三取二DO1DO2ANDOR去停机电磁阀供电回路三取二DO1DO2ANDE16B图4汽轮机超速保护回路3.2存在的问题（1）如图5所示，当E16A和E16B各有一个DO触点断开时，存在ETS系统保护误动风险；当E16A的DO1 和 E16B 的 DO2 同时断开，ETS 保护跳闸；当52第2期E16A 的 DO2 和 E16B 的 DO1 同时断开，ETS 保护跳闸。（2）汽轮机正常工作时，超速保护装置E16A和E16B输出的DO1和DO2为闭合状态，汽轮机的硬回路保护为常带电状态，跳闸电磁阀带电，汽轮机各个阀门正常开启。如果在机组运行中出现任意转速传感器或E16型转速模块故障时，由于硬回路保护是常带电方式工作，机组运行时无法进行隔离，不能在线处理故障，因为该ETS系统不具有强制超速保护的硬回路功能8。ETS跳闸电磁阀24VDC电源1ETS跳闸电磁阀24VDC电源2K7A-Al+K8A-Al+K7B-Al+K8B-Al+L+AL+B打闸按钮1打闸按钮291019205678E16BDO1E16ADO1E16BDO2E16ADO25678X2X2XGAX2X2XGAF27-2F28-2L+27L+28图5ETS保护硬跳闸回路3.3改进措施及优化通过对印尼爪哇电厂汽轮机超速保护硬回路的研究分析，为了消除目前存在的隐患，作出了如下改进及优化措施。3.3.1超速保护硬回路优化针对ETS存在保护误动的风险隐患，印尼爪哇电厂对ETS保护硬跳闸回路进行了优化改造，即在第一套超速保护装置E16A的DO1和DO2后增加短接线，如图6所示，确保只有单个超速保护装置的2 个DO同时断开时，ETS保护才动作，避免了ETS保护误动风险。ETS跳闸电磁阀24VDC电源1ETS跳闸电磁阀24VDC电源2K7A-Al+K8A-Al+K7B-Al+K8B-Al+L+AL+B打闸按钮1打闸按钮291019205678E16BDO1E16ADO1E16BDO2E16ADO25678X2X2XGAX2X2XGAF27-2F28-2L+27L+28增加短接线图6优化后的ETS保护硬跳闸回路3.3.2超速保护旁路改造为了解决ETS系统超速保护无法在线隔离的风险隐患，通过对硬跳闸回路图纸分析，将汽轮机超速保护硬跳闸回路进行改造，优化硬跳闸回路旁路功能，通过增加端子短接排的方法实现超速保护的旁路功能。ETS机柜中分别在第一套超速保护装置E16A和第二套超速保护装置E16B的DO1和DO2增加旁路，以确保ETS系统超速保护可以在线隔离，如图7所示。ETS跳闸电磁阀24VDC电源1ETS跳闸电磁阀24VDC电源2K7A-Al+K8A-Al+K7B-Al+K8B-Al+L+AL+B打闸按钮1打闸按钮291019205678E16BDO1E16ADO1E16BDO2E16ADO25678X2X2XGAX2X2XGAF27-2F28-2L+27L+28增加短接线打闸按钮2短接端子短接端子图7超速旁路改造印尼爪哇电厂的超速旁路改造如图8所示，机组正常运行时，第一套超速保护装置 E16A 的 DO1 和DO2闭合，第二套超速保护装置E16B的DO1和DO2闭合，控制室的打闸按钮1和2闭合，ETS跳闸电磁阀带有两路24 V直流电压，汽轮机各个阀门正常开启。当机组的其中一套超速保护装置发生某一个转速传感器或某一转速模块故障，需要在线强制超速保护时，只需短接该套保护装置的 DO1 短接端子排和DO2短接端子排即可，采用这种方法能够隔离旁路保护跳闸信号，相关人员可以及时在线处理故障，保障机组的安全运行。增加短接端子排增加短接端子排图8印尼爪哇电厂超速旁路改造4结语本文依托印尼爪哇电厂现场实际情况，通过调研国内同类型机组汽轮机超速保护系统的运用情况，针贾涵等：印尼爪哇电厂汽轮机超速保护系统优化与改造53第2期对机组在运行过程中出现的问题，以常见的故障问题为出发点，分析其原因，制定了合理的研究方案，通过对汽轮机超速保护系统的优化与改造，完成如下问题的治理：E16型布朗卡件参数设置优化，解决ETS保护误动问题；转速传感器选型与安装环境优化，解决转速信号异常及电缆高温烫伤问题；汽轮机超速保护旁路改造，解决超速保护无法在线强制的问题。通过对以上3个方面的改进与优化，基本上消除了汽轮机超速保护系统存在的隐患，提高了机组运行的可靠性。参考文献：1陈辉，曾宪平，王胜虎.SPPA_T3000DEH系统电超速保护装置旁路改造与分析 J.浙江电力，2017，36（5）：48-52.2郭勇，张海卫，杨诗茹，等.提高机组超速保护装置可靠性分析研究 J.浙江电力，2019，38（8）：97-103.3包锦华，李刚.1000MW超超临界机组保护系统简介 J.热力透平，2009，38（4）：277-279.4卢化，黄勃，程真，等.一种有关DEH系统超速信号响应时间测试的方法 J.中国电力，2017，50（11）：39-41，89.5袁岑颉.超超临界汽轮机转速测量回路优化与改造用 J.浙江电力，2018，37（12）：112-117.6张连涛，余学海.超超临界机组轴封蒸汽温度与主机转子温度的匹配分析 J.能源工程，2012（1）：51-53.7杨炯.OVATION系统在超超临界机组控制中的应用 J.热力透平，2012，41（3）：233-235.8 俞友群，蒋宇轩.提高西门子T-3000 DEH系统的可靠性研究J.浙江电力，2013，32（6）：39-42.Optimization and Reconstruction of Turbine Overspeed Protection Systemin Java Power Plant,IndonesiaJIA Han,WANG Xuecheng,AN Liang,KANG Erhong,XU Xuedong,LI Yongqiang(PT.Shenhua Guohua Pembangkitan Jawa Bali,Banten Indonesia 42161)Abstract:This paper introduces the structural composition and protective action function of the E16 turbineoverspeed protection system in Java Power Plant in Indonesia,and,by reference to hidden troubles in theE16 turbine overspeed protection system used on the same type of units identified by Shanghai TurbinePlant,summarizes the problems of the turbine overspeed protection system used on this type of unit such asparameter setting of E16 type Brown card,installation environment of speed sensor and the inability to isolate the overspeed protection online.It also proposes improvement and optimization solutions to enhance thereliability of turbine overspeed protection system.Key Words:overspeed protection system;ultra supercritical;E16;reliability（收稿日期：2022-12-29责任编辑：马小军）54