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汽轮机紧急跳闸保护系统纳入DCS系统的可靠性分析

时间:2014-06-23 来源:网络转载 编辑:编辑部 点击:次 字体设置:

1.传统的ETS组成及其特点


ETS是汽轮机紧急跳闸庇护系统的简称.其功能是:当汽轮机监视的重要参数越限时,关闭汽轮机的主汽阀和调理汽阀,使汽轮机处于平安状态。传统的ETS系统由供电装配、开关量变送器、继电器、测速传感器及转换电路、跳闸电磁阀、实验电磁阀等组成。供电装配向整个系统提供靠得住的交、直流电源;开关量变送器用于丈量汽轮机的重要参数;跳闸电磁阀用于卸失落平安油和调理油的油压,从而关闭汽轮机的主汽阀和调理汽阀;继电器用来实现输进旌旗灯号的扩大、隔离、逻辑运算等功能,并驱动跳闸电磁阀和实验电磁阀,同时将引发跳闸动作的输进旌旗灯号送至SOE记实装配。图1是ETS系统实现汽轮机庇护功能示意图。




                      图1  ETS系统组成示意图


由图1可知,当汽轮机某项重要参数越限时,经逻辑运算,驱动四只跳闸电磁阀动作。其中,#1跳闸电磁阀和#3跳闸电磁阀只要有一个动作,则#1跳闸通道动作;#2跳闸电磁阀和#4跳闸电磁阀只要有一个动作,则#2跳闸通道动作;当#1、#2跳闸通道均动作时,汽轮机跳闸。

采用继电器实现的ETS系统具有动作靠得住、结构简单的优点,并具有完善的防庇护误动和拒动的措施。但系统长时间运行后,继电器回路会逐渐泛起电磁线圈老化、接点电阻增年夜等问题,影响庇护功能的靠得住性,而且系统自己没有历史趋向记实和事故跳闸顺序记实功能,未便于进行机组跳闸后的事故分析,而且随着DCS(涣散控制系统)在发电厂的普遍运用,自力的ETS系统已不能顺应信息集中、危险涣散的监控模式。

2.采用DCS系统实现ETS功能的优点及存在的隐患

近年来,各新建电厂在设计机组热工控制系统时,几近普遍采用了DCS系统一体化设计,即一套DCS系统包括了FSSS(汽锅平安监控系统)、CCS(协调控制系统)、SCS(顺序控制系统)、DAS(数据收集系统)、DEH(汽轮机数字电液调理系统)、MEH(小汽机电液调理系统)、ECS(电气量控制系统)和ETS系统。但若何经由过程DCS系统靠得住地实现汽轮机紧急跳闸庇护功能,相关的行业规程并没有作出具体划定,是以,设计人员只能凭据所采用的DCS系统特点和小我经验,将原继电器逻辑所实现的庇护功能,由DCS系统的软件逻辑实现,因而不成避免地对ETS系统抗庇护拒动和误动的能力带来一定的影响。ETS庇护功能两种实现方式的优错误谬误对好比表一所示。


ETS系统两种实现方式的比力
                           表一 ETS系统两种实现方式的比力


由表一的比力可知,采用DCS实现ETS功能,具有庇护旌旗灯号处置方式进步前辈、逻辑运算靠得住性高和通道动作实验利便、便于进行事故分析等优点,但存在计较机主机故障、卡件故障和通讯故障致使庇护拒动或误动的隐患。是以,若何消除上述隐患,保证汽轮机庇护功能的靠得住,是采用DCS实现ETS功能需要解决的关头问题。

3.避免DCS系统故障致使汽轮机紧急跳闸庇护功能拒动和误动的措施

针对DCS系统通讯中断、卡件故障、主机死机等异常情况下,可能致使汽轮机紧急跳闸庇护功能的拒动和误动问题,必需接纳多种措施进行克服,确保汽轮机的平安运行。

3.1庇护旌旗灯号的传递采用特殊的全硬接线方式,避免通讯总线故障带来的影响。
由于ETS系统输进旌旗灯号较多,DCS系统的开关量输进卡件难以一次将全数旌旗灯号进行收集,一般DCS系统每块开关量输进卡件可最多输进16个旌旗灯号,而ETS需处置的开关量多达40个,所以,需要多个输进卡件进行旌旗灯号收集,而收集后的旌旗灯号相互之间进行逻辑运算时,如采用卡件间网上通讯方式,则会受通讯总线靠得住性的影响。针对此问题,可以采用特殊的全硬接线方式,即采用多个输进旌旗灯号送至一块卡件进行运算后输出单个旌旗灯号,再经由过程硬接线送往另外一块卡件作为其中的一个输进旌旗灯号进行逻辑运算处置,最后驱动跳闸回路的方式,实现各卡件间开关量旌旗灯号的逻辑运算。图2所示为实现此方案的示意图。


DCS系统输进卡件间硬接线方式传递旌旗灯号示意图
                      图2  DCS系统输进卡件间硬接线方式传递旌旗灯号示意图


由上图可知,多个输进旌旗灯号在开关量输进/输出卡件中,由PLB(可编程逻辑运算模块)运算后输出运算成效,送至下一个开关量输进/输出卡件,与其他输进旌旗灯号再经由过程PLB模块进行运算,从而避免采用总线通讯的毗连方式。当系统通讯总线故障时,各输进旌旗灯号仍可以在开关量输进/输出卡件中进行运算并最终驱动跳闸继电器,是以,不会发生庇护拒动的现象。

3.2控制计较机(上位计较机)采用双冗余方式运行,且将运算用的法式下装到各开关量输进/输出卡件运行,避免控制计较机故障对庇护功能的影响。

如图3所示,在正常情况下,各开关量输进/输出卡件受上位计较机控制,而上位计较机采用双主机运行,一台主控,一台备用,主控计较机故障时,备用计较机自动切到控制方式,是以,提高了系统的靠得住性。而当两台控制计较机均发生故障时,由于各开关量输进/输出卡件上运行的PLB(可编程逻辑运算模块)可不依赖上位计较机自力运行,此时虽然不能对逻辑进行修改,但现有的庇护功能仍可正常实现,不会造成庇护拒动。采用此方案的关头是,逻辑运算法式必需能在输进/输出卡件上自力运行。


采用双控制计较机、能自力运行PLB的ETS系统示意图
               图3 采用双控制计较机、能自力运行PLB的ETS系统示意图


3.3采用双开关量输进/输出卡件并联接线、同时运行方式,避免一块卡件故障时致使的庇护拒动。

DCS系统的开关量输进/输出卡件故障时,会造成该卡件处置的庇护旌旗灯号不刷新,致使庇护功能的拒动。为此,采用如图4所示的方式,将各庇护旌旗灯号同时送进两个一样的卡件,在两卡件中运行不异的逻辑,两块卡件的输出驱动不异的跳闸电磁阀,以便提高庇护功能的靠得住性。


DCS系统中双卡件、双PLB运行示意图
图4   DCS系统中双卡件、双PLB运行示意图


由图4可知,当卡件A1故障时,其中的法式不能运行,输进旌旗灯号动作后,运算成效A1也不变,但卡件B1仍正常运行,则当输进旌旗灯号变化时,#1跳闸电磁阀仍可执行正常的庇护动作,系统不会致使庇护的拒动。

3.4采用两路相互自力的电源供电、跳闸电磁阀失电跳闸动作方式、两跳闸通道相互隔离和双卡并联运行的方式,当在线更换开关量输进/输出卡件时,可避免庇护功能的拒动和误动。ETS系统采用失电跳闸的庇护方式,可以保证系统两路电源均损失时,汽轮机立即跳闸,避免因工作电源损失后造成庇护功能的拒动。同时,由图4可知,当开关量输进/输出卡件A1故障时,因采用失电跳闸的庇护方式,拔出此卡件进行更换会造成其输出状态翻转,即#1跳闸电磁阀由带电变为失电,#1跳闸通道动作;但由图1可知,此时#2、#4跳闸电磁阀未失电,#2跳闸通道不动作,则汽轮机不会跳闸,庇护功能不会误动。

3.5为避免DCS机柜卡件母板及供电装配发生的故障致使庇护功能的误动,各跳闸通道的输进、输出卡件要合理放置、分层安插。

如图5所示:将控制#1跳闸电源阀的所有卡件安插在卡件柜的第一层,控制#2、#3、#4跳闸电磁阀的所有卡件安插在卡件柜的第2、3、四层,同时,各层供电装配相互自力,任一层供电装配或机架发生故障,均不会造成汽轮机跳闸庇护的拒动和误动。


采用分层安插的ETS系统卡件安装示意图                               
      图5   采用分层安插的ETS系统卡件安装示意图


3.6采用两套完全自力的电源向输出继电器和跳闸电磁阀供电,提高电源的靠得住性。DCS系统的输出继电器采用24VDC供电,跳闸电磁阀采用110VAC供电,为避免各路电源发生故障相互影响,造成庇护误动、汽轮机跳闸,采用如图6所示的供电方式,提高ETS系统的靠得住性。

ETS系统交直流自力供电联接示意图


图6ETS系统交直流自力供电联接示意图

4.结束语

ETS系统纳进DCS系统并接纳上述措施后,汽轮机庇护功能的靠得住性年夜年夜提高。石横发电厂#1机组ETS系统已于2005年按上述方案成功进行改造,DCS系统采用的是FOXBORO公司的FOXI/A’S涣散控制系统。系统改造完成后,进行了周全的防庇护拒动和误动实验,庇护功能的靠得住性年夜年夜提高。

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