摘 要：125MW機組DCS分散控制系統汽機主保護改造中，採用PLC可編程控制器實現本體保護，將汽機保護系統納入DCS系統集中管理。通過改造提高了汽機保護系統的控制水平。
關鍵詞：PLC；DEH；DCS；汽機保護
0 概 述
江西貴溪電廠4×125MW機組，繫上海汽輪機廠產N－125－135／535／535型超高壓中間再熱凝汽式汽輪機，＃3機組於1986年投產發電，2002年進行DCS分散控制系統重大技術改造。改造採用北京和利時MACS—Ⅱ分散控制系統，DEH（數字電液控制系統）與DCS為一體化設計。由於原汽機主保護系統（ETS）採用兩台冗餘可編程式控制制器（PLC）為基礎的微機保護，因此在汽機保護系統的改造上，需對ETS與DCS、DEH進行一體化合理設計，確保汽機保護系統的安全可靠運行。本文就＃3機組汽機保護系統改造方案作簡要介紹。
1 數字電液控制系統（DEH）改造
數字電液控制系統（DEH）由計算機控制裝置和液壓伺服執行機構兩大部分組成。改造採用低壓透平油純電調DEH方案，該方案是在二次脈動油路上增加一個由電液轉換器（即伺服閥）、可調節流閥、壓力感測器等部套構成的電液放大器，用以代替泵液壓放大器生成二次脈動油壓，並通過二次脈動油壓去控制四個調節閥油動機，以實現DEH對汽輪機的控制。該方案可以利用原油動機和液壓油源，系統簡潔，成本低。
2 液壓保安系統改造
為了提高機組在啟動時的可控性，把掛閘、打閘、開主汽門的操作集中到主控室進行，將現場手動操作的啟動閥取消，增加掛閘電磁閥、遮斷電磁閥和開主汽門電磁閥，保留原停機電磁閥和超速限制電磁閥。保留原機組的機頭手動停機按鈕、機械超速裝置及噴油試驗裝置。液壓保安系統見圖1。
液壓保安系統由超速、危急遮斷、掛閘、試驗等部分組成。工作原理：當操作員單擊DEH主控畫面上「掛閘」按鈕，複位電磁閥4YV、開主汽門電磁閥2YV帶電；掛閘電磁閥1YV帶電，危急遮斷器的撐鉤在複位油的作用下掛上，安全油壓建立；掛閘電磁閥1YV和複位電磁閥4YV失電，危急遮斷油門上腔失壓，恢復至備用狀態。掛閘完成後，由操作員點畫面中的「運行」按鈕，開主汽門電磁閥失電，啟動油建立，主汽門開啟。當打閘迴路發出動作指令時，遮斷電磁閥3YV和原磁力斷路油門5YV均帶電泄去安全油，且開主汽門電磁閥2YV和電磁閥6YV均帶電動作又泄掉啟動油及二次脈動油，使所有主汽閥和調節閥快速關閉，調門開度關至零。
遮油電磁閥為一雙向帶機械位置鎖緊的二位四通電磁閥。機組啟動前（高壓電動油泵開啟前）左側電磁閥帶電，閥芯處於左側位置，安全油壓接通排油。需要建立安全油壓時，右側電磁閥帶電，閥芯處於右側位置，壓力油通過節流孔建立起安全油壓。該電磁閥是帶位置鎖緊式，正常運行時，電磁閥不需要長期通電。停機電磁閥通電時安全油壓接通排油，泄去安全油壓，使主汽門關閉。超速限制電磁閥在通電時二次油壓接通排油，泄去二次脈動油，使調速汽門關閉。
DEH遮斷電磁閥與原系統ETS的停機電磁閥並接在安全油路上，發生緊急停機信號時，兩電磁閥同時帶電，組成冗餘配置，使可靠性得以提高。
3 汽機保護迴路改造
3．1 DEH打閘保護：
DEH打閘保護有以下動作條件：
A：手操盤打閘；B：ETS動作；C：超速110％；D：脫網狀態下，測速通道全故障；E：脫網狀態下，油動機到緊急手動；F：整定時，轉速大於100rpm。
當以上任意一套保護動作后，主汽門關閉遮油電磁閥和超速限制電磁閥動作，迅速關閉主汽門和調速汽門，使機組緊急停機，並向ETS系統發出DEH打閘保護動作指令。當汽機已跳閘信號發出時，將DEH打閘保護動作指令複位，使關閉主汽門遮油電磁閥失電複位。該電磁閥是帶位置鎖緊式，能保持失前狀態，確保安全油壓的釋放。
3．2 電超速保護（OPC）
DEH系統設計時，具有轉速控制功能，並增加了三隻測速探頭，測量轉速信號，所以將電超速保護設計在DEH系統更為合理。
動作原理：當機組甩負荷時，為避免超速，DEH中設有接受油開關跳閘信號和103％n0轉速信號的OPC迴路。當上述信號發生時，發出OPC信號，通過硬接線使關調速汽門電磁鐵帶電，迅速關閉調節閥，並同時使伺服板的輸入置0，維持汽機轉速在3000r／min，防止汽機超速。當OPC信號恢復后，電磁閥失電，二次脈動油又恢復受電液伺服閥控制。
3．3 汽機本體保護（ETS）改造
原微機保護系統採用PLC可編程式控制制器，控制功能較先進，所以汽機本體保護仍採用原保護系統，取消原本體保護電超速保護迴路，電超速保護功能由DEH系統實現。增加一套DEH打閘保護，機組本體保護共有八套。
A、超速保護；（14％）；B、軸向位移及推力軸承回油溫度保護；C、高壓缸相對膨脹保護；D、低真空保護；E、支持軸承回油溫度保護；F、潤滑油壓低保護；G、發電機差動保護；H、DEH打閘保護。
動作原理：當以上任意一套保護動作后，主汽門關閉電磁閥和電超速電磁閥動作，迅速關閉主汽門和調速汽門，使機組緊急停機。並向DEH發出本體保護（ETS）動作指令。
當甲乙兩側主汽門、甲乙兩側中聯門關閉（採用四取二）和DEH系統汽機已跳閘信號發出時，延時3秒后，PLC內接受主汽門關閉指令，本體保護動作指令複位，使關閉主汽門和關閉調速汽門電磁閥失電，並向DCS系統發出聯動指令和報警信號。
3．4 ETS與DEH打閘邏輯功能
ETS與DEH打閘邏輯圖見2。為實現ETS與DEH之間相互聯繫，在ETS打閘信號迴路接入DEH打閘動作指令，在DEH打閘信號迴路接入ETS打閘動作指令，只要其中之一迴路動作時，均能實現二路電磁閥同時帶電，實現緊急停機。
原ETS動作迴路設計是，當本體保護動作后，電磁閥帶電，釋放安全油壓，啟動閥內排油空接通安全油壓，主汽門關閉后，本體保護動作指令複位，電磁閥失電，能滿足原系統要求。
保安系統改造后，當ETS系統動作由動作到復歸，停機電磁閥失電，將排油口關閉，此時，如果DEH遮斷電磁閥還未來得及動作，會重新建立安全油壓，系統仍認為是在開機狀態，這樣當主汽門關閉後會出現自動開啟，嚴重威脅機組安全。所以保護必須考慮對ETS系統改進，增加本體保護ETS動作指令復歸條件，採用主汽門關閉和汽機已跳閘條件相與，並延時3秒，汽機已跳閘信號取DEH系統安全油壓未建立判斷條件。原本體保護內設有保護信號自保持功能，當本體保護動作時，如果主汽門關閉和汽機已跳閘條件其中之一未滿足時，本體保護動作指令信號一直向DEH系統發出，確保安全油壓的釋放。
由於主汽關閉的時間經測試為2S，所以本體保護動作指令從發出到復歸，正常情況下有5S的時間，足以使DEH遮油電磁閥動作。由於主汽門關閉后聯跳發電機，取的是延時3秒后的信號，在原本體保護（ETS）內實現，所以主汽門關閉后延時時間不能太長，必須保證主汽門關閉后發電機及時跳閘。
ETS與DEH之一迴路動作時，都會使關調速汽門電磁鐵帶電動作，能快速關閉調速汽門。為實現本體保護ETS與DEH保護打閘聯動邏輯的功能，在PLC內部進行組態修改，同時也考慮了硬接線連接方式，使得保護系統更加可靠。
由於原本體保護未設計上位機數據管理，運行人員通過操作台進行監視操作，本次改造取消原微機保護操作台，在DCS系統操作員站設有本體保護畫面進行顯示。保護投入、切除通過微機保護控制櫃內投入、切除開關實現。
在MACS—Ⅱ系統在線運行畫面上，單擊「本體保護」按鈕，即進入ETS的「主控畫面」；ETS的操作畫面包括主控畫面、試燈按鈕、汽機輔聯鎖。操作員通過單擊菜單，可方便地進行畫面切換。
主汽門關閉聯動：主汽門關閉后，聯跳發電機，在原本體保護（ETS）內實現。聯跳給粉機在SCS系統實現。並向DCS系統發出主汽門關閉信號。
＃1—＃5水控抽汽逆止門控制，＃1—＃2水控抽汽逆止門控制，后缸噴水控制、發電機斷水保護由SCS系統實現，其操作畫面在本體保護畫面內。
本體保護動作信號進入DCS系統SOE事故記憶畫面。
5 干擾信號隔離
主保護迴路的發電機差動信號和發電機油開關跳閘信號因距離太長（約180米），PLC查詢電壓為24V，容易誤發信號。改進方法是通過在中間增加220V的隔離繼電器，提高抗干擾能力。
6 結束語
改造后的汽機保護系統具有管理集中、分散度強、冗餘配置的特點，汽機保護以CRT為中心進行運行監控，具有友好的人機界面，運行人員可以在DCS系統在線運行畫面上進行監視操作，減輕了運行人員的勞動強度，提高了控制水平。
汽機保護系統的動作信號DI、DO點接入DCS系統SOE事故記憶，在機組故障時為運行人員準確快速處理事故和事故的分析提供了重要的依據，提高了機組的安全運行小時及等效可用係數。
保護系統在設計時充分考慮ETS、DEH、DCS之間的聯繫，系統可靠性大大提高，避免了保護系統出現誤動和拒動的可能，確保了機組的安全運行。
