350 MW 超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組TSI 升級(jí)改造

王 偉

（山西國金電力有限公司， 山西 呂梁 032100）

1 TSI 系統(tǒng)概況

某電廠2 號(hào)機(jī)組為350 MW 超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，分散控制系統(tǒng)（DCS）采用Emerson 公司的Ovation 系統(tǒng)，汽輪機(jī)組為CCJK350/260-24.2/1.0/0.4/566/566 型汽輪機(jī)為超臨界、一次中間再熱、三缸兩排汽、表面式間接空冷凝汽式機(jī)組[1]。

TSI 系統(tǒng)采用韋伯瑞華生產(chǎn)的VM600 振動(dòng)監(jiān)視1 號(hào)～8 號(hào)（包括發(fā)電機(jī)）軸承端面的左右側(cè)距水平面45°處各裝有1 個(gè)傳感器，以測(cè)量轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸承的振動(dòng)，加入鑒相脈沖后可通過示波器觀察到軸心軌跡。

2 項(xiàng)目提出的背景及改造的必要性

汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)儀表（TurbineSupervisoryInstruments，簡(jiǎn)稱TSI）被廣泛用來測(cè)量汽機(jī)本體的振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、位移等非電量信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后供遠(yuǎn)傳顯示，向保護(hù)系統(tǒng)提供跳閘信號(hào)。因此，TSI 對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。一套可靠的TSI 監(jiān)控系統(tǒng)，既要做到一旦需要立即動(dòng)作，又要防止因系統(tǒng)本身異常引起的誤動(dòng)。

某電廠2 號(hào)機(jī)組運(yùn)行2 年多，2 號(hào)機(jī)組TSI 系統(tǒng)使用的是2014 年12 月韋伯瑞華生產(chǎn)的VM600，出廠邏輯設(shè)計(jì)理念為設(shè)備優(yōu)先，邏輯保護(hù)設(shè)定為軸振單點(diǎn)跳機(jī)保護(hù)，即任意一點(diǎn)軸振滿足跳機(jī)值即發(fā)出跳機(jī)開關(guān)信號(hào)指令，輸出1 路繼電器到DCS 系統(tǒng)觸發(fā)停機(jī)保護(hù)邏輯。由DEH 控制機(jī)組停機(jī)，投產(chǎn)前與主機(jī)廠協(xié)商變更為軸振單點(diǎn)跳機(jī)“與”同任意其他方向的軸振測(cè)點(diǎn)報(bào)警后輸出跳機(jī)開關(guān)指令進(jìn)行機(jī)組安全保護(hù)。例：1 號(hào)軸瓦X 向軸振達(dá)到高高值250 μm 輸出停機(jī)指令給DCS，由DCS 停機(jī)。

某電廠TSI 設(shè)備保護(hù)監(jiān)測(cè)卡件通道布置為每塊卡件分布2 塊瓦的4 個(gè)軸振測(cè)點(diǎn)，如表1 所示。

表1 軸振測(cè)點(diǎn)卡件通道

3 技改原因

從TSI 邏輯的發(fā)展和完善，由于電子設(shè)備故障無法判斷什么時(shí)候出現(xiàn)，假設(shè)Slot3 槽的模塊故障或異常時(shí)，該塊卡件的1 號(hào)軸瓦和2 號(hào)軸瓦上的4 個(gè)軸振測(cè)點(diǎn)均無法監(jiān)測(cè)，這時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致1 瓦和2 瓦的振動(dòng)狀態(tài)和振動(dòng)大小無法監(jiān)測(cè)，無法監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行時(shí)1 號(hào)軸瓦和2 號(hào)軸瓦是否安全運(yùn)行，給汽輪機(jī)組正常運(yùn)行帶來很大隱患，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生機(jī)組保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)，從而可能導(dǎo)致產(chǎn)生汽輪機(jī)組設(shè)備損壞的重大風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（“防止分散控制系統(tǒng)控制、保護(hù)失靈事故”中9.1.4 要求重要參數(shù)測(cè)點(diǎn)、參與機(jī)組或設(shè)備保護(hù)的測(cè)點(diǎn)應(yīng)冗余配置，冗余I/O 測(cè)點(diǎn)應(yīng)分配在不同模件上）[2]，順應(yīng)TSI的技術(shù)發(fā)展，應(yīng)將每塊軸瓦上的測(cè)點(diǎn)排布在不同卡件上，避免某塊卡件故障該卡件4 個(gè)通道全部無法監(jiān)測(cè)保護(hù)，即使某一模塊故障也可以監(jiān)測(cè)任何一個(gè)軸瓦，從而為維護(hù)更換模塊贏得寶貴時(shí)間，減少安全隱患。

設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)有效性要求逐步提高，近年來各地技術(shù)監(jiān)督局開始對(duì)在線TSI 設(shè)備的穩(wěn)定性、安全性提出更高要求。所以很多企業(yè)為了避免因儀器故障而間斷數(shù)據(jù)傳輸，采用了通道分散式的系統(tǒng)排布。

4 技術(shù)改造方案與實(shí)施

4.1 硬件安裝

本次技術(shù)改造內(nèi)容為增加4 套TSI MPC4 卡件，通過盤柜內(nèi)部變更TSI 通道排布，原系統(tǒng)中的卡件位置不變，最終位置如表2 所示（灰色部分為新添加卡件）。

表2 改造后軸振測(cè)點(diǎn)卡件通道

增加1 塊智能繼電器卡件IRC4 先進(jìn)的16 位微控制器驅(qū)動(dòng)繼電器卡?？商幚韽腣M600 框架來的復(fù)雜方程邏輯（最高達(dá)86 離散輸入），其非常適合處理的2 或3 的投票邏輯。接線變更，最終位置見圖1。

圖1 卡件接線位置

4.2 組態(tài)變更

4.2.1 完成框架組態(tài)

首先，設(shè)定IRC4 的槽位地址：然后打開MPS1軟件，目前只能使用RLC16（可以是多塊）作為IRC4 的替身完成組態(tài)。

例如本工程中IRC4 安裝在SLOT15，為了要完成振動(dòng)邏輯組態(tài)，在SLOT1/2/15 都使用了RLC16。邏輯組態(tài)的原則就是要讓IRC4 要用到的信號(hào)名稱獨(dú)占一條OC BUS 或者RAW BUS，這樣在總線組態(tài)時(shí)就必須要手動(dòng)分配總線。

組態(tài)完成后，在MPS1 組態(tài)目錄下，找到對(duì)應(yīng)的組態(tài)文件。如1000 MW.db 文件夾下的VM600.rck文件，使用DisplayRaw.exe 軟件生成總線清單[3]。

4.2.2 編寫邏輯組態(tài)

IRC4 的邏輯組態(tài)要用EXCEL 軟件按照既定的規(guī)則完成，VM 提供了文件樣本，只需要往里面填寫內(nèi)容就可以了。這里需要主要的是：繼電器邏輯組態(tài)也是有限制的，執(zhí)行編譯以后的單條邏輯長度不能超過512 字節(jié)。EXCEL 文件如圖2 所示。

圖2 EXCEL 文件邏輯

EXCEL 文件邏輯說明：保護(hù)邏輯為某個(gè)軸振的高高報(bào)警250 μm“與And”其他測(cè)點(diǎn)的150 μm 高報(bào)警，同時(shí)滿足2 個(gè)條件觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)繼電器模塊冗余輸出2 路停機(jī)指令。

具體邏輯如下：

{1X 高高+（1Y 高報(bào)or2X 高報(bào)or2Y 高報(bào)or3X高報(bào)or3Y 高報(bào)or4X 高報(bào)or4Y 高報(bào)or5X 高報(bào)or5Y 高報(bào)or6X 高報(bào)or6Y 高報(bào)or7X 高報(bào)or7Y 高報(bào)or8X 高報(bào)or8Y 高報(bào)）}，條件滿足輸出停機(jī)指令。

{1Y 高高+（1X 高報(bào)or2X 高報(bào)or2Y 高報(bào)or3X高報(bào)or3Y 高報(bào)or4X 高報(bào)or4Y 高報(bào)or5X 高報(bào)or5Y 高報(bào)or6X 高報(bào)or6Y 高報(bào)or7X 高報(bào)or7Y 高報(bào)or8X 高報(bào)or8Y 高報(bào)）}，條件滿足輸出停機(jī)指令。

IRC4 Configurator 完成組態(tài)

點(diǎn)擊“Settings”，設(shè)置缺省文件夾和組態(tài)串口號(hào)，設(shè)置完成，點(diǎn)擊“Save”。

導(dǎo)入文件：點(diǎn)擊“Import Files”，彈出對(duì)話框，再點(diǎn)擊“Choose VM600 Excel File”，選擇前面準(zhǔn)備好的邏輯組態(tài)文件，如SLOT15.xls。軟件會(huì)分析組態(tài)，如果有問題會(huì)報(bào)錯(cuò)。

然后點(diǎn)擊“Choose MPS Rack File”，如VM600.rck導(dǎo)入完成后，點(diǎn)擊“OK”。分析文件點(diǎn)擊“File Analyse”，成功后如果邏輯有錯(cuò)，會(huì)有紅字提示。需要重新修正Excel 文件，再重頭來過。

生成邏輯代碼：點(diǎn)擊“LI Code Generator”，成功后代碼顯示在“LI Code”框內(nèi)，同時(shí)“Logic Simulation”按鈕點(diǎn)亮，就可以驗(yàn)證邏輯組態(tài)的正確性了。如果有錯(cuò)，如Code Size 超過512 字節(jié)等，會(huì)有紅字提示。需要重新修正Excel 文件，再重頭來過。

3.4 下裝組態(tài)：選中要下裝的槽位號(hào)如SLOT15，點(diǎn)擊“Start Download”，完成后點(diǎn)擊“Quit”。

5 整體測(cè)試

使用模擬信號(hào)發(fā)生器挨個(gè)通道測(cè)試組態(tài)的正確性，保證組態(tài)無誤，下裝后模擬量信號(hào)正常，保護(hù)信號(hào)能夠正確動(dòng)作。直流分量可采用在回路中串聯(lián)一個(gè)9 V 干電池的方法來滿足要求, 交流分量使用信號(hào)發(fā)生器的頻率輸出信號(hào), 通過改變頻率信號(hào)的交流電壓幅值來仿真汽機(jī)軸系的振動(dòng)幅度，這樣就可定量模擬出某個(gè)振動(dòng)的報(bào)警值保護(hù)值[4]。

6 應(yīng)用效果分析

1）“任一軸振的高高值250 um+”與“上任意一個(gè)軸振的高報(bào)150 um”同時(shí)滿足發(fā)出停機(jī)保護(hù)指令，較原保護(hù)方案提高了防范誤動(dòng)的可能性，減少了機(jī)組誤動(dòng)，保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行。

2）每個(gè)卡件僅使用2 個(gè)通道，備用2 個(gè)通道，每個(gè)卡件只接入1 個(gè)軸承瓦的X 向和Y 向軸振測(cè)點(diǎn)。

7 結(jié)語

提高TSI 設(shè)備穩(wěn)定性，軸振監(jiān)測(cè)保護(hù)動(dòng)作可靠，運(yùn)行監(jiān)視安全有效。而本次技術(shù)改造可有效減少某卡件故障而中斷機(jī)組振動(dòng)保護(hù)的可能性，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。能很大程度上減少因?yàn)橄到y(tǒng)維護(hù)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸間斷。降低備件購買和運(yùn)行維護(hù)成本，保證機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行，對(duì)機(jī)組發(fā)電效益的影響無法估算。若由于保護(hù)信號(hào)誤動(dòng)非停一次，不考慮機(jī)組非停對(duì)設(shè)備的損失，只從機(jī)組非停影響電量、兩個(gè)細(xì)則考核、啟停機(jī)消耗方面至少影響效益上百萬元。改造后原卡件也給其他測(cè)點(diǎn)提供了備用通道，節(jié)省下的通道也相當(dāng)于減少企業(yè)的支出。