1000MW超超临界机组汽动给水泵单点保护项目分析与优化

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　　摘 要：介绍某电厂2×1000MW 超超临界机组汽动给水泵的保护系统控制方案及功能，通过对汽动给水泵保护系统的分析，依据国家标准和行业规范提出保护系统单点保护项目的逻辑优化方案，提高了稳态运行中汽动给水泵的安全可靠性。
　　关键词：汽动给水泵；保护优化
　　引言
　　陕西榆能集团横山煤电有限公司（榆能高兴庄电厂）为2×1000MW 超超临界机组，#2机组于2018年12月13日通过168h试运行进入商业运行，#1机组目前处于基建期，计划于2019 年6月份投入商业运行。电厂的锅炉、汽轮机、发电机均采用东方电气股份有限公司的设备。汽轮机为高效超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、间冷凝汽式N1000-28/600/620（D1000Q）汽轮机。每台机组配1×100%BMCR容量的汽动给水泵，两台机组共用一台启动电动给水泵，给水泵汽轮机为东方汽轮机股份有限公司生产的G40-1.0-3型汽轮机。本文主要从汽动给水泵的保护角度出发，介绍控制及保护系统的组成，提出单点保护项目的优化方案，提高运行中给水泵汽轮机的安全可靠性。
　　1汽动给水泵保护系统的组成
　　榆能横山煤电有限公司2×1000MW超超临界机组控制系统由DCS和DEH组成，分别采用和利时控制有限公司的HOLLiAS-MACS 6.5.3分散控制系统和ABB控制公司的Symphony Plus系统。给水泵电液调节系统（MEH）是 DEH控制系统的一部分，能够控制机组完成从启动、升速到并网带负荷及停机的全过程。
　　横山煤电有限公司单元机组设计为一台100%BMCR容量汽动给水泵，所以汽动给水泵保护动作会导致锅炉MFT主保护动作，相当于汽动给水泵保护间接的成了机组主保护。表1给出了汽动给水泵单点保护的12个项目，可以看出主要涉及：j推力瓦或轴承金属温度，k汽动给水泵前置泵和汽机的轴承振动，所以本文主要讨论轴瓦温度和轴承振动单点保护的优化方案。
　　表1 汽动给水泵单点保护条件
　　2推力瓦或轴承金属温度保护项目的优化
　　2.1推力瓦或轴承金属温度保护设置的现状
　　汽动给水泵所有推力瓦金属、轴承金属温度等单点保护的信号处理方式是，每個AI信号经过和利时的DQ功能块判断，每秒钟升速超过5℃就输出DQ坏质量信号，同时RLA引脚输出超速率信号，经过RS触发器后输出过速率报警，该报警信号经过人工确认后才能复位，见图1、见图2（以部分温度保护项目为例）。也就是说，保护信号只经过了超速率限制，如果温度变化超过5℃/s，单点就能立即触发汽动给水泵跳闸。
　　2.2标准或规范的要求
　　2.2.1中国电力企业联合会主编的《电力热控系统故障分析与可靠性控制》[1]中要求，为避免单个部件和设备故障造成机组跳闸，在新建机组逻辑设计或运行机组检修时，应采用容错逻辑设计方法，对运行中容易出现故障的设备、部件、元件，从控制逻辑上进行优化和完善，通过预先设置的逻辑措施来避免控制逻辑的失效：j通过增加测点的方法，将单点保护的逻辑改为信号三取二选择逻辑；k无法实现j的，通过对单点信号间的因果关系研究，加入实证信号改为二选二逻辑；l无法实施j和k的但测点信号，通过专题讨论，在信号报警后能够通过运行人员操作、保证设备安全的前提下可改为报警；m实施上述措施的同时，对进入保护联锁系统的模拟量信号，合理设置变化速率保护、延时时间和缩小量程（提高坏值信号剔除作用灵敏性）等故障诊断功能，设置保护联锁坏值切除和报警逻辑，减少或消除因接线松动、干扰信号或设备故障引起的信号突变而导致控制对象异常动作。
　　2.2优化方案：热电阻或热电偶温度测量元件易受到安装环境的影响而发生断线、短路、接线松动或接触不良等故障，大多数DCS的测点质量判断模块能有效识别温度快速变化故障，但对于接线松动和接触不良或信号干扰等表现为温度大幅变化的故障，不具有质量判断和切除功能。为了提高坏值信号剔除作用的灵敏性有必要通过缩小量程的方法屏蔽保护信号的输出。
　　具体做法是，在图1的DQ功能块内，定义限幅报警“OM”功能为：“TRUE”，并在设置量程上限“MU”和下限“MD”，上下限的设置一般为保护跳闸值的一倍和0℃[2]，当温度超出OM设定范围时，DQ引脚输出“1”，模拟量输出AV引脚输出保持上周期的值，当温度回到OM设定范围内时，DQ引脚正常输出。正常情况下，温度的变化是一个缓慢的过程，为了防止保护误动，同时考虑给每一路温度保护输出增加3s的时间延时增加信号的可靠性，之后再输出，见图3。
　　3振动大保护的优化
　　3.1振动大保护的现状
　　汽泵前置泵的推力侧轴承、齿轮箱侧轴承以及汽动给水泵的四个轴承的16个振动测点均为出厂默认的 “单点保护”，即在轴瓦的X/Y方向（左右45°）各安装一个电涡流传感器，当X/Y方向任一探头检测到轴振动值达到跳机值而且DQ品质判断正常后动作跳机见图4，图5（以部分振动项目为例）。品质判断引脚内只有速率限制，未进行限幅“OM”设置。
　　3.2标准要求
　　3.2.1 《GBT 11348.2-2012旋转机械转轴径向振动的测量和评定》[3]要求，为了避免不必要的停机实际上通常采用多个传感器控制逻辑，并在触发机器自动停机的任何自控动作之前，规定一个时间延迟，因此，如果收到振动停机信号，而且至少被两个独立的传感器确认超过了规定的有限的延迟时间才可以触发停机。典型的延迟时间是1s-3s。为了慎重可以在报警值和停机值之间插入第二次报警，以警示操作人员正在接近停机值，他们可以采取任何校正措施，避免满负荷停机。
　　3.2.2电力行业热工自动化委员会组织编写的《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》[4]中推荐采用的方案是：设计振动保护逻辑时，相邻任一轴承报警值和本轴承保护值进行“与”逻辑判断或本轴承的X（Y）报警值与本轴承的Y（X）跳闸值进行“与”逻辑判断。这个要求属于当前电厂机组在硬件和软件设计上均无法实现轴振动大通过两个以上独立回路判断得到跳机指令情况下的折中方案。 　　3.3优化方案
　　本台汽动给水泵轴承较短，考虑采用本轴承品质判断内的速率“RL”、“RLT”和限幅“MU”、“MT”限制后的X（Y）报警值与本轴承品质判断内的速率“RL”、“RLT”和限幅“MU”、“MT”限制后的Y（X）跳闸值进行“与”逻辑判断输出跳闸值，见图6，优化后的轴承振动保护方案（以部分振动项目为例）。
　　限幅限制面板设置方法：若输入当前值AV大于量程上限MU或输入当前值AV小于量程下限MD，则超物理量程标志OM输出1，DQ为TRUE，输出为抑制，AV值回到物理量程范围内时DQ自动失效。
　　速率限制面板设置方法：一般RL设置为5，RLT设为1，ACUT不用勾选，表示每秒钟变化5时表示需要进行超速率判断；若本周期采集值AV相比上周期的基准值变化大于速率报警限5，则产生速率报警：RLA=1、RPV为AV变化的差值。当有速率报警产生时，RLA=1，超速报警恢复有两种方式：如果RLS=TRUE，超速报警RLA保持，需要检修人员通过操作面板（RLR项）手动复位；如果RLS=FALSE，超速报警RLA自动恢复，接下来的每个周期，判断是否产生了超速率报警，本方案RLS勾选为TRUE。只要超速报警产生（RLA=TRUE），输出值保持超速前的最后一个好值，并且DQ置为TRUE。输出品质判断为抑制状态。
　　考虑到实际运行中同一轴承X、Y向振动同时大的可能性较小，因此，和报警值相与的跳闸值应根据实际情况摸索一个较小的值，作为最终的保护动作值，以减少保护拒动的可能性。
　　4结束语
　　轴承或轴瓦金属温度目前只能在保护逻辑上做优化。建议电涡流传感器的生产厂家积极开展新产品的研发工作，能够根据新国标准生产出一种新传感器，传感器的体积可与原来的相同，在该传感器上设置两个电涡流传感器或增加另外的非接触式测量手段，实现在同一位置有两种独立的测量手段的目的，从根本上解决单点测量的问题。安全生产是电厂工作的重中之重，单台汽动给水泵的保护系统也相当于主保护，对汽动给水泵的保护项目进行优化是生产中持续探索的工作。
　　参考文献
　　[1] 尹峰.电力热控系统故障分析与可靠性控制[M].北京：中国电力出版社，2019：372.
　　[2] 沈曉群，杨震力.单点温度保护系统的容错逻辑设计[J].热力发电，2009，38（09）：83-85.
　　[3] 中国国家标准化管理委员会.GB/T 11348.2-2012 旋转机械转轴径向振动的测量和评定（第2部分）[S].北京：中国标准出版社，2012：11.
　　[4] 电力行业热工自动化技术委员会.火电厂热控系统可靠性配置与事故预控[M].北京：中国电力出版社，2010：42.
　　作者简介：方锋（1972-），男（汉族），陕西渭南市，陕西榆林能源集团横山煤电有限公司，本科，工程师，主要从事安全管理和电厂自动化技术研究。
　　程涛（1983-），男（汉族），陕西商洛市，陕西榆林能源集团横山煤电有限公司，本科，助理工程师，主要从事电厂自动化技术研究。
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