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1 引言
大型單元機組的特點是機、爐、電在生產過程中組成一個有機的整體，加之有大量復雜的控制系統及裝置，其相互間的關系又都非常密切。當其中某些環節發生故障后將會影響整個機組的安全運行，嚴重的故障可能導致停爐停機，甚至危及設備和人身安全。
汽輪機是高速旋轉的機械，機組在危急情況下，完全依靠人工操作是不安全的。因此，在裝設機械的危機保安器（超速及手動）之外，還裝設自動停機的緊急停機系統(ETS)。ETS的任務是對機組的一些重要參數進行監視，并在其中之一超過規定危險值時，發出遮斷信號給汽輪機調節系統去關閉汽輪機的全部進汽閥門，實現緊急停機，以確保機組的安全。
2 ETS跳閘保護項目的設置及控制要求
2.1 ETS跳閘保護項目的設置
(1) 根據《火電廠設計技術規程》（DL5000-2000），汽輪發電機組在運行中發生下列情況之一時，應實現緊急停機保護：① 汽輪機監測系統(TSI)超速；② 汽輪機數字電液控制系統(DEH)超速；③ 凝結器真空過低（三取二）；④ 潤滑油壓力過低（三取二）；⑤ 軸承振動大；⑥ 軸向位移大；⑦ 手動停機；⑧ DEH失電。
(2) 屬于機、爐、電橫行連鎖停機項目：① 鍋爐主燃料跳閘(MFT)動作；② 發電機保護動作。
(3) 汽輪機、發電機制造廠家提供的跳閘保護項目：① 汽輪機相對膨脹大；② 軸承回油溫度高。
2.2 控制要求
(1) 出現上述動作信號時，ETS系統應能可靠動作，系統不應出現誤動和拒動的情況；
(2) 出現上述動作信號時，PLC應有首出記憶功能；
(3) 對三取二的信號，如凝結器真空和潤滑油壓力，PLC應具有在線監視功能；
(4) ETS應具有與DCS、TSI、音響報警系統等的通信接口；
(5) ETS允許在線試驗。
3 控制系統構成
整個系統由ETS控制柜、ETS操作盤、信號投切盤和AST跳閘電磁閥組成。
(1) ETS控制柜
ETS控制柜是系統的核心部分，完成整個系統的控制和監視。它是由邏輯組件、電源組件及端子排組成。電源組件提供220VAC、220VDC和24VDC三種規格的電源，每種規格的電源都采用雙路提供，電源組件能進行無擾切換。控制柜放在電子間,系統機柜中采用兩套PLC并聯運行，定義為A機和B機。廣州市旺隆熱電廠一期2×100MW機組PLC都選用SIEMENS公司的S7-300型可編程控制器。S7-300系列PLC采用模塊式結構，每套PLC由PS307電源模塊（一塊）、中央處理單元CPU314（一個）、數字量輸入模塊SM321（3塊）、16點數字量輸出模塊SM322-1BH01（四塊）和8點數字量輸出模塊SM322-1HF01（一塊）組成。
(2) ETS操作盤
操作盤上設有跳閘“首出”信號記憶燈，且每一組信號都可以給出“首出”記憶信號，即第一個到來的跳閘信號指示燈閃動亮，其它跳閘信號指示燈常亮，手動復位后，跳閘信號消失。并且每一組信號可以給出兩路輸出，一路信號到數據采集系統(DAS)，另一路到光子牌。操作盤上設有緊急停機按鈕，任何時候按下此按鈕都能讓AST電磁閥動作。操作盤尺寸為230mm×130mm，面板布置如圖1所示，安裝在控制柜的上部。
(3) 信號投切盤
信號投切盤上安裝有信號投切開關，保護的投切需在投切盤上進行，DCS中沒有設置ETS信號投切的軟開關。信號投切盤的尺寸為490mm×190mm，面板布置如圖2所示，安裝在控制柜的下部。
圖1 ETS操作盤面板布置
圖2 信號投切盤面板布置圖
(4) AST跳閘電磁閥
當機組發生緊急情況或機組運行參數超出限制值時，ETS裝置將發出緊急停機信號，AST電磁閥得電動作，EH安全油泄壓，自動主汽門在操縱座彈簧力作用下迅速全部關閉，機組緊急停機。為保證AST動作的可靠，設有兩個并聯AST電磁閥，任何一個帶電動作都能保證機組可靠停機。
圖3 控制系統圖
4 硬件配置
圖4 PLC系統硬件配置圖
(1) PLC系統配置
ETS系統采用兩套軟件和硬件都完全一樣而又彼此獨立的PLC系統并聯運行，PLC系統的硬件配置如圖4所示。任何一套PLC系統故障或停運都不影響另一套PLC系統的正常運行，也不會引起輸出信號狀態的改變。從圖4中可以看出，這是軟硬件的完全冗余結構。常規的冗余設計只是采取雙CPU加CPU切換模塊與通信模塊的方式，一主一備運行，只有在主CPU軟件故障時自動切換到備用CPU運行，這種結構對于輸入輸出模塊損壞而引起的故障是沒有任何效果的。ETS系統采用的這種軟硬件完完全全冗余結構，運行時，兩套PLC完全獨立而又并聯運行，每套PLC都是主控運行系統，任何一套PLC系統的軟件或輸入輸出模塊故障后，另一套PLC系統仍能正常工作，當機組出現危急情況時，ETS仍能可靠的發出停機信號。ETS系統之所以要采取這種軟硬件1：1的冗余結構，是ETS系統在保證電廠機組安全中的重要性所決定的。
(2) 輸入輸出端子板
由上可知，現場信號要進入兩個彼此獨立的PLC系統，而現場信號又不可能都提供兩個或多個，因此采用特殊設計的輸入輸出端子板，如圖5所示，現場信號進入端子板后，經過端子板內部處理，再通過兩路預制電纜接入兩套PLC的輸入輸出模塊。
圖5 輸入輸出端子板示意圖
5 軟件設計
PLC系統控制軟件采用SIMATIC S7-300站創建可編程邏輯控制程序的標準軟件STEP 7 V5.2編輯。控制系統控制邏輯方框圖如圖6所示，方框圖中只畫出了“MFT”和“軸承振動大”兩個停機信號的邏輯方框圖，其它停機信號邏輯都與此相同。
圖6 程序部分方框圖
6 結語
廣州市旺隆熱電廠一期2×100MW兩臺機組自2005年9月投產以來，期間出現三次機組停機事故（調試階段），每次ETS系統都能可靠動作，期間也沒有出現ETS誤動的情況，從ETS系統這一段時間的運行情況看，系統是穩定可靠的，完全滿足系統的設計控制要求，很好的保證了機組的運行安全。
但是由于設計上的原因，該系統仍有一些不足：(1) 信號投切盤安裝在電子間的控制柜內，沒有安放在運行人員的操作臺上；(2) 信號投切開關的位置信號沒有進入DCS系統，不利于運行人員了解各種保護的投入情況；(3) 停機信號發出后，沒有自動斷電功能，必須待人工切除保護并復位后AST電磁閥才能斷電，PLC程序中應加入30秒后的自動斷電功能；(4) 手動停機應采用硬接線直接控制AST電磁閥動作的方式，目前ETS采用手動停機信號進PLC，再由PLC控制AST電磁閥動作的方式；(5) 每套PLC只控制一個AST電磁閥，應改為每套PLC都能控制兩個AST電磁閥等。上述不足有待機組停機后進行完善。
參考文獻
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[2] 楊飛. 單元機組運行[M]. 北京: 中國電力出版社, 2002, 1.
[3] 吳華斌. 火電工程調試技術手冊熱工卷[M]. 北京: 中國電力出版社, 2004, 9.
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北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號