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1 引言
大型單元機(jī)組的特點(diǎn)是機(jī)、爐、電在生產(chǎn)過程中組成一個(gè)有機(jī)的整體，加之有大量復(fù)雜的控制系統(tǒng)及裝置，其相互間的關(guān)系又都非常密切。當(dāng)其中某些環(huán)節(jié)發(fā)生故障后將會(huì)影響整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行，嚴(yán)重的故障可能導(dǎo)致停爐停機(jī)，甚至危及設(shè)備和人身安全。
汽輪機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，機(jī)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(shè)機(jī)械的危機(jī)保安器（超速及手動(dòng)）之外，還裝設(shè)自動(dòng)停機(jī)的緊急停機(jī)系統(tǒng)(ETS)。ETS的任務(wù)是對(duì)機(jī)組的一些重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，并在其中之一超過規(guī)定危險(xiǎn)值時(shí)，發(fā)出遮斷信號(hào)給汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)去關(guān)閉汽輪機(jī)的全部進(jìn)汽閥門，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)，以確保機(jī)組的安全。
2 ETS跳閘保護(hù)項(xiàng)目的設(shè)置及控制要求
2.1 ETS跳閘保護(hù)項(xiàng)目的設(shè)置
(1) 根據(jù)《火電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL5000-2000），汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)生下列情況之一時(shí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)保護(hù)：① 汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TSI)超速；② 汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)超速；③ 凝結(jié)器真空過低（三取二）；④ 潤滑油壓力過低（三取二）；⑤ 軸承振動(dòng)大；⑥ 軸向位移大；⑦ 手動(dòng)停機(jī)；⑧ DEH失電。
(2) 屬于機(jī)、爐、電橫行連鎖停機(jī)項(xiàng)目：① 鍋爐主燃料跳閘(MFT)動(dòng)作；② 發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作。
(3) 汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)制造廠家提供的跳閘保護(hù)項(xiàng)目：① 汽輪機(jī)相對(duì)膨脹大；② 軸承回油溫度高。
2.2 控制要求
(1) 出現(xiàn)上述動(dòng)作信號(hào)時(shí)，ETS系統(tǒng)應(yīng)能可靠動(dòng)作，系統(tǒng)不應(yīng)出現(xiàn)誤動(dòng)和拒動(dòng)的情況；
(2) 出現(xiàn)上述動(dòng)作信號(hào)時(shí)，PLC應(yīng)有首出記憶功能；
(3) 對(duì)三取二的信號(hào)，如凝結(jié)器真空和潤滑油壓力，PLC應(yīng)具有在線監(jiān)視功能；
(4) ETS應(yīng)具有與DCS、TSI、音響報(bào)警系統(tǒng)等的通信接口；
(5) ETS允許在線試驗(yàn)。
3 控制系統(tǒng)構(gòu)成
整個(gè)系統(tǒng)由ETS控制柜、ETS操作盤、信號(hào)投切盤和AST跳閘電磁閥組成。
(1) ETS控制柜
ETS控制柜是系統(tǒng)的核心部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的控制和監(jiān)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(guī)格的電源，每種規(guī)格的電源都采用雙路提供，電源組件能進(jìn)行無擾切換?？刂乒穹旁陔娮娱g,系統(tǒng)機(jī)柜中采用兩套PLC并聯(lián)運(yùn)行，定義為A機(jī)和B機(jī)。廣州市旺隆熱電廠一期2×100MW機(jī)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(jié)構(gòu)，每套PLC由PS307電源模塊（一塊）、中央處理單元CPU314（一個(gè)）、數(shù)字量輸入模塊SM321（3塊）、16點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊SM322-1BH01（四塊）和8點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊SM322-1HF01（一塊）組成。
(2) ETS操作盤
操作盤上設(shè)有跳閘“首出”信號(hào)記憶燈，且每一組信號(hào)都可以給出“首出”記憶信號(hào)，即第一個(gè)到來的跳閘信號(hào)指示燈閃動(dòng)亮，其它跳閘信號(hào)指示燈常亮，手動(dòng)復(fù)位后，跳閘信號(hào)消失。并且每一組信號(hào)可以給出兩路輸出，一路信號(hào)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，另一路到光子牌。操作盤上設(shè)有緊急停機(jī)按鈕，任何時(shí)候按下此按鈕都能讓AST電磁閥動(dòng)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(hào)投切盤
信號(hào)投切盤上安裝有信號(hào)投切開關(guān)，保護(hù)的投切需在投切盤上進(jìn)行，DCS中沒有設(shè)置ETS信號(hào)投切的軟開關(guān)。信號(hào)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(hào)投切盤面板布置圖
(4) AST跳閘電磁閥
當(dāng)機(jī)組發(fā)生緊急情況或機(jī)組運(yùn)行參數(shù)超出限制值時(shí)，ETS裝置將發(fā)出緊急停機(jī)信號(hào)，AST電磁閥得電動(dòng)作，EH安全油泄壓，自動(dòng)主汽門在操縱座彈簧力作用下迅速全部關(guān)閉，機(jī)組緊急停機(jī)。為保證AST動(dòng)作的可靠，設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)AST電磁閥，任何一個(gè)帶電動(dòng)作都能保證機(jī)組可靠停機(jī)。
圖3 控制系統(tǒng)圖
4 硬件配置
圖4 PLC系統(tǒng)硬件配置圖
(1) PLC系統(tǒng)配置
ETS系統(tǒng)采用兩套軟件和硬件都完全一樣而又彼此獨(dú)立的PLC系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，PLC系統(tǒng)的硬件配置如圖4所示。任何一套PLC系統(tǒng)故障或停運(yùn)都不影響另一套PLC系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也不會(huì)引起輸出信號(hào)狀態(tài)的改變。從圖4中可以看出，這是軟硬件的完全冗余結(jié)構(gòu)。常規(guī)的冗余設(shè)計(jì)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(yùn)行，只有在主CPU軟件故障時(shí)自動(dòng)切換到備用CPU運(yùn)行，這種結(jié)構(gòu)對(duì)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(tǒng)采用的這種軟硬件完完全全冗余結(jié)構(gòu)，運(yùn)行時(shí)，兩套PLC完全獨(dú)立而又并聯(lián)運(yùn)行，每套PLC都是主控運(yùn)行系統(tǒng)，任何一套PLC系統(tǒng)的軟件或輸入輸出模塊故障后，另一套PLC系統(tǒng)仍能正常工作，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)危急情況時(shí)，ETS仍能可靠的發(fā)出停機(jī)信號(hào)。ETS系統(tǒng)之所以要采取這種軟硬件1：1的冗余結(jié)構(gòu)，是ETS系統(tǒng)在保證電廠機(jī)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(xiàn)場(chǎng)信號(hào)要進(jìn)入兩個(gè)彼此獨(dú)立的PLC系統(tǒng)，而現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)又不可能都提供兩個(gè)或多個(gè)，因此采用特殊設(shè)計(jì)的輸入輸出端子板，如圖5所示，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)入端子板后，經(jīng)過端子板內(nèi)部處理，再通過兩路預(yù)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(shè)計(jì)
PLC系統(tǒng)控制軟件采用SIMATIC S7-300站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件STEP 7 V5.2編輯?？刂葡到y(tǒng)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(dòng)大”兩個(gè)停機(jī)信號(hào)的邏輯方框圖，其它停機(jī)信號(hào)邏輯都與此相同。
圖6 程序部分方框圖
6 結(jié)語
廣州市旺隆熱電廠一期2×100MW兩臺(tái)機(jī)組自2005年9月投產(chǎn)以來，期間出現(xiàn)三次機(jī)組停機(jī)事故（調(diào)試階段），每次ETS系統(tǒng)都能可靠動(dòng)作，期間也沒有出現(xiàn)ETS誤動(dòng)的情況，從ETS系統(tǒng)這一段時(shí)間的運(yùn)行情況看，系統(tǒng)是穩(wěn)定可靠的，完全滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制要求，很好的保證了機(jī)組的運(yùn)行安全。
但是由于設(shè)計(jì)上的原因，該系統(tǒng)仍有一些不足：(1) 信號(hào)投切盤安裝在電子間的控制柜內(nèi)，沒有安放在運(yùn)行人員的操作臺(tái)上；(2) 信號(hào)投切開關(guān)的位置信號(hào)沒有進(jìn)入DCS系統(tǒng)，不利于運(yùn)行人員了解各種保護(hù)的投入情況；(3) 停機(jī)信號(hào)發(fā)出后，沒有自動(dòng)斷電功能，必須待人工切除保護(hù)并復(fù)位后AST電磁閥才能斷電，PLC程序中應(yīng)加入30秒后的自動(dòng)斷電功能；(4) 手動(dòng)停機(jī)應(yīng)采用硬接線直接控制AST電磁閥動(dòng)作的方式，目前ETS采用手動(dòng)停機(jī)信號(hào)進(jìn)PLC，再由PLC控制AST電磁閥動(dòng)作的方式；(5) 每套PLC只控制一個(gè)AST電磁閥，應(yīng)改為每套PLC都能控制兩個(gè)AST電磁閥等。上述不足有待機(jī)組停機(jī)后進(jìn)行完善。
參考文獻(xiàn)
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北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)