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摘 要：随着电厂机组安全稳定运行要求和意识的不断增强，机组中重要辅机设备的地位也随之攀升，重要辅机控制、保护系统的可靠性也得到了越来越多的关注。本文对某公司三、四号机组（315MW机组）小汽轮机的控制系统（MEH）及保护系统（METS）的升级改造过程进行了实例分析，并通过改造前状态、设计原则及改造方案的分析来说明小机控制系统改造的必要性，也希望能为其他单位类似配置的机组的升级改造提供参考。
关键词：小汽轮机 MEH METS DCS 汽动给水泵
中图分类号：TK284 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0001-02
1 引言
1.1 MEH柜24V电源故障导致A、B小机工作不正常
2014年11月15日，#4机组A、B小机调门动作异常，A小机调门突然关闭，B小机调门突然全开，两小机速关阀均处于打开状态。A小机转速低于2900r/min，电泵联启，RB发出，机组快速减负荷。热工进行处理检查A、B小机控制系统，经过检查发现，A小机调门关闭原因为A、B小机柜内24V电源异常，小机挂闸信号扫描不到，MEH控制系统误发小机跳闸信号，调门逻辑清零，小机调门关闭。调阅报警历史记录，A小机速关阀已开信号、速关油压建立信号、小机挂闸信号均丢失，小机调门端子板电源检测电压低信号报警发出，以上信号均存在不到1s即恢复正常。B小机调门开启原因为调门逻辑清零后，由于小机阀门控制卡和伺服卡均存在一定程度零偏，小机调门反向开启到全开，报警信息与A小机一致。根据A、B小机共同现象和报警信息确认，本次小机异常原因是小机控制柜内24V电源供电系统出现异常导致。
1.2 METS柜继电器座故障导致A、B小机的PLC工作电源失去
2014年12月14日下午，四号机组BTG盘上的声光报警光字牌“METS电源故障”报警发出。热工人员到现场检查METS柜发现PLC的I/O卡件不工作，指示灯均不亮，检查PLC电源上口无电，PLC的CPU转为电池供电来保持内部数据不丢失。检查电源发现，METS柜子电源接线上口两路电即电气来的UPS和保安段均正常，两路电经过继电器切换后，选择一路送至PLC供电，检查发现继电器工作正常，继电器座损坏导致常开常闭触电均不通，导致两路电源均无法送至PLC，导致工作不正常，将小机保护切至旁路后，更换继电器座，PLC重新上电后恢复工作正常，将小机保护恢复。
2 问题分析
排查发现，MEH、METS系统设计不够完善，公用电源或网络出现故障会导致两台小机调节的失灵或者保护的不正常动作；MEH、METS系统投运已十年设备老化，卡件控制精度下降；METS采用PLC控制，人机界面不友好，逻辑隐患难以解决。
3 方案確定
3.1 策略依据
根据国家能源局印发《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中9.1.3项要求，分散控制器应严格遵循机组重要功能分开的独立性配置原则，各控制功能应遵循任一组控制器或者其他部件故障对机组影响最小的原则。
与DCS厂家交流并得到论证，小机保护系统采用三块三重冗余的配置模块嵌入OC6000e控制系统，不但不会影响保护信号的相应速度，还能保证硬件的三冗余，避免了信号的误动。
3.2 制定方案
将2台小机的电源独立、网络独立，并升级控制系统，两台小机的MEH系统分别布置在各自控制柜的F面，即MEHA系统、MEHB系统。原PLC系统的METSA、METSB升级为DCS系统，分别布置各自控制柜B面，重新为A、B小机就地的停机电磁阀、启动电磁阀、试验电磁阀等设备配置独立电源系统。这样就实现对小机的控制与保护系统的硬件在一个控制柜内，控制与保护的逻辑在一个DPU内，且2台小机相互独立。
4 具体实施
4.1 前期准备
结合旧有图纸明确并核对MEH、METS中使用的所有信号名称、用途、来源，对各组信号线做好标记，并统计出来。需要在新控制柜中合理设计出各类型信号处理模块数量并合理配置其模块在柜内位置，方便接线；将小机控制逻辑及保护逻辑送在上海DCS厂家进行系统升级组态，升级组态期间我厂派技术人员共同参与。
4.2 现场安装
拆除旧MEHA、MEHB机柜，做好电缆保护，新机柜到达后严格按照DCS机柜安装要求及规程安装并测试接地，测试合格后进行接线工作。
4.3 后期调试
由于DCS控制逻辑及系统画面涉及到的部分均是重新组态，系统恢复完成后，需要对现场信号进行信号传动，对设备执行严格标准的调试。
4.3.1 查线
首先对系统原理图、组态图、端子接线图仔细研究，并确认之间没有错误，对本系统从现场或其他系统取来的每一个信号线，都仔细检查，确保无误，查线时拆的线要及时恢复。
模拟量输入信号检查：压力与转速信号（注意转速信号是否稳定，有无干扰）、MTSI信号、热电偶及热电阻温度信号（注意热电偶补偿导线型号正确、不要接反，冷端补偿是否正确）。
检查开关量信号，特别是速关阀信号及保护信号，并做好记录。
检查挂闸回路、速关阀试验回路、CCS接口回路。新机柜上电后，进行内部控制逻辑检查、试验，参数整定，以及卡件校验。
4.3.2 机柜检查完毕，新机柜受电工作
机柜检查完毕后，无异常情况，按照设备受电要求受电。
4.3.3 带仿真机做试验
（1）试验手动、自动状态下MEH的响应情况。
（2）给水泵汽轮机保护接口功能检查：满足给水泵汽轮机跳闸条件，试验保护动作情况。
（3）伺服控制回路调整：在开环和闭环情况下调整阀位反馈及指令输出，调整伺服控制，并针对给水泵汽轮机跳闸、挂闸、阀门中间开度、阀门全开情况下整定伺服系统。
（4）用仿真机并带实际阀门，升速、带负荷试验。在静态下转速调整偏差1r/min内，进行变工况、变参数、加扰动试验，试验MEH动态响应情况。
4.3.4 超速保护试验
给水泵汽轮机电超速试验。
（1）试验时，给水泵汽轮机与给水泵的联结对轮脱开。
（2）小机挂闸、冲转。
（3）如果给水泵汽轮机转速上升至5900r/min，电超速保护不动作，就地打危急脱扣装置或MEH画面按下“脱扣”按钮，停止给水泵汽轮机运行。
4.4 系统启动
调试结束后，升级后的小机控制及保护系统投入运行。
5 结语
小机保护系统由PLC控制改为DCS控制，人机界面比较友好，且三冗余式卡件大大提高了保护的稳定性。
取消2台小机的控制、保护的公用硬件部分，降低了硬件故障对机组稳定运行的影响，将每台小机的控制及保护逻辑各放到一个DPU内的设计更加合理。
硬件的升级改造也消除了原热工硬件的老化对机组稳定运行带来的隐患。
参考文献
[1] 肖增弘，徐丰.汽轮机数字式电液调节系统[M].北京：中国电力出版社，2003.
[2] 国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义[M].北京：中国电力出版社，2014.
[3] 朱北桓.火电厂热工自动化系统试验[M].北京：中国电力出版社，2006.
[4] OC6000e Nexus控制系统使用说明书[Z].
关键词：小汽轮机 MEH METS DCS 汽动给水泵
中图分类号：TK284 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0001-02
1 引言
1.1 MEH柜24V电源故障导致A、B小机工作不正常
2014年11月15日，#4机组A、B小机调门动作异常，A小机调门突然关闭，B小机调门突然全开，两小机速关阀均处于打开状态。A小机转速低于2900r/min，电泵联启，RB发出，机组快速减负荷。热工进行处理检查A、B小机控制系统，经过检查发现，A小机调门关闭原因为A、B小机柜内24V电源异常，小机挂闸信号扫描不到，MEH控制系统误发小机跳闸信号，调门逻辑清零，小机调门关闭。调阅报警历史记录，A小机速关阀已开信号、速关油压建立信号、小机挂闸信号均丢失，小机调门端子板电源检测电压低信号报警发出，以上信号均存在不到1s即恢复正常。B小机调门开启原因为调门逻辑清零后，由于小机阀门控制卡和伺服卡均存在一定程度零偏，小机调门反向开启到全开，报警信息与A小机一致。根据A、B小机共同现象和报警信息确认，本次小机异常原因是小机控制柜内24V电源供电系统出现异常导致。
1.2 METS柜继电器座故障导致A、B小机的PLC工作电源失去
2014年12月14日下午，四号机组BTG盘上的声光报警光字牌“METS电源故障”报警发出。热工人员到现场检查METS柜发现PLC的I/O卡件不工作，指示灯均不亮，检查PLC电源上口无电，PLC的CPU转为电池供电来保持内部数据不丢失。检查电源发现，METS柜子电源接线上口两路电即电气来的UPS和保安段均正常，两路电经过继电器切换后，选择一路送至PLC供电，检查发现继电器工作正常，继电器座损坏导致常开常闭触电均不通，导致两路电源均无法送至PLC，导致工作不正常，将小机保护切至旁路后，更换继电器座，PLC重新上电后恢复工作正常，将小机保护恢复。
2 问题分析
排查发现，MEH、METS系统设计不够完善，公用电源或网络出现故障会导致两台小机调节的失灵或者保护的不正常动作；MEH、METS系统投运已十年设备老化，卡件控制精度下降；METS采用PLC控制，人机界面不友好，逻辑隐患难以解决。
3 方案確定
3.1 策略依据
根据国家能源局印发《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中9.1.3项要求，分散控制器应严格遵循机组重要功能分开的独立性配置原则，各控制功能应遵循任一组控制器或者其他部件故障对机组影响最小的原则。
与DCS厂家交流并得到论证，小机保护系统采用三块三重冗余的配置模块嵌入OC6000e控制系统，不但不会影响保护信号的相应速度，还能保证硬件的三冗余，避免了信号的误动。
3.2 制定方案
将2台小机的电源独立、网络独立，并升级控制系统，两台小机的MEH系统分别布置在各自控制柜的F面，即MEHA系统、MEHB系统。原PLC系统的METSA、METSB升级为DCS系统，分别布置各自控制柜B面，重新为A、B小机就地的停机电磁阀、启动电磁阀、试验电磁阀等设备配置独立电源系统。这样就实现对小机的控制与保护系统的硬件在一个控制柜内，控制与保护的逻辑在一个DPU内，且2台小机相互独立。
4 具体实施
4.1 前期准备
结合旧有图纸明确并核对MEH、METS中使用的所有信号名称、用途、来源，对各组信号线做好标记，并统计出来。需要在新控制柜中合理设计出各类型信号处理模块数量并合理配置其模块在柜内位置，方便接线；将小机控制逻辑及保护逻辑送在上海DCS厂家进行系统升级组态，升级组态期间我厂派技术人员共同参与。
4.2 现场安装
拆除旧MEHA、MEHB机柜，做好电缆保护，新机柜到达后严格按照DCS机柜安装要求及规程安装并测试接地，测试合格后进行接线工作。
4.3 后期调试
由于DCS控制逻辑及系统画面涉及到的部分均是重新组态，系统恢复完成后，需要对现场信号进行信号传动，对设备执行严格标准的调试。
4.3.1 查线
首先对系统原理图、组态图、端子接线图仔细研究，并确认之间没有错误，对本系统从现场或其他系统取来的每一个信号线，都仔细检查，确保无误，查线时拆的线要及时恢复。
模拟量输入信号检查：压力与转速信号（注意转速信号是否稳定，有无干扰）、MTSI信号、热电偶及热电阻温度信号（注意热电偶补偿导线型号正确、不要接反，冷端补偿是否正确）。
检查开关量信号，特别是速关阀信号及保护信号，并做好记录。
检查挂闸回路、速关阀试验回路、CCS接口回路。新机柜上电后，进行内部控制逻辑检查、试验，参数整定，以及卡件校验。
4.3.2 机柜检查完毕，新机柜受电工作
机柜检查完毕后，无异常情况，按照设备受电要求受电。
4.3.3 带仿真机做试验
（1）试验手动、自动状态下MEH的响应情况。
（2）给水泵汽轮机保护接口功能检查：满足给水泵汽轮机跳闸条件，试验保护动作情况。
（3）伺服控制回路调整：在开环和闭环情况下调整阀位反馈及指令输出，调整伺服控制，并针对给水泵汽轮机跳闸、挂闸、阀门中间开度、阀门全开情况下整定伺服系统。
（4）用仿真机并带实际阀门，升速、带负荷试验。在静态下转速调整偏差1r/min内，进行变工况、变参数、加扰动试验，试验MEH动态响应情况。
4.3.4 超速保护试验
给水泵汽轮机电超速试验。
（1）试验时，给水泵汽轮机与给水泵的联结对轮脱开。
（2）小机挂闸、冲转。
（3）如果给水泵汽轮机转速上升至5900r/min，电超速保护不动作，就地打危急脱扣装置或MEH画面按下“脱扣”按钮，停止给水泵汽轮机运行。
4.4 系统启动
调试结束后，升级后的小机控制及保护系统投入运行。
5 结语
小机保护系统由PLC控制改为DCS控制，人机界面比较友好，且三冗余式卡件大大提高了保护的稳定性。
取消2台小机的控制、保护的公用硬件部分，降低了硬件故障对机组稳定运行的影响，将每台小机的控制及保护逻辑各放到一个DPU内的设计更加合理。
硬件的升级改造也消除了原热工硬件的老化对机组稳定运行带来的隐患。
参考文献
[1] 肖增弘，徐丰.汽轮机数字式电液调节系统[M].北京：中国电力出版社，2003.
[2] 国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求及编制释义[M].北京：中国电力出版社，2014.
[3] 朱北桓.火电厂热工自动化系统试验[M].北京：中国电力出版社，2006.
[4] OC6000e Nexus控制系统使用说明书[Z].