PLC在汽轮机保护ETS中的应用--控制网



PLC在汽轮机保护ETS中的应用
企业：控制网 日期：2007-03-09
领域：PLC&PAC 点击数：2424


1  引言

　　大型单元机组的特点是机、炉、电在生产过程中组成一个有机的整体，加之有大量复杂的控制系统及装置，其相互间的关系又都非常密切。当其中某些环节发生故障后将会影响整个机组的安全运行，严重的故障可能导致停炉停机，甚至危及设备和人身安全。

　　汽轮机是高速旋转的机械，机组在危急情况下，完全依靠人工操作是不安全的。因此，在装设机械的危机保安器（超速及手动）之外，还装设自动停机的紧急停机系统(ETS)。ETS的任务是对机组的一些重要参数进行监视，并在其中之一超过规定危险值时，发出遮断信号给汽轮机调节系统去关闭汽轮机的全部进汽阀门，实现紧急停机，以确保机组的安全。

2  ETS跳闸保护项目的设置及控制要求

2.1  ETS跳闸保护项目的设置

　　(1)  根据《火电厂设计技术规程》（DL5000-2000），汽轮发电机组在运行中发生下列情况之一时，应实现紧急停机保护：① 汽轮机监测系统(TSI)超速；② 汽轮机数字电液控制系统(DEH)超速；③ 凝结器真空过低（三取二）；④ 润滑油压力过低（三取二）；⑤ 轴承振动大；⑥ 轴向位移大；⑦ 手动停机；⑧ DEH失电。

　　(2)  属于机、炉、电横行连锁停机项目：① 锅炉主燃料跳闸(MFT)动作；② 发电机保护动作。

　　(3)  汽轮机、发电机制造厂家提供的跳闸保护项目：① 汽轮机相对膨胀大；② 轴承回油温度高。

2.2  控制要求

　　(1)  出现上述动作信号时，ETS系统应能可靠动作，系统不应出现误动和拒动的情况；

　　(2)  出现上述动作信号时，PLC应有首出记忆功能；

　　(3)  对三取二的信号，如凝结器真空和润滑油压力，PLC应具有在线监视功能；

　　(4)  ETS应具有与DCS、TSI、音响报警系统等的通信接口；

　　(5)  ETS允许在线试验。

3  控制系统构成

　　整个系统由ETS控制柜、ETS操作盘、信号投切盘和AST跳闸电磁阀组成。

　　(1)  ETS控制柜
 
　　ETS控制柜是系统的核心部分，完成整个系统的控制和监视。它是由逻辑组件、电源组件及端子排组成。电源组件提供220VAC、220VDC和24VDC三种规格的电源，每种规格的电源都采用双路提供，电源组件能进行无扰切换。控制柜放在电子间,系统机柜中采用两套PLC并联运行，定义为A机和B机。广州市旺隆热电厂一期2×100MW机组PLC都选用SIEMENS公司的S7-300型可编程控制器。S7-300系列PLC采用模块式结构，每套PLC由PS307电源模块（一块）、中央处理单元CPU314（一个）、数字量输入模块SM321（3块）、16点数字量输出模块SM322-1BH01（四块）和8点数字量输出模块SM322-1HF01（一块）组成。

　　(2)  ETS操作盘

　　操作盘上设有跳闸“首出”信号记忆灯，且每一组信号都可以给出“首出”记忆信号，即第一个到来的跳闸信号指示灯闪动亮，其它跳闸信号指示灯常亮，手动复位后，跳闸信号消失。并且每一组信号可以给出两路输出，一路信号到数据采集系统(DAS)，另一路到光子牌。操作盘上设有紧急停机按钮，任何时候按下此按钮都能让AST电磁阀动作。操作盘尺寸为230mm×130mm，面板布置如图1所示，安装在控制柜的上部。

　　(3)  信号投切盘

　　信号投切盘上安装有信号投切开关，保护的投切需在投切盘上进行，DCS中没有设置ETS信号投切的软开关。信号投切盘的尺寸为490mm×190mm，面板布置如图2所示，安装在控制柜的下部。


图1  ETS操作盘面板布置


图2  信号投切盘面板布置图


　　(4)  AST跳闸电磁阀

　　当机组发生紧急情况或机组运行参数超出限制值时，ETS装置将发出紧急停机信号，AST电磁阀得电动作，EH安全油泄压，自动主汽门在操纵座弹簧力作用下迅速全部关闭，机组紧急停机。为保证AST动作的可靠，设有两个并联AST电磁阀，任何一个带电动作都能保证机组可靠停机。


图3  控制系统图


4  硬件配置


图4  PLC系统硬件配置图


　　(1)  PLC系统配置

　　ETS系统采用两套软件和硬件都完全一样而又彼此独立的PLC系统并联运行，PLC系统的硬件配置如图4所示。任何一套PLC系统故障或停运都不影响另一套PLC系统的正常运行，也不会引起输出信号状态的改变。从图4中可以看出，这是软硬件的完全冗余结构。常规的冗余设计只是采取双CPU加CPU切换模块与通信模块的方式，一主一备运行，只有在主CPU软件故障时自动切换到备用CPU运行，这种结构对于输入输出模块损坏而引起的故障是没有任何效果的。ETS系统采用的这种软硬件完完全全冗余结构，运行时，两套PLC完全独立而又并联运行，每套PLC都是主控运行系统，任何一套PLC系统的软件或输入输出模块故障后，另一套PLC系统仍能正常工作，当机组出现危急情况时，ETS仍能可靠的发出停机信号。ETS系统之所以要采取这种软硬件1：1的冗余结构，是ETS系统在保证电厂机组安全中的重要性所决定的。

　　(2)  输入输出端子板

　　由上可知，现场信号要进入两个彼此独立的PLC系统，而现场信号又不可能都提供两个或多个，因此采用特殊设计的输入输出端子板，如图5所示，现场信号进入端子板后，经过端子板内部处理，再通过两路预制电缆接入两套PLC的输入输出模块。


图5  输入输出端子板示意图


5  软件设计

　　PLC系统控制软件采用SIMATIC S7-300站创建可编程逻辑控制程序的标准软件STEP 7 V5.2编辑。控制系统控制逻辑方框图如图6所示，方框图中只画出了“MFT”和“轴承振动大”两个停机信号的逻辑方框图，其它停机信号逻辑都与此相同。


图6  程序部分方框图


6  结语

　　 广州市旺隆热电厂一期2×100MW两台机组自2005年9月投产以来，期间出现三次机组停机事故（调试阶段），每次ETS系统都能可靠动作，期间也没有出现ETS误动的情况，从ETS系统这一段时间的运行情况看，系统是稳定可靠的，完全满足系统的设计控制要求，很好的保证了机组的运行安全。

　　但是由于设计上的原因，该系统仍有一些不足：(1) 信号投切盘安装在电子间的控制柜内，没有安放在运行人员的操作台上；(2) 信号投切开关的位置信号没有进入DCS系统，不利于运行人员了解各种保护的投入情况；(3) 停机信号发出后，没有自动断电功能，必须待人工切除保护并复位后AST电磁阀才能断电，PLC程序中应加入30秒后的自动断电功能；(4) 手动停机应采用硬接线直接控制AST电磁阀动作的方式，目前ETS采用手动停机信号进PLC，再由PLC控制AST电磁阀动作的方式；(5) 每套PLC只控制一个AST电磁阀，应改为每套PLC都能控制两个AST电磁阀等。上述不足有待机组停机后进行完善。

参考文献

　　[1]  陆燕荪. 火电发电设备技术手册第三卷自动控制[M]. 北京: 机械工业出版社, 2000, 3.

　　[2]  杨飞. 单元机组运行[M]. 北京: 中国电力出版社, 2002, 1.

　　[3]  吴华斌. 火电工程调试技术手册热工卷[M]. 北京: 中国电力出版社, 2004, 9.

　　[4]  陆燕荪. 火电发电设备技术手册第三卷自动控制[M]. 北京: 机械工业出版社, 2000, 3.
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