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利用压力控制器提高汽轮机组ETS低真空保护的可靠性
编辑: 来源: 发布时间:2017-09-26 17:35:43

摘 要:低真空保护是汽轮机的一项重要保护,而国内引进型机组低真空保护大多采用单或双管路由凝汽器引入在线试验块的方式,后通过压力控制器进入ETS系统,不仅不符合重要保护可靠性设置要求,且该方式真空漏泄故障点多,保护误动的机率极高,有必要对此保护系统进行改造。通过对原有的低真控系统压力控制器取样方式及功能进行调整,便可使机组低真空保护满足二十五项反措中相关重要保护设置要求,保证机组低真空保护的可靠性。

引言
        白山热电有限责任企业(以下称“白热电”)两台300MW机组产自上汽集团,是两台比较典型的引进型机组,机组采用三缸两排汽布置,DEH为上海新华6.0系统,主汽轮机保护为上汽提供技术支撑的罗克维尔A-B双冗余PLC+PROFACE2500触摸屏支撑在线试验功能独立的ETS系统。由于这种引进型机组的低真空保护大多采用双仪表管路或单仪表管路方式,由凝汽器引入在线试验块,接入4个压力控制器(并、串联方式),压力控制器信号再进入ETS系统,以实现机组低真空保护的在线试验及保护功能 [1] 。实际运行表明,这种设计导致低真空保护误动的机率升高,大大降低了机组保护的可靠性。本文针对这一问题,从提高该保护可靠性出发提出解决方案,供同类机组的专业人。

1 真空系统保护问题
1.1 真空保护系统设置
        白热电凝汽器真空低压力控制器共有8个,停机保护有4个压力控制器,真空低报警压力控制器有4个。其中低真空保护停机4个压力控制器分别是:63-1/LV、63-2/LV、63-3/LV、63-4/LV与实验块连接,然后由单独的一根仪表管取至凝汽器。测点取样管路就地设备布置图与示意图分别如图1、图2所示。

改造前机头低真空保护设备图

        低真空保护保护逻辑设置为:4个压力控制器“两两相并两两相或”逻辑关系。如图3 [2] 所示,真空低报警压力控制器有4个,取样管路布置如图4所示。

 改造前低真空报警示意图

        ETS控制系统设备罗克维尔A-B双冗余PLC,如图5所示,左上3个转速二次仪表为超速保护,右下为PROFACE2500触摸屏支撑在线试验功能,右上为本特利3500振动保护。

1.2 真空保护系统存在问题
        真空过低,会造成排汽温度过高,不仅会影响汽轮机的出力和降低热经济性,而且真空降低过多还会因排汽温度过高和轴向推力,导致机组振动,当机组进汽量突然增加时也会造成真空快速降低甚至使低压缸内负压变正压,导致设备严重损坏,所以汽轮机低真空保护是影响机组安全的一项重要保护。

        但本系统凝汽器的真空取样管路是单独的一根仪表管引至低真空保护实验块,连接多个压力开关,取显然不满足“二十五项反措中(9.4.3防止热工保护失灵:保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则) [1] ”的要求,此外由于低真空保护实验块上的接点较多(不仅要有各支路的手动截止门、试验门、压力表、盘根等,试验块还要整合压接在机前箱上),当发生取样管堵塞或管路中任一接点泄露(负压漏泄检查较困难)的情况,都将导致真空保护误动作,降低了机组运行的安全性。

1.3 真空保护系统故障案例
        凝汽器真空取样及试验块连接多个仪表设备的设计方式,已导致保护误动(国内已多发)故障多次发生,如:

        1)2007年6月28日,某厂4号机组跳闸,汽轮机ETS首出“凝汽器真空低”。经仔细检查,发现为旁路用真空压力开关锁紧螺母松动所致。该真空压力开关与主保护用真空压力开关安装于同一个测量管路上,事后确认,检修人员在安装压力开关时,空气由锁紧螺母垫片处被抽入处于真空状态的测量管路中,使得测量管路真空急剧下降,真空保护动作,汽轮机跳闸。

        2)某600MW机组的一组真空低测点为3个,但均由一个取样管采集而来,只是变送器配置3个,然后完成三取二逻辑运算。某次取样管堵塞,导致3个变送器同时动作,直接跳机。

        3)2011年5月17日13时,某厂#4机发电机负荷199MW,B小机真空84.1kPa,指示偏低,检修处理小机真空低缺陷时,B小机跳闸,首出“低真空保护动作”,RB动作,后因汽包水位控制异常,机组停运。检查发现B小机真空变送器二次门活接紧力不够、密封不严,检修人员在操作阀门时导致漏泄增大,导致与其相连的测量系统真空下降,达到B小机真空低保护动作值,是B小机跳闸的原因。这样的例子很多,现场查看图1所示的真空保护就地设备连接回路,发现易漏处多达30余处,而引入管又为单管,很难保护真空保护的可靠性,误动的机率很高,这对于检修、运行及维护均十分不利,为此需进行改造。

2 问题整改处理
2.1 焊接处理
        首先,对取样管路中的三通及部份接头进行了焊接处理,如图6所示。

第一次改造焊接后设备图

        由图6可见,只对原三通及部分接头进行焊接处理,并不能从根本上消除易漏点,且仍未能解决不满足二十五项反措要求的问题。为此利用机组检修的机会对低真空保护系统进行了较为彻底的改造。

2.2 改造方案
        改造方案要克服原取样系统中的问题,但仍要保持原真空保护系统实现在线实验功能,同时,要满足二十五项反措中重要保护单独取样的原则、减少易漏泄点,还要实现运行中可对压力控制器进行检查或校验。为保证保护系统可靠性,经专业人员讨论,最终确定了如下方案:
        1)将凝汽器真空低停机保护4个压力开关63-1,/,LV、63-2,/,LV、63-3,/,LV、63-4,/,LV取样管路与真空低报警开关互换,用最小的改造解决独立取样的问题。
        2)在原开关二次门后增加试验接头,以保证保护开关在线检查、试验的功能。
        3)所有的接头阀门改用真空用焊接阀门,消除易漏泄点数。
        4)试验接头用丝堵堵住,非试验时禁止开启,减少运行中漏泄的可能性。

2.3 改造后效果
        改造后凝汽器真空低停机保护测点取样管路布置示意图如图9,现场实际安装图如图8所示

        改造后的保护取样,不但满足“二十五项反措”要求“重要保护独立取样”的原则,最大程度上减少了易漏泄点、故障点,还实现了真空低保护在线试验功能和压力控制器在线检查校验功能。系统投入运行后的效果证明,有效地提高了凝汽器真空低停保护系统的可靠性。

2.4 改造前、后在线试验概况
1)改造前先容
        图9、图10 [2] 为ETS通道试验示意图,通过操作真空保护试验块中的1号涡街阀动作,实现“63-1/LV、63-3/LV”压力控制器取样。

        管关闭后,ETS内通道1动作,同样操作真空保护试验块中的2号涡街阀动作实现“63-2/LV、63-4/LV”压力控制器取样管关闭后,ETS内通道2动作。此种方法虽简单、快速,可在实际的机组运行中用此方法做试验多数会因真空保护取样系统漏气而(涡街阀多次动作后严密性下降、可靠性较低)导致真空保护可靠性下降,所以一般很少有厂采用涡街阀真空在线试验。另外此试验并不能检查压力控制器的动作点(压力控制器作为保护的弊端)。

2)改造后先容
        ①  如图7,通过关闭“63-1/LV、63-3/LV”压力控制器取样管一次门实现ETS内“通道1”动作检查;通过关闭“63-2/LV、63-4/LV”压力控制器取样管一次门实现ETS内“通道2”动作检查,还可单一关闭任一回路一次门,检查单个低真空保护回路,均实现可靠的机组在线试验功能。

        ② 通过在试验口加装标准表(如图11),可以实现对每个管路真空漏泄情况的检查,还可利用标准表进行压力控制器的在线检定,如需在线检查控制器也可扩展加装监视仪表。

        根据热工技术监督要求,需保证EST系统AST涡街阀每季度动作一次(试验记录);机组低真空保护需有在线试验功能,并保证每半年一次(试验记录),以确保主要保护的可靠性。原有的试验系统虽有功能,但因可靠性低等问题,无法满足专业管理(大多电厂因安全考虑已放弃在线试验,实则隐患多多)。通过改造不仅实现了热工保护定期试验的要求,满足保护系统预控、预查、预警可监督性能,更重要的是有效的保证了机组“真空保护”的可靠性。

3 结束语
        引进型机组的真空保护系统在理论上有很多方便于生产的设计理念,如通过涡街阀实现在线实验的功能,但在实际的使用中存在很多的问题,并不能满足现场生产的需要。对于类似的设计,不要一味的追求方便,“标准设计不能轻易改进”的思想,要以力求符合生产需求,实事求是的态度进行设备改造,以提高保护系统的可靠性。

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