摘要：上海汽轮机厂超超临界机组转速测量探头安装使用环境、超速保护回路一直存在一些问题和隐患，国内出现了多起由于超速保护系统工作异常导致的机组不安全事件和非停事件的发生。因此，总结了该类型机组不安全事件和非停事件的原因分析报告，提出了超超临界百万机组汽轮机超速保护系统集成优化与综合改造，确保该类型故障不再发生，提高机组的安全生产运行的可靠性。优质服务于国家一带一路建设，提升中国企业世界品牌优质、可靠性，为共建人类命运共同体做出应有之贡献。
关键字：百万机组；超速保护系统；优化与改造
0 引言
目前，国内所采用的1000MW汽轮机组多来自上海汽轮机有限公司、东方汽轮机厂与哈尔滨汽轮机有限公司。上汽超超临界机组汽轮机超速保护系统取消了传统的机械危急遮断器，由2套电子式的超速保护装置构成，采用德国BRAUN公司的E16型三通道转速监测系统，每套超速保护装置包括3个转速模块和1个测试模块，当其中任何一套装置动作后使汽轮机跳闸，所有高、中压主汽门和调门油动机的跳闸电磁阀将失电，阀门在关闭弹簧的作用下快速关闭，使汽轮机组停机。电超速设计为失电调机，超速保护装置的动作信号经过三取二后，通过硬回路直接切断电磁阀控制回路的电源，快速停机，超速保护装置的动作信号还同时送到ETS保护系统的处理器，在软件逻辑里再进行三取二的逻辑处理实现跳机。
汽轮机转速测量系统的实际应用过程中，不可避免会遇到各种问题，因此，为了保证汽轮机转速测量系统各项优点的充分发挥，必须根据发电企业汽轮机发电机组实际情况针对相应问题提出有效性、可行性的改进措施。由于发电企业汽轮机发电机组条件及现状的差异性，所遇到的汽轮机转速测量系统的应用问题也会有所不同。因此，本项目主要结合典型实例进行分析，提供可借鉴性的汽轮机转速测量系统应用实践经验。
1 机组设备概况
国华印尼爪哇电厂1号机组，其主设备采用上海汽轮机有限公司引进西门子技术生产的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，该汽轮机采用全周进汽+补气阀调节配汽方式，机组采用9级回热抽汽。该类型机组汽轮机超速保护系统取消了传统的机械危急遮断器，由2套电子式的超速保护装置构成，采用德国BRAUN公司的E16型三通道转速监测系统。
汽轮机是在高温、高压下高速运转的机械，其旋转部件承受巨大的离心力，该离心力是与转速的平方成正比的，因此随着转速升高，其离心力将快速上升，一旦转速超过其强度极限，将造成叶片断裂、动静摩擦、甚至断轴等严重事故。而对于现在处于电厂主导地位的超（超）临界机组，由于其蒸气参数高、流量大。机组甩负荷后转子动态飞升转速很高。所以，汽轮机超速保护系统是超（超）临界机组保护系统中最重要的方面之一。目前由于转速测量异常导致的机组不安全事件和非计划停运事件仍不断增多，本文通过对汽轮机超速保护系统优化与改造，提高了汽轮机运行的可靠性。
2 转速探头选型与安装环境优化
2.1 事件概述
2013年8月份国华某电厂6号机组负荷990MW，AGC方式运行，13:20机组协调退出，DEH系统“control not ok”故障报警，经检查为DEH系统转速6信号大幅度跳变，导致转速控制偏差过大报警并触发“control not ok”。ETS机柜内部第6号布朗卡件面板显示同样存在跳变现象，最高转速尖峰值为3180rpm，拆除转速6信号探头端子接线后第6号布朗卡件面板显示为0，并报信号源故障，经过信号剔除后，“control not ok”信号复归，机组负荷控制恢复正常。
现场就地测温发现安装转速支架的2号瓦转速探头6表面温度高达98℃，转速探头套管和信号电缆明显烫伤，转速探头的使用说明书也明确说明了该产品的最高工作环境温度为90℃。机组停运后检查转速探头6航空插头接口已经烫伤软化，对转速探头6测量阻值，发现转速探头6异常，因此判断此次转速探头6故障是由于安装使用环境恶劣，工作环境温度过高所致。
2.2 问题及原因分析
通过调研国内同类机组汽轮机的运行情况，上汽超超临界机组2号瓦温度过高现象不是个例，目前已经投产的上汽超超临界机组运行期间2号瓦温度均偏高，通常为80℃左右。由于温度过高导致转速信号异常的现象也时有发生[1]。主要有以下两个方面的问题：（1）转速探头选型不合理，未采用耐高温探头；（2）上汽超超临界机组2号瓦温度偏高，布置在该位置的元件与电缆容易发生高温烫损。
2.3 改进措施及优化
针对上述问题，采取以下优化措施：
（1）对霍尔转速探头进行改型。取消带航空插头的探头，选用耐温程度较高且无航空插头的一体式霍尔探头。同时在原测量盘上增加转速探头安装孔，增加一套备用探头，在其他任意一套转速探头失效时使用，如图1所示
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图1 优化后转速测量盘
（2）对2号瓦的高温环境进行改善。在2号瓦转速盘四周增加冷却的仪用空气管路，布置在该位置的电缆进行移位，如图2所示，同时在2号瓦励端轴颈漏气处采用特殊的保温材料，并增加隔热金属板，通过调整轴封供汽，减少2号瓦处高中压缸的轴封漏汽。
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图2 改造后2瓦实物图
3 E16型布朗卡件参数设置优化
3.1 问题及原因分析
原E16型布朗卡件参数设置不合理，其测速模块E1655中的P02.04参数设置为“1”（传感器出现故障时进行报警），即当某一转速探头发生故障时，输出保护动作信号。由于E1696管理模块会定期对单元内的E1655测速模块进行自检，自检时强制触发E1655测速模块保护信号输出，所以一旦自检到另一块E1655即会满足单通道“三取二”保护动作条件，造成机组保护误动事故。
3.2 改进措施及优化
针对E16型转速处理单元参数设置不合理的情况进行分析和论证，并对上汽出厂设置的参数进行了修改。
（1）考虑到本类型机组超速保护设备为两通道，当单个转速探头发生故障时，如果保护动作信号不触发不会给机组带来拒动的风险，因此将测速模块E1655中的P02.04参数由“1”修改为“0”，即当传感器发生故障时不会触发保护动作信号。
（2）为确保转速超过跳闸值（3300rpm）后降至恢复值（3135rpm）以下时，转速卡内部继电器“自动复位”。将管理模块E1696中的P03.02参数由“1”修改为“0”，即当传感器发生故障后存储故障报警，参数设置如表1所示。
表1 E16型转速处理单元设置表[2]
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4 汽轮机超速保护旁路改造
4.1 问题及原因分析
采用ABB SYMPHONY PLUS系统的超超临界机组共有6个转速信号进入汽轮机控制系统，首先在ETS系统中参与保护，然后转接到BTC部分由汽轮机保护模件（TP800）完成转速测量，参与转速调节控制。E16型转速处理单元将采集的转速信号在转速卡内部进行判断后输出开关量信号，开关量信号送至超速继电器DO1和DO2和ETS系统DI卡件，超速继电器的触点直接串入停机电磁阀供电回路，任一套超速保护装置检测到汽轮机超速时，直接断开该回路，如图3所示。ETS系统通过逻辑“三取二”判断后输出保护信号触发汽轮机遮断。以上两个回路即为超速保护硬回路和软回路保护[3]。
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图3 汽轮机超速保护回路
ABB SYMPHONY PLUS系统存在以下问题：（1）如图4所示，当E16A和E16B各有一个DO触点断开时，存在ETS保护误动风险：当E16A的DO1和E16B的DO2同时断开，ETS保护跳闸；当E16A的DO2和E16BV的DO1同时断开，ETS保护跳闸（2）机组正常运行时转速卡件输出至硬回路的开关量信号均为闭合状态，如果发生任意转速探头或转速卡件故障时，无法在线强制超速硬回路保护。
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图4 ETS保护硬跳闸回路
4.2 改进措施及优化
针对上述问题，作如下优化：
（1）ETS保护硬跳闸回路优化，在E16A的DO1和DO2后增加短接线，如图5所示，确保只有单个超速保护装置的两个DO同时断开时，ETS保护才动作，避免了ETS保护误动风险。
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图5 优化后ETS保护硬跳闸回路
（2）针对超速保护无法在线强制的问题，对超速保护回路进行了优化和改造，增加超速保护旁路功能，通过增加端子短接排的方法实现超速保护的旁路功能，从而保证超速保护硬跳闸回路能够在线强制。ABB SYMPHONY PLUS系统超速旁路改造如图6所示。
图6 超速旁路改造
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图6 超速旁路改造后实物图
机组正常运行时，E16A的DO1和DO2闭合，E16B的DO1和DO2闭合，打闸按钮1和2闭合，ETS跳闸电磁阀带有两路24V直流电压。当机组发生1号转速探头或1号测速卡件故障时，需要在线强制超速保护时，短接E16A的DO1短接端子排和E16A的DO2短接端子排即可。其他通道依次类推，通过这种方法能够达到屏蔽超速保护的目的。
5 改造的目的
目前，国内所采用的1000MW汽轮机组多来自上海汽轮机有限公司、东方汽轮机厂与哈尔滨汽轮机有限公司。上汽超超临界机组汽轮机超速保护系统取消了传统的机械危急遮断器，由2套电子式的超速保护装置构成，采用德国BRAUN公司的E16型三通道转速监测系统，每套超速保护装置包括3个转速模块和1个测试模块，当其中任何一套装置动作后使汽轮机跳闸，所有高、中压主汽门和调门油动机的跳闸电磁阀将失电，阀门在关闭弹簧的作用下快速关闭，使汽轮机组停机。电超速设计为失电调机，超速保护装置的动作信号经过三取二后，通过硬回路直接切断电磁阀控制回路的电源，快速停机，超速保护装置的动作信号还同时送到ETS保护系统的处理器，在软件逻辑里再进行三取二的逻辑处理实现跳机[4]。汽轮机转速测量系统的实际应用过程中，不可避免会遇到各种问题，因此，为了保证汽轮机转速测量系统各项优点的充分发挥，必须根据发电企业汽轮机发电机组实际情况针对相应问题提出有效性、可行性的改进措施。由于发电企业汽轮机发电机组条件及现状的差异性，所遇到的汽轮机转速测量系统的应用问题也会有所不同。因此，本文主要结合典型实例进行分析，提供可借鉴性的汽轮机转速测量系统应用实践经验。
通过调研该类机组、系统，对于暂未解决的问题，如E16型布朗卡件参数设置不合理，存在保护误动隐患；转速探头选型不合理，未采用耐高温探头，转速信号异常时常发生；转速探头安装环境温度高，电缆容易发生高温烫损；当E16A和E16B各有一个DO触点断开时，存在ETS保护误动风险；机组正常运行时，如果发生任意转速探头或转速卡件故障，无法在线强制超速硬回路保护等问题，针对上述问题，进行原因分析，提出有效的解决方案，确保机组的可靠运行。
6 结语
根据国华印尼爪哇电厂现场实际情况，以百万超超临界机组为例，通过调研国内同类型机组汽轮机超速保护系统的运用情况，针对机组在运行过程中出现的问题，以文中常见的问题为出发点，分析其原因，制定了合理的研究方案，通过对汽轮机超速保护系统的优化与改造，完成如下问题的治理：
1、对霍尔转速探头进行改型，解决转速信号异常问题；
2、对2号瓦的高温环境进行改善，解决电缆高温烫损问题；
3、E16型布朗卡件参数设置优化，解决ETS保护误动问题；
4、ETS保护硬跳闸回路优化，解决ETS保护误动问题；
5、汽轮机超速保护旁路改造，解决超速保护无法在线强制的问题。
通过实践及机组一段时间的运行，确保方法及措施可行，提高同类型机组、同类型系统运行中的可靠性，确保该类机组的安稳运行。
参 考 文 献：
[1] 张连涛,余学海.超超临界机组轴封蒸汽温度与主机转子温度的匹配分析[J].能源工程，2012（1）：55-57
[2] Braun系统维护手册[Z].南京-南京西门子
[3] ABB-Symphony-Plus系统DEH调节逻辑图[Z]. 北京-北京贝利工程
[4] 俞友群.西门子T-3000 DEH系统甩负荷识别功能的分析[J].浙江电力,2014,33(7):54-64