西门子汽机轮保护系统跳辅机信号冗余度设计不足与改进--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

西门子汽机轮保护系统跳辅机信号冗余度设计不足与改进

发表时间：2020/11/13 来源：《基层建设》2020年第21期作者：杜春城

[导读] 摘要：本文通过对某厂西门子汽轮机保护系统跳辅机信号进行分析，探讨其软硬件逻辑设计原理，结合SM326 DO卡件的单一通道故障模式，指出跳机系统跳辅机信号的软硬件逻辑存在冗余度不足缺陷，其可能引起误跳机的风险。

        阳江核电有限公司广东省阳江市 529941
        摘要：本文通过对某厂西门子汽轮机保护系统跳辅机信号进行分析，探讨其软硬件逻辑设计原理，结合SM326 DO卡件的单一通道故障模式，指出跳机系统跳辅机信号的软硬件逻辑存在冗余度不足缺陷，其可能引起误跳机的风险。本文通过对软硬件优化配置研究提出改进建议，其改进措施可有效避免单一卡件故障引起误跳机的问题，保证机组安全运行。
        关键词：跳机；保护系统；单一失效；改进
        0引言
        某厂1100MW汽轮机控制系统采用SPPA-TXP控制系统，跳机卡件采用SM326系列安全失效型卡件，并通过冗余通道配置实现对跳机电磁阀、辅机和常规岛相关系统跳闸。笔者针对SM326系统卡件存在单一卡件失效导致冗余通道同时故障的过程进行分析，指出跳机信号送辅机和常规岛信号存在误跳的问题，并提出改进措施。

        图1跳机信号参与辅机设备动作逻辑
        1.跳机信号参与辅机设备动作原理
        阳江核电跳机系统（GSE系统）参与辅机（真空系统、油系统等）、常规岛设备动作（低压加热、高压加热、除氧等系统）的原理如图1所示。
        跳机信号参与跳辅机及常规岛设备采用非逻辑，由系统检测各种跳机状态在AP2组态中生成跳机信号GSE0101NZ.XK96，其取非生成三路冗余信号GSE0101NZXK46、GSE0101NZXK47、GSE0101NZXK48。三路冗余信号通过SM326生成三对冗余的信号（如GSE0103NZ96/GSE0104NZ96）进行二取二再三取一产生跳辅机信号GSE0102NZXK96。另外，冗余信号GSE0101NZXK96、GSE0101NZXK97通过AA/BA层冗余卡件硬接线实现二取二分别送入非安DCS形成GSE0101SY01和GSE0101SY02，此两个信号二取一产生跳常规岛相关设备。
        机组无跳机异常时，继电器常带电且使触点断开，上述各跳辅机和常规岛信号为“0”；当机组有跳机信号时，继电器失电触点闭合，从而产生跳辅机和常规岛信号。
        2.误动过程及原因分析
        2.1误动过程描述
        从图1中可以看出，任一一路跳机信号如GSE0101NZXK46其通过冗余的AA/BA层卡件硬接线输出，且AA/BA层卡件送的硬接线为并联连接，卡件通道和所连接的继电器硬接线配置如图2所示。其中SK34和1.5KE33CA为TVS二极管（瞬态抑制二极管），可以抑制下游感性负载产生的浪涌电压及波动，若两者中任一一个击穿其将导致此通道输出直接接地，同时由于AA/BA层是并联连接，其将导致另一通道输出直接接地，接合图1的软硬接配置其将产生一组跳机信号（如GSE0103NZ96/GSE0104NZ96）而最终导致系统辅机和常规岛系统误跳。

        图2通道硬接线配置图
        2016年5月7日和2016年10月24日由于卡件内部JXK二极管击穿导致3号机低压缸第二路进汽截止阀GSE1251VV和第一路进汽截止阀GSE1151VV异常关闭事件。
        2.2原因分析
        经苏州热工院老外中心对故障卡件进行分析，经TVS管JXK进行X射线、CT分层扫描发现晶元边缘与焊接之间存在絮状异常阴影，TVS管晶元的一端树脂填充料在元器件封装时存在孔洞与间隙，形成金属迁移，迁移移从焊接的一个电极跨过中间的隔离槽迁移到TVS管中间电极，造成TVS管单向导通接地，最终导致上述故障现象发生，如图3所示。

        图3 TVS管扫描发现异常情况
        3.改进建议
        3.1通道配置改进
        查询产品，JXK和1.5KE33CA的反向导通电压是33V和32.75V，根据前述故障原因目前故障是SM326卡件内封装的JXK的工艺不合格，而其通道内部SK34齐纳二极管在JXK的前端，当前通道JXK导通时SK34不能有效保护并联通道的反向接地。

        图4通道硬接线配置图修改后
        SK34的降压约为0.3-0.5V，为不改变SM326安全失效型卡件的安全等级SIL3配置，可在通道的输出端串接与SK34同型号的二极管，修改后的前后配置图如图4所示，当单通道击穿导通时其通道外新增的二级管可防止并行的通道接地，仍可正常的工作。
        3.2逻辑优化改进
        从上图1、图2可以看出，任一通道发生SK34和1.5KE33CA的TVS管击穿，其均为导致冗余卡件AA/BA层输出的一组信号（如GSE0103NZ96/GSE0104NZ96）产生，而后进行三组信号三取一或两组信号二取一后必然导致设备误动。若将一组信号分开在组态中配置可有效避免其情况。
        修改后的动作逻辑如图5所示，在AP3跳辅机的组态中将AA层、BA层分另产生的三个信号进行三取二再进行二取一再产生GSE0102NZ.XK96。同理对跳常规岛设备的硬接线回路AA层、BA层产生的信号分别硬回路实现进行二取二再至DCS组态中形成二取一。其有效将AA层和BA层的信号产生的同一个信号进行隔离，避免了单通道故障后误动设备。

        图5修改后跳机信号参与辅机设备动作逻辑
        4.结语语
        本次通过对西门子跳机系统中跳机信号跳辅机和常规岛设备信号通道进行详细分析，指出冗余通道配置存在误动设备的可能，误动的结果严重影响设备的可靠性进而引起误跳机。本文提出两点改进建议，从软件配置上参考跳机信号送核岛跳堆信号的软硬件组态实现了真正意义上的三取二，从硬件通道配置上建议增加单通道故障引起冗余通道同时故障的改进措施，二者防止设备误动的可能。另一方面如上改进一定程序上增加了拒动的风险，但拒动发生至少需要4块卡件及以上同时故障，其概率较低。
        总之，在不违背跳机系统设备设计理念，上述改进有效防止设备误动而不引起跳辅机和常规岛设备的功能丧失，改进建议可供同类型系统的同行参考使用。
        参考文献：
        [1]GSE系统设计手册（SDM）：PYX17GSE016S40B45DD（E3）.深圳.中广核工程有限公司.2019年
        [2]GSE系统设计手册（SDM）：PYX17GSE900S40B45DD（H3）.深圳.中广核工程有限公司.2019年