罗国兵
（贵州粤黔电力有限责任公司，贵州 盘州 553505）
摘要：本文主要对某电厂600MW机组在正常运行中DEH系统转速信号异常导致机组跳闸进行了原因分析，通过一系列的排查试验，找到了DEH系统转速异常的原因，并通过优化转速选择逻辑及在输入端并入电阻的方法解决了转速异常的问题，保证了汽轮机的安全运行，为遇到类似问题的同行提供参考。
关键词：汽轮机数字电液控制系统（DEH）；汽轮机转速；汽机保护系统(TPS)
前言
某电厂4x600MW机组汽轮机为东方汽轮机厂生产的N600—16.67/538/538—1型600MW亚临界中间一次再热、冲动式、单轴三缸、四排汽凝汽式汽轮机，汽轮机控制系统采用东方汽轮机厂配套的由ABB BAILEY公司Symphony DCS控制系统组成的高压抗燃油纯数字电液控制系统（DEH）系统。其中汽机保护系统(TPS)由三块TPS02模件及以电缆连接的一个TPSTU02端子单元组成。所有与电子超速保护有关之功能皆由模件及端子单元监测和完成。这些保护功能是独立于控制系统的数据总线和多功能处理器的。这套汽机保护系统采用三冗余输入方式、三选二保护逻辑及在线试验的能力以提高可靠性。三项保护功能都有四个继电器输出至液压集成块， TPS模件利用模件板上的处理器及存贮器以处理输入数据，控制输出及与Infi90 开放控制系统进行通讯。
1 事件回顾
12月07日，1号机组负荷295MW，CCS方式，汽轮机转速3000 r/min， DEH系统运行正常，04:07:59，1号机组跳闸，首出为DEH“超速停机”，机、炉、电联动正常，跳机时DEH系统转速信号1、2、3分别为2970 r/min、3000 r/min、3001 r/min。
2 原因分析
2.1转速选择判断逻辑介绍
根据DEH系统转速选择判断逻辑图看出：送入DEH系统的3个磁阻式转速信号，现以转速信号1为例，进行转速信号1故障判断如下说明：
（1）、当机组转速高于500r/min时，转速1信号坏质量或者转速1与选择后的转速（三取中值逻辑）偏差超过± 10r/min；
（2）、转速模件坏质量。
以上两个条件任一满足时，就会触发转速信号1故障，当3个转速信号中有任意2个触发转速故障时，选择后的转速会切换至最大值，触发超速保护跳机。
2.2 DEH超速保护动作的原因分析
通过对异常事件发生时段的历史趋势、报警记录及机组运行状态分析发现，在4:07:59时，转速信号2故障和转速信号 3 故障及转速故障同时发生过翻转，但未发现转速模件坏质量及转速信号（1、2、3）坏质量报警记录，由此依据转速选择判断逻辑得出：当3个转速信号中有任意2个触发转速故障时，机组转速信号会切换至最大值，触发超速保护跳机，因此，导致DEH超速保护动作的原因是转速信号2、3故障，而转速信号2、3故障是由于当时瞬间转速2或转速3中有一个信号受某种原因干扰，其转速值低于转速1（2970r/min）10r/min以上，从而导致转速2和转速3值与选择后的转速（此刻是转速1）偏差同时大于10r/min，干扰原因需要进一步分析。
2.3转速信号（1、2、3）故障的原因分析
为了进一步搞清干扰信号产生的原因，将机组转速稳定在3000r/min，但未并网，对转速信号（1、2、3）的整个测量回路进行逐一排查，现以转速信号1（2970r/min）为例进行逐项检查，具体如下：
2.3.1、电缆接线端子及屏蔽检查：在就地接线盒及DEH机柜端子处接线均牢固，无松动现象；电缆屏蔽线在机柜侧单端接地。
2.3.2、在DEH系统TPS端子板处（未拆线）测量转速1、2、3的电压分别为3.048VAC、6.62VAC、7.01VAC，转速1信号电压值略为偏低。
2.3.3、在TPS端子板处将转速1的正端接线拆除，DEH系统上转速显示坏质量；负端接线拆除，DEH系统上转速显示3000 r/min，且较为稳定。
2.3.4、重新敷设一根新电缆替换转速1原来的电缆后，DEH系统上转速仍显示2970r/min，且在左右波动，证明电缆无问题。
2.3.5、用信号发生器对转速1通道进行验证，输入6700hz频率信号，DEH系统上转速显示3000 r/min，证明转速1通道无问题。
2.3.5、在转速校验台上安装1个磁阻式探头，并接入转速1通道，分别给定1000 r/min、2000 r/min、3000 r/min，DEH系统上转速均显示正常，再次证明转速1通道无问题。
2.3.6、将1号机组转速1信号引入2号机组DEH系统TPS端子板通道3（已核实通道正常），显示2855 r/min，且在左右频繁波动，判断转速1传感器可能存在问题。
2.3.7、将转速1、转速2、转速3信号分别接入示波器中，观察信号波形，发现转速1丢波较为严重，转速2、转速3偶尔也会出现丢波现象，转速1波形如下图（一)所示：
图（一)转速1波形
2.3.8、1号机组自2006年投产以来，已运行12年，TPS02模件及端子板未进行更换，不排除元器件老化导致模件、端子板等匹配性能、抗干扰能力下降。
2.3.9、用同样的方法对转速2、转速3进行逐项检查，问题汇总如下。
2.3.11.1、3个转速信号（1、2、3）共用一根电缆外，不排除某一瞬间受强电信号干扰的可能性。
2.3.12.2、从3个转速信号的波形看出，均存在不同程度的丢波现象，可能是由于信号干扰导致。
2.3.13.3、TPS02模件及端子板使用时间较长，不排除元器件老化导致模件、端子板等匹配性能、抗干扰能力下降的可能。
综上所述：导致转速信号（1、2、3）故障的原因最大的可能性就是外部磁场干扰。
3 控制策略及硬件方面存在的问题
送入DEH系统的3个转速信号均在同一块端子板上（TPS02）,甚至包括并网信号、功率、中排压力、复位等重要信号，严重违反《防止电力生产事故的二十五项重点要求》第9.4.3条:所有重要的主、辅机保护都应采用“三取二”的逻辑判断方式，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，确因系统原因测点数量不够，应有防止保护误动措施的要求。
DEH系统转速选择判断逻辑设计不合理，机组在并网运行方式下，不可能发生实际超速，而逻辑设计为机组在并网或者非并网状态下，只要满足3个转速信号中有2个转速信号故障后就会将机组转速选择值切至最大值，从而导致机组跳闸。
4 解决方案
针对以上个问题，经公司相关部门讨论决定，并咨询东汽、ABB等相关单位，制定解决方案，具体如下：
（1）针对以上第2.3.12.3、第3.1等2个问题，已咨询ABB厂家暂无分体的产品进行替换，建议更换新的TPS02端子板。
（2）针对DEH系统转速选择判断逻辑设计不合理的问题，增加发电机并网信号作为判断依据，即（a）在机组处于并网方式下，当发生2个及以上转速偏差± 10rpm或者故障时，不选择转速最大值，从而不触发超速保护动作；（b）在非并网方式下，转速偏差± 10rpm或者故障触发超速保护条件不变。
（3）利用机组停机时，重新敷设3根电缆，将DEH系统的3个转速信号独立分开，并将转速传感器的屏蔽层接入DEH系统机柜进行接地；
（4）关于外部磁场干扰问题：根据磁阻传感器工作原理可知，当测速齿轮随主机转动时，测速传感器与测速齿轮间的间隙发生的周期性的改变，对于传感器的磁回路，其磁阻也是周期改变的，这样通过磁铁的磁通量也就周期变化。当输出电压的幅值小时，很容易受到环境干扰，使信号扰动、淹没，只有消除或降低感应电势之外磁场分压的干扰效果才能解决问题。
处理方案为：在转速信号1端子板侧的输入端子正端、负端接入一个可调的电阻，在3000 r/min定速工况下，调节电阻找到消除感应电压时的电阻值，当电阻值调整到10KΩ时，转速1信号恢复正常，达到3000 r/min，且波形稳定；按照同样的方法对转速2、转速3进行处理，只是电阻值调整到5KΩ时，转速2、转速3的波形就恢复正常，最后在转速1端子处并入1个10KΩ的定值电阻，在转速2、转速3处并入1个5KΩ的定值电阻，处理后的转速波形图如下图（二）所示：
图（二）处理后的转速波形图
5 结束语
汽轮机的转速信号是机组重要参数之一，其测量的准确性严重影响着机组的安全运行，尤其是汽轮机的磁阻式转速测量系统，抗干扰性能低，因此提高磁阻式传感器外接频率信号交换器输入电阻，增强输入转速控制器的电流信号强度，可以使测量线圈中感应电流产生的磁场外分压效果消失,消除进入转速控制器的磁感干扰；同时，由于硬件及软件存在着一定的局限性，进一步优化转速控制逻辑，确保控制逻辑的完善，提高机组保护的可靠性，对机组的安全运行至关重要。
参考文献
[1]王军.关于火电厂汽轮机调速保护系统异常分析处理探讨[J].轻松学电脑, 2019, 000(013):1-1.
[2]赵新洲.关于火电厂汽轮机调速保护系统异常分析处理探讨[J]. 山东工业技术, 2019, 283(05):223.