汽輪機緊急跳閘系統ETS應用案例

一、概述

汽輪機的危急遮斷系統（ETS），是保證汽輪發電機組正常運行的必不可少的安全保護裝置。汽輪機運行中，當存在某種可能導致機組受損害的危險情況時，ETS裝置可使汽輪機自動緊急遮斷，保護機組的安全。

二、硬件介紹

由于ETS系統是確保機組安全運行的最后一道自動保護裝置，因此，對系統的可靠性和快速性有非常高的要求。

目前，公司ETS系統使用和利時擁有自主知識產權的LM系列PLC模塊。該系列模塊已經先后為400多家用戶提供產品和解決方案，包括北京地鐵監控改造、核電安全報警監控、環保節能、污水處理無線監控等等。

下面以ETS通常選用的CPU模塊LM3108為例，進行簡要說明。

LM3108 CPU模塊的主要特性：

·模塊集成了24輸入/16輸出，共40個開關量I/O點；

·可連接7個擴展模塊，最大擴展至264路數字量I/O點或者56路模擬量I/O點；

·3個獨立的100KHz高速計數器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出；

·響應時間<1ms；

·1個RS232通訊口，1個RS485通訊口，通訊協議有專有協議、MODBUS協議和自由協議等方式。

當PLC需要作為從站連接到PROFIBUS-DP網絡時，只要配上PROFIBUS-DP從站模塊LM3401即可，該模塊上可以設置波特率、模塊地址等通訊參數。

同樣，當PLC需要作為從站接入MODBUS/TCP網絡時，只要配上MODBUS/TCP從站模塊LM3403即可，該模塊上可以設置IP地址。

圖一 CPU模塊外觀圖

另外，當CPU集成的I/O通道不夠用時，可以另配擴展模塊。

圖二 擴展模塊外觀圖

三、軟件介紹

PLC的組態軟件為PowerPro，該軟件基于Windows環境，符合IEC61131-3國際標準，具有離線仿真功能，用戶可在程序試運行之前測試邏輯正確與否，而無需下載到硬件設備，極大方便程序的調試，具有豐富高效的指令與功能塊，眾多的數據類型，靈活多樣的編程實現方法，并且具有用戶程序的密碼保護功能。

下圖為ETS監視畫面圖，綠燈為默認狀態，當相應項開關投入或者來ETS保護動作條件時變成紅燈。其中如凝汽器真空低、潤滑油壓低等有3路信號參與保護時，在邏輯里作3取2處理，當任何2路動作時，ETS遮斷動作。

圖三 監視畫面圖1

圖四 監視畫面圖2

四、ETS設計要點

1、獨立、冗余的電源系統

系統要連續可靠運行，電源是不可缺少的，電源的設計就尤為重要。我們采用冗余的電源系統，引兩路220VAC電源至控制柜，其中一路來自UPS，一路來自廠用電，分別至24VDC電源轉換模塊，如果任何一路電源出現故障，系統仍可正常工作。

2、冗余的硬件配置

從原理圖上可以看出，我們采用冗余的PLC配置，兩套系統完全獨立，同時工作，當任何一套PLC出現故障時系統仍可完成遮斷任務。

圖五 ETS原理圖

3、接入信號

要求各路保護信號由硬接線方式接入系統柜，以減少中間環節和延遲時間。通常參與保護的條件有：發電機主保護動作、凝汽器真空低、潤滑油壓低、軸向位移大、汽機超速、DEH開出打閘、軸承回油溫度高及手動停機等。系統設置有備用通道，除了上述信號，當用戶需要加入其他條件參與保護時，可以方便接入。

4、手動停機信號

一般，現場會設計一路手動停機信號進入ETS系統，通常設在監視及操作該臺汽輪機的控制臺上，并且為加蓋雙按鈕串聯設計。該信號進入ETS控制柜后，其中一副觸點直接接入輸出回路而不通過PLC，以實現快速停機，為實現監視及首出記錄，另外接兩副觸點分別進PLC系統。

5、首出回路

當ETS系統動作后，為盡快排除故障，要求迅速、準確地掌握機組跳閘的原因。因此，ETS邏輯上設計有首出回路，用以記錄跳閘回路中首先出現的跳閘條件。

在重新開機前，務必將首出信號復位，否則下次停機時ETS系統無法判斷首出信號。控制柜上設計有首出復位按鈕，首出復位可以根據現場需要在畫面做復位按鈕，硬件復位按鈕和軟復位按鈕操作其中一個即可。

6、ETS動作輸出

ETS輸出信號類型取決于現場設備。按照設計需要ETS提供有源輸出信號，如果為有源信號，那么需要單獨將一路電源送進ETS給現場設備供電。如果輸出給停機電磁閥的信號為脈寬型，可以根據需要設置脈寬長度。

7、投切開關

系統設計有ETS總投切開關及各動作條件的分項投切開關。可以根據需要，配合組態使用。通常設計為，只有總投切開關投入時系統才會動作輸出。對于各個分項可以選擇性投入，當暫時不需要某個信號參與保護時可以將其切除。為安全可靠起見，投切開關不作軟投切按鈕。

圖六 投切開關及電源指示面板圖

8、電源監視

對兩路引入機柜的系統電源設有電源監視，當兩路電源均消失時，提醒相應人員采取必要措施。并且在機柜內部設計有電源指示燈。

9、SOE信號輸出端口預留

一些現場信號通常只有一副觸點，為保證安全，將該信號接入ETS機柜，在ETS控制柜里通過擴展預留了SOE信號端口，以便送給SOE裝置使用。

五、總結

安全生產是電廠工作的重中之重，ETS作為汽輪機保護中電子部分的最后一個環節，有著至關重要的地位。鑒于ETS系統的重要性，我們選取快速的PLC控制。從電源系統、信號輸入、信號處理及動作輸出各個環節考慮了系統的快速性和可靠性。

ETS機柜可以單獨使用，也可以接入大型控制系統。

ETS系統是現場控制系統的一部分，必將涉及到與現場及其他系統的信號接口問題，因此在系統設計前必須對個環節作充分考慮及協商。

作為緊急跳閘系統，為了保證系統的獨立性和安全性，ETS僅通過控制停機電磁閥來控制汽輪機保安系統，關閉汽輪機全部蒸汽進汽閥，緊急停機，因此，對與報警或者聯動等其他功能建議不做在ETS柜。