1. 傳統(tǒng)的ETS組成及其特點

　　ETS是汽輪機緊急跳閘保護(hù)系統(tǒng)的簡稱。其功能是：當(dāng)汽輪機監(jiān)視的重要參數(shù)越限時,關(guān)閉汽輪機的主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥,使汽輪機處于安全狀態(tài)。傳統(tǒng)的 ETS系統(tǒng)由供電裝置、開關(guān)量變送器、繼電器、測速傳感器及轉(zhuǎn)換電路、跳閘電磁閥、試驗電磁閥等組成。供電裝置向整個系統(tǒng)提供可靠的交、直流電源;開關(guān)量變送器用于測量汽輪機的重要參數(shù);跳閘電磁閥用于卸掉安全油和調(diào)節(jié)油的油壓，從而關(guān)閉汽輪機的主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥;繼電器用來實現(xiàn)輸入信號的擴展、隔離、邏輯運算等功能，并驅(qū)動跳閘電磁閥和試驗電磁閥，同時將引起跳閘動作的輸入信號送至SOE記錄裝置。圖1是ETS系統(tǒng)實現(xiàn)汽輪機保護(hù)功能示意圖。

　　圖1 ETS系統(tǒng)組成示意圖

　　由圖1可知，當(dāng)汽輪機某項重要參數(shù)越限時，經(jīng)邏輯運算，驅(qū)動四只跳閘電磁閥動作。其中，#1跳閘電磁閥和#3跳閘電磁閥只要有一個動作，則#1跳閘通道動作;#2跳閘電磁閥和#4跳閘電磁閥只要有一個動作，則#2跳閘通道動作;當(dāng)#1、#2跳閘通道均動作時，汽輪機跳閘。

　　采用繼電器實現(xiàn)的ETS系統(tǒng)具有動作可靠、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，并具有完善的防保護(hù)誤動和拒動的措施。但系統(tǒng)長時間運行后，繼電器回路會逐漸出現(xiàn)電磁線圈老化、接點電阻增大等問題，影響保護(hù)功能的可靠性，而且系統(tǒng)本身沒有歷史趨勢記錄和事故跳閘順序記錄功能，不便于進(jìn)行機組跳閘后的事故分析，并且隨著 DCS(分散控制系統(tǒng))在發(fā)電廠的廣泛應(yīng)用，獨立的ETS系統(tǒng)已不能適應(yīng)信息集中、危險分散的監(jiān)控模式。

　　2.采用DCS系統(tǒng)實現(xiàn)ETS功能的優(yōu)點及存在的隱患

　　近年來，各新建電廠在設(shè)計機組熱工控制系統(tǒng)時，幾乎普遍采用了DCS系統(tǒng)一體化設(shè)計，即一套DCS系統(tǒng)包括了FSSS(鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng))、 CCS(協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))、SCS(順序控制系統(tǒng))、DAS(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))、DEH(汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng))、MEH(小汽機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng))、 ECS(電氣量控制系統(tǒng))以及ETS系統(tǒng)。但如何通過DCS系統(tǒng)可靠地實現(xiàn)汽輪機緊急跳閘保護(hù)功能，相關(guān)的行業(yè)規(guī)程并沒有作出具體規(guī)定，因此，設(shè)計人員只能根據(jù)所采用的DCS系統(tǒng)特點和個人經(jīng)驗，將原繼電器邏輯所實現(xiàn)的保護(hù)功能，由DCS系統(tǒng)的軟件邏輯實現(xiàn)，因而不可避免地對ETS系統(tǒng)抗保護(hù)拒動和誤動的能力帶來一定的影響。ETS保護(hù)功能兩種實現(xiàn)方式的優(yōu)缺點對比如表一所示。

　　表一 ETS系統(tǒng)兩種實現(xiàn)方式的比較

　　由表一的比較可知，采用DCS實現(xiàn)ETS功能，具有保護(hù)信號處理方式先進(jìn)、邏輯運算可靠性高和通道動作試驗方便、便于進(jìn)行事故分析等優(yōu)點，但存在計算機主機故障、卡件故障和通訊故障導(dǎo)致保護(hù)拒動或誤動的隱患。因此，如何消除上述隱患，保證汽輪機保護(hù)功能的可靠，是采用DCS實現(xiàn)ETS功能需要解決的關(guān)鍵問題。

　　3.防止DCS系統(tǒng)故障導(dǎo)致汽輪機緊急跳閘保護(hù)功能拒動和誤動的措施

　　針對DCS系統(tǒng)通訊中斷、卡件故障、主機死機等異常情況下，可能導(dǎo)致汽輪機緊急跳閘保護(hù)功能的拒動和誤動問題，必須采取多種措施進(jìn)行克服，確保汽輪機的安全運行。

　　3.1 保護(hù)信號的傳遞采用特殊的全硬接線方式，防止通訊總線故障帶來的影響。

　　由于ETS系統(tǒng)輸入信號較多，DCS系統(tǒng)的開關(guān)量輸入卡件難以一次將全部信號進(jìn)行采集，一般DCS系統(tǒng)每塊開關(guān)量輸入卡件可最多輸入16個信號，而ETS 需處理的開關(guān)量多達(dá)40個，所以，需要多個輸入卡件進(jìn)行信號采集，而采集后的信號互相之間進(jìn)行邏輯運算時，如采用卡件間網(wǎng)上通訊方式，則會受通訊總線可靠性的影響。針對此問題，可以采用特殊的全硬接線方式，即采用多個輸入信號送至一塊卡件進(jìn)行運算后輸出單個信號，再通過硬接線送往另一塊卡件作為其中的一個輸入信號進(jìn)行邏輯運算處理，最后驅(qū)動跳閘回路的方式，實現(xiàn)各卡件間開關(guān)量信號的邏輯運算。圖2所示為實現(xiàn)此方案的示意圖。

　　圖2 DCS系統(tǒng)輸入卡件間硬接線方式傳遞信號示意圖

　　由上圖可知，多個輸入信號在開關(guān)量輸入/輸出卡件中，由PLB(可編程邏輯運算模塊)運算后輸出運算結(jié)果，送至下一個開關(guān)量輸入/輸出卡件，與其他輸入信號再通過PLB模塊進(jìn)行運算，從而避免采用總線通訊的連接方式。當(dāng)系統(tǒng)通訊總線故障時，各輸入信號仍可以在開關(guān)量輸入/輸出卡件中進(jìn)行運算并最終驅(qū)動跳閘繼電器，因此，不會發(fā)生保護(hù)拒動的現(xiàn)象。

　　3.2 控制計算機(上位計算機)采用雙冗余方式運行，且將運算用的程序下裝到各開關(guān)量輸入/輸出卡件運行，防止控制計算機故障對保護(hù)功能的影響。

　　如圖3所示，在正常情況下，各開關(guān)量輸入/輸出卡件受上位計算機控制，而上位計算機采用雙主機運行，一臺主控，一臺備用，主控計算機故障時，備用計算機自動切到控制方式，因此，提高了系統(tǒng)的可靠性。而當(dāng)兩臺控制計算機均發(fā)生故障時，由于各開關(guān)量輸入/輸出卡件上運行的PLB(可編程邏輯運算模塊)可不依賴上位計算機獨立運行，此時雖然不能對邏輯進(jìn)行修改，但現(xiàn)有的保護(hù)功能仍可正常實現(xiàn)，不會造成保護(hù)拒動。采用此方案的關(guān)鍵是，邏輯運算程序必須能在輸入/輸出卡件上獨立運行。

　　圖3 采用雙控制計算機、能獨立運行PLB的ETS系統(tǒng)示意圖

　　3.3 采用雙開關(guān)量輸入/輸出卡件并聯(lián)接線、同時運行方式，防止一塊卡件故障時導(dǎo)致的保護(hù)拒動。

　　DCS系統(tǒng)的開關(guān)量輸入/輸出卡件故障時，會造成該卡件處理的保護(hù)信號不刷新，導(dǎo)致保護(hù)功能的拒動。為此，采用如圖4所示的方式，將各保護(hù)信號同時送入兩個同樣的卡件，在兩卡件中運行相同的邏輯，兩塊卡件的輸出驅(qū)動相同的跳閘電磁閥，以便提高保護(hù)功能的可靠性。

　　圖4 DCS系統(tǒng)中雙卡件、雙PLB運行示意圖

　　由圖4可知，當(dāng)卡件A1故障時，其中的程序不能運行，輸入信號動作后，運算結(jié)果A1也不變，但卡件B1仍正常運行，則當(dāng)輸入信號變化時，#1跳閘電磁閥仍可執(zhí)行正常的保護(hù)動作，系統(tǒng)不會導(dǎo)致保護(hù)的拒動。

　　3.4 采用兩路互相獨立的電源供電、跳閘電磁閥失電跳閘動作方式、兩跳閘通道互相隔離和雙卡并聯(lián)運行的方式，當(dāng)在線更換開關(guān)量輸入/輸出卡件時，可避免保護(hù)功能的拒動和誤動。ETS系統(tǒng)采用失電跳閘的保護(hù)方式，可以保證系統(tǒng)兩路電源均喪失時，汽輪機立即跳閘，避免因工作電源喪失后造成保護(hù)功能的拒動。同時，由圖4可知，當(dāng)開關(guān)量輸入/輸出卡件A1故障時，因采用失電跳閘的保護(hù)方式，拔出此卡件進(jìn)行更換會造成其輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，即#1跳閘電磁閥由帶電變?yōu)槭щ姡?1跳閘通道動作;但由圖1可知，此時#2、#4跳閘電磁閥未失電，#2跳閘通道不動作，則汽輪機不會跳閘，保護(hù)功能不會誤動。

　　3.5 為防止DCS機柜卡件母板及供電裝置發(fā)生的故障導(dǎo)致保護(hù)功能的誤動，各跳閘通道的輸入、輸出卡件要合理安排、分層布置。

　　如圖5所示：將控制#1跳閘電源閥的所有卡件布置在卡件柜的第一層，控制#2、#3、#4跳閘電磁閥的所有卡件布置在卡件柜的第二、三、四層，同時，各層供電裝置相互獨立，任一層供電裝置或機架發(fā)生故障，均不會造成汽輪機跳閘保護(hù)的拒動和誤動。

　　圖5 采用分層布置的ETS系統(tǒng)卡件安裝示意圖

　　3.6 采用兩套完全獨立的電源向輸出繼電器和跳閘電磁閥供電，提高電源的可靠性。DCS系統(tǒng)的輸出繼電器采用24VDC供電，跳閘電磁閥采用 110VAC供電，為防止各路電源發(fā)生故障互相影響，造成保護(hù)誤動、汽輪機跳閘，采用如圖6所示的供電方式，提高ETS系統(tǒng)的可靠性。

　　圖6 ETS系統(tǒng)交直流獨立供電聯(lián)接示意圖

　　4.結(jié)束語

　　ETS系統(tǒng)納入DCS系統(tǒng)并采取上述措施后，汽輪機保護(hù)功能的可靠性大大提高。石橫發(fā)電廠#1機組ETS系統(tǒng)已于2005年按上述方案成功進(jìn)行改造，DCS系統(tǒng)采用的是FOXBORO公司的FOX I/A’S分散控制系統(tǒng)。系統(tǒng)改造完成后，進(jìn)行了全面的防保護(hù)拒動和誤動試驗，試驗證明：機組運行時，即使發(fā)生DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)崩潰、所有控制計算機均故障、任一塊開關(guān)量輸入/輸出卡件故障、通訊總線故障或在線更換任何硬件，均不會導(dǎo)致汽輪機跳閘保護(hù)的拒動和誤動，應(yīng)用上述方案取得圓滿成功，值得在電力行業(yè)進(jìn)行推廣。