ETS是汽輪機緊急跳閘保護系統(tǒng)的簡稱。其功能是：當汽輪機監(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)汽輪機保護功能示意圖。
由圖1可知，當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#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)抗保護拒動和誤動的能力帶來一定的影響。ETS保護功能兩種實現(xiàn)方式的優(yōu)缺點對比如表一所示。
由表一的比較可知，采用DCS實現(xiàn)ETS功能，具有保護信號處理方式先進、邏輯運算可靠性高和通道動作試驗方便、便于進行事故分析等優(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功能的拒動和誤動問題，必須采取多種措施進行克服，確保汽輪機的安全運行。
3．1 保護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40個，所以，需要多個輸入卡件進行信號采集，而采集后的信號互相之間進行邏輯運算時，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。
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模塊進行運算，從而避免采用總線通訊的連接方式。當系統(tǒng)通訊總線故障時，各輸入信號仍可以在開關(guān)量輸入/輸出卡件中進行運算并最終驅(qū)動跳閘繼電器，因此，不會發(fā)生保護拒動的現(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行修改，但現(xiàn)有的保護功能仍可正常實現(xiàn)，不會造成保護拒動。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。
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信號不刷新，導(dǎo)致保護功能的拒動。為此，采用如圖4所示的方式，將各保護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，以便提高保護功能的可靠性。
由圖4可知，當卡件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，則當輸入信號變化時，#1跳閘電磁閥仍可執(zhí)行正常的保護動作，系統(tǒng)不會導(dǎo)致保護的拒動。
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，當在線更換開關(guān)量輸入/輸出卡件時，可避免保護功能的拒動和誤動。ETS系統(tǒng)采用失電跳閘的保護方式，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功能的拒動。同時，由圖4可知，當開關(guān)量輸入/輸出卡件A1故障時，因采用失電跳閘的保護方式，拔出此卡件進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的拒動和誤動。
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。
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)。
（轉(zhuǎn)載）
