一、概述

汽輪機(jī)的危急遮斷系統(tǒng)（ETS），是保證汽輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的必不可少的安全保護(hù)裝置。汽輪機(jī)運(yùn)行中，當(dāng)存在某種可能導(dǎo)致機(jī)組受損害的危險(xiǎn)情況時(shí)，ETS裝置可使汽輪機(jī)自動(dòng)緊急遮斷，保護(hù)機(jī)組的安全。

二、硬件介紹

由于ETS系統(tǒng)是確保機(jī)組安全運(yùn)行的最后一道自動(dòng)保護(hù)裝置，因此，對(duì)系統(tǒng)的可靠性和快速性有非常高的要求。

目前，公司ETS系統(tǒng)使用和利時(shí)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LM系列PLC模塊。該系列模塊已經(jīng)先后為400多家用戶提供產(chǎn)品和解決方案，包括北京地鐵監(jiān)控改造、核電安全報(bào)警監(jiān)控、環(huán)保節(jié)能、污水處理無(wú)線監(jiān)控等等。

下面以ETS通常選用的CPU模塊LM3108為例，進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

LM3108 CPU模塊的主要特性：

·模塊集成了24輸入/16輸出，共40個(gè)開關(guān)量I/O點(diǎn)；

·可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至264路數(shù)字量I/O點(diǎn)或者56路模擬量I/O點(diǎn)；

·3個(gè)獨(dú)立的100KHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20KHz高速脈沖輸出；

·響應(yīng)時(shí)間<1ms；

·1個(gè)RS232通訊口，1個(gè)RS485通訊口，通訊協(xié)議有專有協(xié)議、MODBUS協(xié)議和自由協(xié)議等方式。

當(dāng)PLC需要作為從站連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)時(shí)，只要配上PROFIBUS-DP從站模塊LM3401即可，該模塊上可以設(shè)置波特率、模塊地址等通訊參數(shù)。

同樣，當(dāng)PLC需要作為從站接入MODBUS/TCP網(wǎng)絡(luò)時(shí)，只要配上MODBUS/TCP從站模塊LM3403即可，該模塊上可以設(shè)置IP地址。

圖一 CPU模塊外觀圖

另外，當(dāng)CPU集成的I/O通道不夠用時(shí)，可以另配擴(kuò)展模塊。

圖二 擴(kuò)展模塊外觀圖

三、軟件介紹

PLC的組態(tài)軟件為PowerPro，該軟件基于Windows環(huán)境，符合IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，具有離線仿真功能，用戶可在程序試運(yùn)行之前測(cè)試邏輯正確與否，而無(wú)需下載到硬件設(shè)備，極大方便程序的調(diào)試，具有豐富高效的指令與功能塊，眾多的數(shù)據(jù)類型，靈活多樣的編程實(shí)現(xiàn)方法，并且具有用戶程序的密碼保護(hù)功能。

下圖為ETS監(jiān)視畫面圖，綠燈為默認(rèn)狀態(tài)，當(dāng)相應(yīng)項(xiàng)開關(guān)投入或者來(lái)ETS保護(hù)動(dòng)作條件時(shí)變成紅燈。其中如凝汽器真空低、潤(rùn)滑油壓低等有3路信號(hào)參與保護(hù)時(shí)，在邏輯里作3取2處理，當(dāng)任何2路動(dòng)作時(shí)，ETS遮斷動(dòng)作。

圖三 監(jiān)視畫面圖1

圖四 監(jiān)視畫面圖2

四、ETS設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、獨(dú)立、冗余的電源系統(tǒng)

系統(tǒng)要連續(xù)可靠運(yùn)行，電源是不可缺少的，電源的設(shè)計(jì)就尤為重要。我們采用冗余的電源系統(tǒng)，引兩路220VAC電源至控制柜，其中一路來(lái)自UPS，一路來(lái)自廠用電，分別至24VDC電源轉(zhuǎn)換模塊，如果任何一路電源出現(xiàn)故障，系統(tǒng)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(tǒng)完全獨(dú)立，同時(shí)工作，當(dāng)任何一套PLC出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)仍可完成遮斷任務(wù)。

圖五 ETS原理圖

3、接入信號(hào)

要求各路保護(hù)信號(hào)由硬接線方式接入系統(tǒng)柜，以減少中間環(huán)節(jié)和延遲時(shí)間。通常參與保護(hù)的條件有：發(fā)電機(jī)主保護(hù)動(dòng)作、凝汽器真空低、潤(rùn)滑油壓低、軸向位移大、汽機(jī)超速、DEH開出打閘、軸承回油溫度高及手動(dòng)停機(jī)等。系統(tǒng)設(shè)置有備用通道，除了上述信號(hào)，當(dāng)用戶需要加入其他條件參與保護(hù)時(shí)，可以方便接入。

4、手動(dòng)停機(jī)信號(hào)

一般，現(xiàn)場(chǎng)會(huì)設(shè)計(jì)一路手動(dòng)停機(jī)信號(hào)進(jìn)入ETS系統(tǒng)，通常設(shè)在監(jiān)視及操作該臺(tái)汽輪機(jī)的控制臺(tái)上，并且為加蓋雙按鈕串聯(lián)設(shè)計(jì)。該信號(hào)進(jìn)入ETS控制柜后，其中一副觸點(diǎn)直接接入輸出回路而不通過(guò)PLC，以實(shí)現(xiàn)快速停機(jī)，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)視及首出記錄，另外接兩副觸點(diǎn)分別進(jìn)PLC系統(tǒng)。

5、首出回路

當(dāng)ETS系統(tǒng)動(dòng)作后，為盡快排除故障，要求迅速、準(zhǔn)確地掌握機(jī)組跳閘的原因。因此，ETS邏輯上設(shè)計(jì)有首出回路，用以記錄跳閘回路中首先出現(xiàn)的跳閘條件。

在重新開機(jī)前，務(wù)必將首出信號(hào)復(fù)位，否則下次停機(jī)時(shí)ETS系統(tǒng)無(wú)法判斷首出信號(hào)。控制柜上設(shè)計(jì)有首出復(fù)位按鈕，首出復(fù)位可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要在畫面做復(fù)位按鈕，硬件復(fù)位按鈕和軟復(fù)位按鈕操作其中一個(gè)即可。

6、ETS動(dòng)作輸出

ETS輸出信號(hào)類型取決于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。按照設(shè)計(jì)需要ETS提供有源輸出信號(hào)，如果為有源信號(hào)，那么需要單獨(dú)將一路電源送進(jìn)ETS給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。如果輸出給停機(jī)電磁閥的信號(hào)為脈寬型，可以根據(jù)需要設(shè)置脈寬長(zhǎng)度。

7、投切開關(guān)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)有ETS總投切開關(guān)及各動(dòng)作條件的分項(xiàng)投切開關(guān)。可以根據(jù)需要，配合組態(tài)使用。通常設(shè)計(jì)為，只有總投切開關(guān)投入時(shí)系統(tǒng)才會(huì)動(dòng)作輸出。對(duì)于各個(gè)分項(xiàng)可以選擇性投入，當(dāng)暫時(shí)不需要某個(gè)信號(hào)參與保護(hù)時(shí)可以將其切除。為安全可靠起見(jiàn)，投切開關(guān)不作軟投切按鈕。

圖六 投切開關(guān)及電源指示面板圖

8、電源監(jiān)視

對(duì)兩路引入機(jī)柜的系統(tǒng)電源設(shè)有電源監(jiān)視，當(dāng)兩路電源均消失時(shí)，提醒相應(yīng)人員采取必要措施。并且在機(jī)柜內(nèi)部設(shè)計(jì)有電源指示燈。

9、SOE信號(hào)輸出端口預(yù)留

一些現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通常只有一副觸點(diǎn)，為保證安全，將該信號(hào)接入ETS機(jī)柜，在ETS控制柜里通過(guò)擴(kuò)展預(yù)留了SOE信號(hào)端口，以便送給SOE裝置使用。

五、總結(jié)

安全生產(chǎn)是電廠工作的重中之重，ETS作為汽輪機(jī)保護(hù)中電子部分的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，有著至關(guān)重要的地位。鑒于ETS系統(tǒng)的重要性，我們選取快速的PLC控制。從電源系統(tǒng)、信號(hào)輸入、信號(hào)處理及動(dòng)作輸出各個(gè)環(huán)節(jié)考慮了系統(tǒng)的快速性和可靠性。

ETS機(jī)柜可以單獨(dú)使用，也可以接入大型控制系統(tǒng)。

ETS系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的一部分，必將涉及到與現(xiàn)場(chǎng)及其他系統(tǒng)的信號(hào)接口問(wèn)題，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前必須對(duì)個(gè)環(huán)節(jié)作充分考慮及協(xié)商。

作為緊急跳閘系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)的獨(dú)立性和安全性，ETS僅通過(guò)控制停機(jī)電磁閥來(lái)控制汽輪機(jī)保安系統(tǒng)，關(guān)閉汽輪機(jī)全部蒸汽進(jìn)汽閥，緊急停機(jī)，因此，對(duì)與報(bào)警或者聯(lián)動(dòng)等其他功能建議不做在ETS柜。