汽轮机危急跳闸系统的探讨
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摘要：汽轮机危急跳闸系统即ETS系统（Emergency Trip System），它是根据汽轮机安全运行的要求，接受就地一次仪表、TSI二次仪表以及其它系统来的停机信号，控制停机电磁阀，使汽轮机组紧急停机，保护汽轮机的安全。广义地讲，它包括机械危急遮断系统，电气保护装置及现场检测执行元件等在内的所有保护部套。其中危急遮断系统包括机械危急遮断器，危急遮断油门及其试验装置、手动停机装置、轴向位移遮断装置、真空低遮断装置、隔膜阀等。电气保护装置包括电气柜、电源、电子线路板、计算机卡件、继电器、接触器、电气线路及其保护逻辑等。就地执行元件包括用于截断汽轮机进汽的主汽阀及其油动机、再热主汽阀及其油动机，紧急停机电磁阀、各种压力、温度、行程开关等。狭义地讲，ETS系统仅指电气保护装置及其电气检测、执行元件。本文对ETS系统的设置原则、方法进行一些初步的探讨，以进一步做到ETS设计的规范化，并对火电机组有一定的借鉴作用。
关键词：汽轮机 ETS 保护
一、ETS设计的基本要求 汽轮机危急跳闸系统ETS(EMERGENCY TRIP SYSTEM)的主要任务是监督对机组安全有重大影响的某些参数，当这些参数超过安全限定值时，该系统就通过AST电磁阀失电泄去汽机危急遮断油，关闭汽机全部蒸汽进汽阀门，紧急停机。因此，对于ETS设计的基本要求就是高可靠性。DCS系统发展到现阶段，虽然越来越多的厂家对DCS系统本身的可靠性并不持十分怀疑态度，但鉴于ETS的特殊地位，对EST设计提出的高要求也是应该和合理的。
二、ETS系统概述
ETS是在紧急情况下，迅速关闭汽轮机进汽阀门，切断汽轮机所有进汽的保护系统。ETS设计一般包括硬件设计和软件设计两个方面，因此其可靠性设计也体现在这两个方面。 ETS硬件设计主要包括ETS监视的参数类型和数量(即哪些参数会危急到机组安全并需要立即停机)、跳闸控制块、试验块的设计，以及ETS在 DCS系统中控制器和I/0模件的分配设计等。 ETS软件一般由汽轮机厂家配套供应，设计主要包括对ETS监视参数(即输入信号)的处理回路、跳闸回路、试验回路和跳闸首出回路以及报警回路的设计等。ETS的可靠性设计也从上述两方面进行考虑，但各个厂家或设计院或工程实施方考虑的方面也不尽相同。 ETS监视的参数一般有:润滑油压低跳闸、真空低跳闸、EH油压低跳闸、轴向位移大跳闸、振动大跳闸、胀差大跳闸、DEH超速跳闸、发电机跳闸、锅炉MFT跳闸、DEH故障停机、高排压比低停机、主汽温度低跳闸、高压缸排汽温度高高、发电机定子冷却水断水、手动停机等。
ETS系统设置原则
ETS系统的设置应本着简洁、直接、独立、快速的原则：
尽量减少各种中间环节和时间延迟，尽量避免转接、扩展和转换。因此不能将信号传递串接使用。
2．ETS系统应为一个独立的系统，具有独立的供电系统，要求采用冗余的直流电源和交流电源（当不能采用独立电源或失电后保护逻辑不能被执行时，则必须设计成失电跳机方式，如带电跳闸，应有在线电源监视、报警）。
4个AST停机电磁阀中1、3以及2、4应采用不同的电源。
ETS系统一般应设置为失励遮断方式。
ETS系统必须设置成冗余配置，即为一套系统故障时，另一套仍然具有使汽机停止运行的一切功能，且故障的一套系统可进行在线维修、更换，而不对保护功能和机组运行有任何影响。
6．ETS系统的逻辑由于要求快速，失励遮断等要求，因此在不能保证通讯可靠、快速的情况下，不允许通过DPU（上位机）来实现ETS逻辑。
ETS系统应具有记录首出跳机原因或事故顺序记录功能，当不能实现时，也必须通过其它系统来实现。
一般情况下，只报警而不停机的信号不进入ETS系统，跳机后联动其它设备的功能不在ETS系统内完成，应由其它系统完成。
ETS系统在接到运行人员的挂闸或复位指令前，不允许自动复位或使汽机挂闸，更不允许自动打开汽轮机阀门。
10．一般不允许设置保护投切开关，以免保护功能被错误地切除，但在条件允许情况下，可考虑便于调试的措施。在特殊情况下，必须后备投切开关时，该开关必须具有可记录的功能，保护切除后，应有报警提示。
一般不单独设置ETS操作、试验面板，而在DEH或DCS系统中进行。
汽机进行机械超速试验时，ETS配合禁止ETS号。正常运行时，ETS可分别进行4个AST电磁阀试验。
对取消机械危急遮断器的机组，不允许有禁止（或切除）ETS超速的信号存在。
对冗余测量通道，可对测量通道进行试验，这些试验由ETS外的系统来完成。
四、常见的ETS保护信号的逻辑关系（以上海汽轮机和东方汽轮机为例）
1．超速保护：上海汽轮机有限公司ETS超速保护信号由两路组成，一路为就地测速元件直接送ETS机柜3个模拟量转速信号，经过ETS软件分别进行定值判断，得到3个数字量信号，然后经过ETS机柜软逻辑“三取二”的判断，进行停机保护；另一路为从就地测速元件直接送DEH机柜转速的模拟量信号，经过DEH软件分别进行110%超速判断，然后经过DEH的软逻辑判断，送出一个数字量信号，最后再通过DEH 的DO卡件硬接线送ETS机柜，作为DEH超速保护跳闸汽轮机。东方汽轮机有限公司是将就地的测速元件送TSI机柜，TSI经过110%超速判断送给ETS，ETS经过逻辑中“三取二”的判断，进行跳机保护。
2．轴位移大保护：上海汽轮机有限公司以四个轴位移探头将模拟量信号送TSI控制柜（每侧各两个），经过TSI轴位移逻辑中的定值判断，然后将得到的数字量信号送ETS机柜，ETS机柜做 “同侧相或、异侧相与”逻辑判断，进行跳机保护；东方汽轮机有限公司以三个轴位移探头将模拟量信号送TSI控制柜（一侧一个，另一侧两个），经过TSI轴位移逻辑中的定值判断，得到三个数字量信号，然后将得到的数字量信号送ETS机柜，ETS机柜做“三取二”的逻辑判断，进行跳机保护。
3．EH油压力低保护：上海汽轮机有限公司以就地四个EH油压低开关的数字量信号送ETS控制柜（每侧各两个），经过ETS软件进行“同侧相或、异侧相与”的逻辑判断，进行跳机保护；东方汽轮机有限公司以三个EH油压低开关的数字量信号送ETS控制柜，经过ETS软件进行三取二的逻辑判断，进行跳机保护。上海汽轮机有限公司和东方汽轮机有限公司的润滑油压力低、真空底停机保护送ETS的信号和逻辑设置同EH油压力低跳机保护。
4．振动大保护：上海汽轮机有限公司振动大跳机保护以就地的振动探头将模拟量送到TSI控制柜，TSI控制柜将每个模拟量经过定值判断后转换成数字量，然后通过硬接线送到ETS机柜，进行跳机保护；东方汽轮机有限公司的振动大跳机保护逻辑关系与上海汽轮机有限公司的逻辑关系相同。
5．DEH装置失电：它是DEH机柜通过一组硬接线将DEH信号送ETS机柜，进行跳机保护。
6．胀差大保护：上海汽轮机有限公司的胀差大跳机保护一般分为高压差胀大和低压差胀大两组保护信号，它是将就地的一次元件信号送TSI进行定值判断，然后在逻辑中“相或”运算，最后用硬接线送一个信号给ETS，进行停机保护。东方汽轮机有限公司的胀差大停机保护逻辑关系与上海汽轮机有限公司的逻辑关系相同。
7．手动打闸保护：手动打闸保护一般是将操作盘上的双回路按纽进行串联，然后通过硬接线送到ETS机柜，进行跳机保护。
8．发电机跳闸保护：发电机跳机保护信号是通过每个发变组保护机柜（机组一般有三个发变组保护机柜）给ETS机柜各送一个发电机跳闸信号，然后将它们在逻辑中做“相或”比较，进行跳机保护。
9．MFT跳闸保护：通过MFT跳闸柜硬接线信号送ETS机柜，进行跳闸保护。
10．发电机断水保护：它是DCS软件控制系统对定子冷却水流量信号进行判断，以硬接线的方式送给ETS机柜，进行停机保护。
11．叶片金属温度高高：它是就地温度元件送给DEH模拟量信号，DEH经过软逻辑进行定值判断，以硬接线的方式送给ETS进行停机保护。
12．汽轮机排汽温度高：它是汽机排汽温度元件将模拟量信号送DCS，在DCS上进行定值判断，然后以硬接线的方式将数字量送给ETS，进行停机保护。
13．发电机定子冷却水流量低：它一般是是以就地流量开关通过硬接线直接送给ETS机柜，在ETS中进行“三取二”的逻辑判断，进行停机保护。
五、小结
从上述的应用中我们不难看出，ETS与DCS和电气保护柜等连接的信号，逻辑设置基本相同；然而对汽轮机配套设备的ETS逻辑设计有所不同，非常重视并采取种种措施来提高其可靠性，但采取的方法却有着一定的差别，如果能有相应的规范出台，让大家有据可查，这对机组安全将大有益处。
参考文献
[1]上海新华控制技术（集团）有限公司，电站汽轮机数字式电液控制系统，中国电力出版社，2005
[2]华电大通发电有限公司ETS设计说明
[3]陕西锦界能源发电有限公司ETS设计说明
[4]印度督伽坡电厂ETS设计说明
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