基于汽机ETS电跳机保护信号误动的原因探究

基于汽机ETS电跳机保护信号误动的原因探究

侯顺东

侯顺东

广东省粤泷发电有限责任公司广东云浮527217

摘要：作为汽车机的危机危急遮断系统，ETS发挥着报警或停机信号，进行逻辑处理，输出指示灯报警信号或汽轮机遮断信号的作用。因此，保证ETS信号的正确性显得尤为关键。本文针对汽机的ETS在投入电跳机保护时误发跳机信号的问题，详细分析其原因，发现电跳机保护信号电缆在投入保护瞬间的电容充电现象，会把汽机保护系统PLC的DI通道电压拉低，向动作值附近靠近，从而导致ETS误动。基于信号误动的原因，实验研究证明，采用充电电阻巧妙地解决ETS保护误动隐患。

关键词：汽车ETS电跳机；信号误动；原因分析

某电厂2×135MW汽轮机危急遮断系统（ETS）保护装置由上海汽轮机有限公司（STC）提供，该套ETS由可编程逻辑控制器（PLC）进行汽轮机遮断，采用双冗余PLC实现保护功能，即主PLC（MPLC）和辅助PLC（BPLC）。其保护原理为：当主PLC（MPLC）和辅助PLC（BPLC）输入通道同时扫描到电跳机回路触点闭合，主PLC（MPLC）和辅助PLC（BPLC）经过逻辑运算后由其输出通道断开AST电磁阀的电源，使AST电磁阀失电动作，实现保护预警[1]。

1.事件经过

某电厂＃2机组并网后投入ETS电跳机保护的瞬间机组误跳闸。查＃2机组DCS的SOE记录，发现#2机组跳闸情况很奇异，甚至可以说跳闸的有些不符合逻辑，具体情况如表1：

表1#2机组跳闸情况

经检查，ETS装置首出逻辑画面显示“电跳机”（说明：主汽门关闭信号不进ETS首出逻辑，所以即便是汽轮机先跳闸也不会在首出画面显示），检查汽机跳闸前后各参数正常，检查#2机ETS未发现问题。后联系电气专业检查＃2发变组出口开关2201辅助触点及就地端子箱，联系机务专业重点检查EH油、润滑油系统有无泄漏[2]。电气和机务专业检查后未发现设备异常。后向中调申请空载合2201开关，试投电跳机保护正常。但具体原因一时无法确定，＃2机组重新并网，再次投入ETS电跳机保护正常。

2.原因分析

从机务专业上分析，导致汽机跳闸又不会首出的原因有两种：（1）隔膜阀故障，导致隔膜阀的润滑油压低过动作值，导致EH油卸压，汽机跳闸；（2）EH油系统故障，导致危急遮断油油压偏低，EH油卸压，汽机跳闸。以上两种情况都可导致汽机无法再次挂闸。然而如果是振动大、润滑油压低等其它保护跳闸ETS首出会记录。所以由于机务专业设备故障导致机组跳闸的可能可以排除。

从电气专业上分析，原因有三种：（1）由于＃2机组刚并网，在投电跳机保护的瞬间2201开关跳闸，导致汽机跳闸；（2）在投ETS电跳机保护后，电跳机保护回路电缆短路，导致汽机跳闸。但后来用摇表测量线间、线对地绝缘正常。排除此原因；（3）＃2机ETS电跳机回路有干扰信号窜入，导致＃2机组跳闸。但通过示波器在线观察电跳机回路电缆电压波形，扰动电压最大只有0.3V。检查接地良好。在上述跳闸情况中，经过电气专业检查开关，并进行开关的分合试验说明开关故障导致机组跳闸的可能性不大。

从热工控制上分析，AST电磁阀失电即能实现汽机跳闸，AST电磁阀失电原因游散：（1）AST电磁阀双路110VAC电源在投入保护过程中恰好故障，导致汽机跳闸。但测量AST的双路电源时都显示正常，因此可以排除这个原因；（2）ETS开关量双路输出卡件（通道）在投入保护过程中恰好故障，导致汽机跳闸。通过检查和测试卡件工作正常，所以这种可能也排除；（3）在投入保护过程中恰好输入回路瞬间扫描到电跳机接通信号，通过ETS输出卡件发出AST电磁阀失电指令，使汽机跳闸，排除了以上两种可能性，只有这种原因导致跳机。

调查当时投保护人员已确认2201开关在合闸状态，且操作完全按照操作票正常执行，排除误操作的可能。排除人为因素，就只剩下保护回路自身的问题。由于电跳机回路电缆总长有300米，存在电容效应，在投入电跳机保护时有导致信号通道电压瞬间拉低的可能，以致ETS系统误判，进而误跳机[3]。因此，#2机组异常跳闸的原因可以锁定在电跳机回路设计缺陷。

3.电跳机回路电容效应分析及试验

3.1理论分析

图1是电跳机输入回路的工作原理图，当K1、K2闭合的情况下（即保护投入状态）只要现场发电机出口开关辅助接点S闭合，光耦接通，PLC扫描到S闭合信号。换句话说也就是光耦的正负极之间有电流流过，并电流大于2.5mA足够接通光耦，则认为S闭合[4]。

图1电跳机输入回路的工作原理图

然后再验证回路是否有误认S闭合的可能性，如果将K1、K2到S间的信号电缆看作是一个电容，实测电容容量为49nF。K1本身也可以看作是一个电容，在K2投入的瞬间，即使在K1没有投入的情况下，实际上电源的正负极之间有电流流过，造成瞬间误判导致跳机。

3.2投保护试验

用CAAP2000录波仪分别测量PLC的I/O通道24VDC电源电压、电跳机DI通道电压、电跳机信号电缆电压，观察在K1、K2开关投入瞬间PLC通道电压变化情况。从中发现电跳机保护投入的瞬间PLC通道电压瞬间降到11.46VDC，持续1ms后恢复正常。经过反复试验，PLC通道电压在每次投保护时谷值都有不一致，范围在11.13VDC~12.46VDC。在不接地线情况下测得PLC通道最低电压为10.15VDC。这说明接地线对通道压降有一定影响。

甩开发变组出口开关至ETS柜的电缆，只测量发变组保护屏至ETS柜的电缆在保护投入瞬间电压，此段电缆长度约为50米。结果发现PLC通道电压下降幅度不大，谷值在19.97VDC附近。

从以上试验可以判定，在投入电跳机保护瞬间，PLC通道在给电缆进行充电，导致PLC通道电压突降，但不是每次都会降至I/O通道判断的门槛值，所以不是每次投保护时都会导致保护误动。

4.解决方案

针对ETS误动原因，可以采用充电电阻，对电缆进行充电，以提高在保护投切的的瞬间PLC通道扫描电压的稳定性。具体措施如下图2。

图2电跳机保护回路增加充电电阻R1、R2示意图

在K1、K2上并接合适的电阻，使其在K1、K2断开时对电缆进行充电。在闭合K1、K2后充电电阻被旁路掉，不影响PLC对2201开关辅助接点信号的扫描。

确定整改措施后，关键是问题是串入电阻多大电阻合理。本着串入电阻不影响PLC的判断为原则，通过在PLC输入回路里串入滑线变阻器试验电跳机保护回路串入多大阻值合适。结果表明：串入电阻值在4490Ω以下时PLC，可以扫描到开关量的状态，当电阻值大于5190Ω时PLC认为外回路处于断开状态。

5.实施效果

确定电阻后，观察接入电阻后投入电跳机保护时PLC通道、信号电缆电压波形，发现在接入电阻的情况下投入电跳机保护，对通道电压影响非常小。比不加充电电阻时要平缓很多。而增加充电电阻后进行开关分闸试验，分闸后电压降时间为0.2ms。保护回路动作时依然可以实现快速可靠。

总结

根据试验数据分析，加装保护回路充电电阻对保护装置和保护逻辑无影响。满足保护的快速性，实施起来方便，成本可以忽略不计，巧妙解决长电缆充电导致PLC误判的问题。此方法适用于所有PLC、单片机的开关量长电缆输入信号投切保护回路。

参考文献：

[1]邱夏宁.汽机ETS电跳机保护信号误动的原因分析[J].中国高新技术企业，2013，17.

[2]王永玲，周文龙，蒋育平.135MW机组机械危急遮断器的优化[J].发电设备，2013，04.

[3]江浩.ETS系统常见故障及可靠性研究[J].机电技术，2012，03.

[4]刘昕，初东，王长友.汽轮机的调节保安系统的改造[J].冶金动力，2014，08