和利时汽轮机紧急跳闸系统ETS应用方案

汽轮机的危急遮断系统（ETS），是保证汽轮发电机组正常运行的必不可少的安全保护装置。汽轮机运行中，当存在某种可能导致机组受损害的危险情况时，ETS装置可使汽轮机自动紧急遮断，保护机组的安全。

硬件介绍

由于ETS系统是确保机组安全运行的最后一道自动保护装置，因此，对系统的可靠性和快速性有非常高的要求。

目前，公司ETS系统使用和利时拥有自主知识产权的LM系列PLC模块。该系列模块已经先后为400多家用户提供产品和解决方案，包括北京地铁监控改造、核电安全报警监控、环保节能、污水处理无线监控等等。

下面以ETS通常选用的CPU模块LM3108为例，进行简要说明。

LM3108 CPU模块的主要特性：

1)      模块集成了24输入/16输出，共40个开关量I/O点；

2)      可连接7个扩展模块，最大扩展至264路数字量I/O点或者56路模拟量I/O点；

3)      3个独立的100KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出；

4)      响应时间<1ms< span="">；

5)      1个RS232通讯口，1个RS485通讯口，通讯协议有专有协议、MODBUS协议和自由协议等方式。

当PLC需要作为从站连接到PROFIBUS-DP网络时，只要配上PROFIBUS-DP从站模块LM3401即可，该模块上可以设置波特率、模块地址等通讯参数。

同样，当PLC需要作为从站接入MODBUS/TCP网络时，只要配上MODBUS/TCP从站模块LM3403即可，该模块上可以设置IP地址。

图一：CPU模块外观图

另外，当CPU集成的I/O通道不够用时，可以另配扩展模块。

图二：扩展模块外观图

软件介绍

PLC的组态软件为PowerPro，该软件基于Windows环境，符合IEC61131-3国际标准，具有离线仿真功能，用户可在程序试运行之前测试逻辑正确与否，而无需下载到硬件设备，极大方便程序的调试，具有丰富高效的指令与功能块，众多的数据类型，灵活多样的编程实现方法，并且具有用户程序的密码保护功能。

下图为ETS监视画面图，绿灯为默认状态，当相应项开关投入或者来ETS保护动作条件时变成红灯。其中如凝汽器真空低、润滑油压低等有3路信号参与保护时，在逻辑里作3取2处理，当任何2路动作时，ETS遮断动作。

图三：监视画面图1

图四：监视画面图2

ETS设计要点

l  独立、冗余的电源系统

系统要连续可靠运行，电源是不可缺少的，电源的设计就尤为重要。我们采用冗余的电源系统，引两路220VAC电源至控制柜，其中一路来自UPS，一路来自厂用电，分别至24VDC电源转换模块，如果任何一路电源出现故障，系统仍可正常工作。

l  冗余的硬件配置

从原理图上可以看出，我们采用冗余的PLC配置，两套系统完全独立，同时工作，当任何一套PLC出现故障时系统仍可完成遮断任务。

图五：ETS原理图

l  接入信号

要求各路保护信号由硬接线方式接入系统柜，以减少中间环节和延迟时间。通常参与保护的条件有：发电机主保护动作、凝汽器真空低、润滑油压低、轴向位移大、汽机超速、DEH开出打闸、轴承回油温度高及手动停机等。系统设置有备用通道，除了上述信号，当用户需要加入其他条件参与保护时，可以方便接入。

l  手动停机信号

一般，现场会设计一路手动停机信号进入ETS系统，通常设在监视及操作该台汽轮机的控制台上，并且为加盖双按钮串联设计。该信号进入ETS控制柜后，其中一副触点直接接入输出回路而不通过PLC，以实现快速停机，为实现监视及首出记录，另外接两副触点分别进PLC系统。

l  首出回路

当ETS系统动作后，为尽快排除故障，要求迅速、准确地掌握机组跳闸的原因。因此，ETS逻辑上设计有首出回路，用以记录跳闸回路中首先出现的跳闸条件。

在重新开机前，务必将首出信号复位，否则下次停机时ETS系统无法判断首出信号。控制柜上设计有首出复位按钮，首出复位可以根据现场需要在画面做复位按钮，硬件复位按钮和软复位按钮操作其中一个即可。

l  ETS动作输出

ETS输出信号类型取决于现场设备。按照设计需要ETS提供有源输出信号，如果为有源信号，那么需要单独将一路电源送进ETS给现场设备供电。如果输出给停机电磁阀的信号为脉宽型，可以根据需要设置脉宽长度。

l  投切开关

系统设计有ETS总投切开关及各动作条件的分项投切开关。可以根据需要，配合组态使用。通常设计为，只有总投切开关投入时系统才会动作输出。对于各个分项可以选择性投入，当暂时不需要某个信号参与保护时可以将其切除。为安全可靠起见，投切开关不作软投切按钮。

图六：投切开关及电源指示面板图

l  电源监视

对两路引入机柜的系统电源设有电源监视，当两路电源均消失时，提醒相应人员采取必要措施。并且在机柜内部设计有电源指示灯。

l  SOE信号输出端口预留

一些现场信号通常只有一副触点，为保证安全，将该信号接入ETS机柜，在ETS控制柜里通过扩展预留了SOE信号端口，以便送给SOE装置使用。

总结

安全生产是电厂工作的重中之重，ETS作为汽轮机保护中电子部分的最后一个环节，有着至关重要的地位。鉴于ETS系统的重要性，我们选取快速的PLC控制。从电源系统、信号输入、信号处理及动作输出各个环节考虑了系统的快速性和可靠性。

ETS机柜可以单独使用，也可以接入大型控制系统。

ETS系统是现场控制系统的一部分，必将涉及到与现场及其他系统的信号接口问题，因此在系统设计前必须对个环节作充分考虑及协商。

作为紧急跳闸系统，为了保证系统的独立性和安全性，ETS仅通过控制停机电磁阀来控制汽轮机保安系统，关闭汽轮机全部蒸汽进汽阀，紧急停机，因此，对与报警或者联动等其他功能建议不做在ETS柜。