燃气轮机发电机功率信号回路逻辑改进

潘益民

(江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213011)

0 引言

现代燃气轮机发电控制与调节系统是一个高度自动化的系统，其稳定运行主要依赖于软、硬件的先进性和可靠性，而一些关键信号采集的精准性与稳定性是系统调节、计算与稳定运行的前提。根据原设计，E级燃气轮机发电机出口处设置有3只有功变送器，其发出的3个发电机出口有功功率信号均为标准的4～20 mA信号，被燃气轮机控制系统(TCS)采集后，经过逻辑合成，形成确定的功率反馈信号参与燃烧调整计算过程。因此，功率标准信号十分重要，必须达到精准、稳定且可靠。

1 问题的提出

根据原设计，江苏华电戚墅堰发电有限公司E级燃气轮机发电机出口功率标准信号被TCS采集后，经过该系统在逻辑上进行“3取中”的逻辑合成后，形成1个确定的功率反馈信号参与燃烧调整计算过程。另外，E级燃气轮机发电机出口处的3只有功变送器所采用的PT回路接线使用同一组线圈电压，而出口实际配置有2组一次绕组相互独立的电压互感器(PT)。这一方面是一个缺乏冗余度的问题:一旦该组PT一次或二次回路断线，致使3只有功变送器输出的功率信号值同时出现较大波动，经过“3取中”逻辑合成后的确定功率信号值也随之波动，就可能引起燃气轮机燃烧调整上的较大波动而导致跳机;另一方面，该设计没有充分发挥设备配置的冗余性能，存在一定局限性;再者，原设计的3只有功变送器所采用的直流电源取自同一路电源，因此变送器电源冗余度也存在问题，一旦该路电源出现故障，致使3只有功变送器同时失去电源，后果严重性几乎等同于PT一次或二次回路断线。因此，为提高功率反馈信号的安全性和稳定性，必须对该型燃气轮机发电机出口功率信号回路与逻辑配置进行改进。

2 改进方案

2.1 功率变送器及所用PT二次接线的重新组合

针对目前该型E级燃气轮机发电机仅有3只有功变送器，且其PT电压回路接线仅使用同一组线圈电压的现状，考虑到出口实际已安装有一次绕组分别独立的2组PT，无需额外增加冗余PT组别，因此，在原有3只(#1，#2，#3)有功变送器的基础上，新增加1只同型号有功变送器(#4)，将原有的2组PT及4个有功变送器全部使用上，即把4个有功变送器重新分成2对组合(如#1和#3组合，#2和#4组合)，每对组合选择相同PT一次绕组对应多组二次绕组中某一组别的电压接线，这样确保2对组合使用不同PT一次绕组对应的二次绕组电压接线，从而保证较高的冗余度，例如其中原有的#1和#3有功变送器来自1个PT(原设计2YH一次绕组对应二次绕组中的第1绕组)，原有的#2和新增的#4有功变送器来自另外一个PT(原设计1YH一次绕组对应二次绕组中的第1绕组，此处需新增1根电缆)。

2.2 功率信号的合成逻辑改进

为满足上述措施的实施，需在TCS的功率信号采集板卡上新增1个采集通道，用于采集#4有功变送器的信号，4个功率采集信号的合成逻辑输出由原来的“3取中”改为:#3和#4有功变送器输出值“取高”后的输出值再与#1和#2有功变送器输出值“取中”后输出，以此作为4个功率采集信号的合成逻辑输出。

2.3 功变送器所用电源冗余度的改进

针对4只有功变送器电源的冗余度问题，对上述2对有功变送器的电源回路进行重新设计:4个有功变送器仍分成2对组合(即#1和#3组合，#2和#4组合)，每对组合使用同一路直流电源接线，这样确保2对组合使用不同路别的电源接线，从而保证较高的冗余度。例如其中原有的#1和#3有功变送器来自原设计的一路电源，原有的#2和新增的#4有功变送器使用新增一路直流电源(这里需新增1根电源电缆至主厂房直流配电屏)，且应确保新增的1路110 V直流(DC)电源与原设计的110 V DC电源取自主厂房不同110 V DC段。

3 改进方案实施要点和效果

3.1 发电机模拟量变送器屏(GAP)上的安全措施

燃气轮机发电机GAP屏上交、直流电源电缆应先从源头解除，并在源头做好明显断开点和醒目标志。燃气轮机发电机GAP屏内部分接线拆除前先准备好被拆变送器的端子接线图纸并核对无误，特别注意拆线前应先用4～20 mA信号发生器检验燃气轮机发电机GAP屏端子排上#1，#2，#3有功变送器输出(4～20 mA)具体端子和TCS内部各个采样逻辑通道是否一一对应，并做好详细记录，确保二次回路无电压后再开始拆线。拆线前应记录好原箱内的接线回路号、电缆号及端子号，拆线时与新、旧图纸核对无误后，保留号码管及电缆标牌等。

3.2 改进回路的安装接线

修改后的原理接线单线框图如图1所示，变送器应按工艺要求安装牢固，二次接线应严格按修改后的批准图纸施工，施工接线应符合工艺要求。

3.3 TCS内组态逻辑修改

在TCS内，对4只有功变送器输出采样值的组态逻辑进行修改和安装，修改后的逻辑如图2、图3所示。

3.4 功率信号回路和采集通道的静态校验

TCS内逻辑修改完成后，为验证组态逻辑的正确性，调试人员须用4～20 mA信号发生器进行静态通道校验，确保新增的TCS柜上#4有功变送器输入通道4～20mA信号值与#4有功变送器在TCS内对应通道采样值(一次值)之间的对应关系(通道比例系数)和原有#1，#2，#3有功变送器输入信号与TCS通道采样值之间的对应关系完全一致，记录测试结果。

图1 修改后的4只有功变送器电气原理单线框图

图2 修改后变送器输出采样值的组态逻辑

图3 TCS柜上新增 #4有功变送器输入端子接线

3.5 变送器和TCS的静态联调试验

在完成燃气轮机发电机GAP屏内二次接线施工、TCS内逻辑修改及静态通道校验后，调试人员在二次接线绝缘试验全部合格的情况下，按原理图纸对燃气轮机发电机GAP屏内交、直流电源回路送电，并验证电源标志、极性和幅值是否正确。在各个变送器电源上电正常后，进行静态模拟PT二次电压和电流互感器(CT)二次电流试验，以带二次回路通流来校核变送器输出是否正常、与TCS的采样逻辑通道是否一一对应，详细记录见表1。在此基础上，应模拟机组在额定负荷运行情况下的几种状况:(1)任意1组PT的某一相或三相断线;(2)任意1个有功变送器输出不正常(如失电、输出回路断线等情况);(3)任意2个有功变送器输出不正常(如失电、输出回路断线等情况)。上述工作应由专业人员配合检查，并做好TCS采样计算逻辑输出的详细记录，验证修改后的回路通道和TCS修改逻辑计算功能的准确性。详细记录见表2。

3.6 开机时变送器用PT回路测试和核相试验

在开机动态试验中，燃气轮机发电机建立空载额定电压后，按原理图对PT二次回路电压进行测试和核相试验，以验证PT二次接线回路和极性的正确性。

3.7 并网带负荷试验

确认PT二次回路电压测试和核相试验合格后，告知运行燃气轮机发电机变压器组可以正常并网。并网带上一定负荷后，在TCS后台监控画面上观察燃气轮机发电机出口#1～#4有功变送器输出值是否显示正确并基本一致，做好记录。

表1 燃气轮机发电机出口有功变送器回路改进试验记录1

表2 燃气轮机发电机出口有功变送器回路改进试验记录2

3.8 改进方案的实施效果和评价

通过表2可以看出，考虑单次故障类型的8个统计样本对应ACTLD输出结果抗故障的准确率已高达100%，考虑综合性故障类型的15个统计样本对应ACTLD输出结果抗故障的准确率为86.67%，考虑罕见2次重叠故障类型的7个统计样本对应ACTLD输出结果抗故障的准确率也已达71.43%，与改进前几乎为0%的抗故障的准确概率相比，该改进方案效果显著，如进一步完善故障样本的基数统计，该改进方案抗故障的准确概率还可进一步提高。由于TCS中对#1和#2功率变送器信号进行“取中”，致使#1和#2功率变送器信号同时出现故障时的ACTLD出现较大误差，建议再新增#5功率变送器(其所用PT二次回路和变送器电源接线可并接于前述2对组合中的任意1对组合的对应回路上)信号输出，TCS再分别对#1和#2，#3和#4功率变送器信号“取高”后输出，将这三者输出信号再进行“取中”并输出，该输出作为ACTLD的逻辑计算输出结果，这样改进后，仍按上述统计方法，抗简单1次故障类型的准确概率为100%，抗综合性故障类型的准确概率高达95%，抗罕见2次重叠故障类型的准确概率将高达90.9%。

4 结论

现代燃气轮机发电控制与调节系统的稳定运行对机组安全运行乃至满负荷经济运行极为重要，而一些关键信号，如功率信号采集的精准与稳定性又是系统调节计算与稳定运行的前提，功率信号采集环节的任何缺陷都可能影响到设备的安全、经济运行。实践证明上述改进方案可行，并提出再新增一个#5功率变送器的建议，以进一步增加冗余度，为进一步提高功率信号采集可靠性和运行稳定性提供技术保障。

［1］吴凡.发电机功率异常引发燃气轮机超温跳机的原因分析［J］.华电技术，2010，31(3):70-72，82.

［2］金华.DEH、CCS功率测量回路存在的问题及改进措施［J］.贵州电力技术，2006(6):77-78.