1. 傳統的ETS組成及其特點

　　ETS是汽輪機緊急跳閘保護系統的簡稱。其功能是：當汽輪機監視的重要參數越限時,關閉汽輪機的主汽閥和調節汽閥,使汽輪機處于安全狀態。傳統的 ETS系統由供電裝置、開關量變送器、繼電器、測速傳感器及轉換電路、跳閘電磁閥、試驗電磁閥等組成。供電裝置向整個系統提供可靠的交、直流電源;開關量變送器用于測量汽輪機的重要參數;跳閘電磁閥用于卸掉安全油和調節油的油壓，從而關閉汽輪機的主汽閥和調節汽閥;繼電器用來實現輸入信號的擴展、隔離、邏輯運算等功能，并驅動跳閘電磁閥和試驗電磁閥，同時將引起跳閘動作的輸入信號送至SOE記錄裝置。圖1是ETS系統實現汽輪機保護功能示意圖。

　　圖1 ETS系統組成示意圖

　　由圖1可知，當汽輪機某項重要參數越限時，經邏輯運算，驅動四只跳閘電磁閥動作。其中，#1跳閘電磁閥和#3跳閘電磁閥只要有一個動作，則#1跳閘通道動作;#2跳閘電磁閥和#4跳閘電磁閥只要有一個動作，則#2跳閘通道動作;當#1、#2跳閘通道均動作時，汽輪機跳閘。

　　采用繼電器實現的ETS系統具有動作可靠、結構簡單的優點，并具有完善的防保護誤動和拒動的措施。但系統長時間運行后，繼電器回路會逐漸出現電磁線圈老化、接點電阻增大等問題，影響保護功能的可靠性，而且系統本身沒有歷史趨勢記錄和事故跳閘順序記錄功能，不便于進行機組跳閘后的事故分析，并且隨著 DCS(分散控制系統)在發電廠的廣泛應用，獨立的ETS系統已不能適應信息集中、危險分散的監控模式。

　　2.采用DCS系統實現ETS功能的優點及存在的隱患

　　近年來，各新建電廠在設計機組熱工控制系統時，幾乎普遍采用了DCS系統一體化設計，即一套DCS系統包括了FSSS(鍋爐安全監控系統)、 CCS(協調控制系統)、SCS(順序控制系統)、DAS(數據采集系統)、DEH(汽輪機數字電液調節系統)、MEH(小汽機電液調節系統)、 ECS(電氣量控制系統)以及ETS系統。但如何通過DCS系統可靠地實現汽輪機緊急跳閘保護功能，相關的行業規程并沒有作出具體規定，因此，設計人員只能根據所采用的DCS系統特點和個人經驗，將原繼電器邏輯所實現的保護功能，由DCS系統的軟件邏輯實現，因而不可避免地對ETS系統抗保護拒動和誤動的能力帶來一定的影響。ETS保護功能兩種實現方式的優缺點對比如表一所示。

　　表一 ETS系統兩種實現方式的比較

　　由表一的比較可知，采用DCS實現ETS功能，具有保護信號處理方式先進、邏輯運算可靠性高和通道動作試驗方便、便于進行事故分析等優點，但存在計算機主機故障、卡件故障和通訊故障導致保護拒動或誤動的隱患。因此，如何消除上述隱患，保證汽輪機保護功能的可靠，是采用DCS實現ETS功能需要解決的關鍵問題。

　　3.防止DCS系統故障導致汽輪機緊急跳閘保護功能拒動和誤動的措施

　　針對DCS系統通訊中斷、卡件故障、主機死機等異常情況下，可能導致汽輪機緊急跳閘保護功能的拒動和誤動問題，必須采取多種措施進行克服，確保汽輪機的安全運行。

　　3.1 保護信號的傳遞采用特殊的全硬接線方式，防止通訊總線故障帶來的影響。

　　由于ETS系統輸入信號較多，DCS系統的開關量輸入卡件難以一次將全部信號進行采集，一般DCS系統每塊開關量輸入卡件可最多輸入16個信號，而ETS 需處理的開關量多達40個，所以，需要多個輸入卡件進行信號采集，而采集后的信號互相之間進行邏輯運算時，如采用卡件間網上通訊方式，則會受通訊總線可靠性的影響。針對此問題，可以采用特殊的全硬接線方式，即采用多個輸入信號送至一塊卡件進行運算后輸出單個信號，再通過硬接線送往另一塊卡件作為其中的一個輸入信號進行邏輯運算處理，最后驅動跳閘回路的方式，實現各卡件間開關量信號的邏輯運算。圖2所示為實現此方案的示意圖。

　　圖2 DCS系統輸入卡件間硬接線方式傳遞信號示意圖

　　由上圖可知，多個輸入信號在開關量輸入/輸出卡件中，由PLB(可編程邏輯運算模塊)運算后輸出運算結果，送至下一個開關量輸入/輸出卡件，與其他輸入信號再通過PLB模塊進行運算，從而避免采用總線通訊的連接方式。當系統通訊總線故障時，各輸入信號仍可以在開關量輸入/輸出卡件中進行運算并最終驅動跳閘繼電器，因此，不會發生保護拒動的現象。

　　3.2 控制計算機(上位計算機)采用雙冗余方式運行，且將運算用的程序下裝到各開關量輸入/輸出卡件運行，防止控制計算機故障對保護功能的影響。

　　如圖3所示，在正常情況下，各開關量輸入/輸出卡件受上位計算機控制，而上位計算機采用雙主機運行，一臺主控，一臺備用，主控計算機故障時，備用計算機自動切到控制方式，因此，提高了系統的可靠性。而當兩臺控制計算機均發生故障時，由于各開關量輸入/輸出卡件上運行的PLB(可編程邏輯運算模塊)可不依賴上位計算機獨立運行，此時雖然不能對邏輯進行修改，但現有的保護功能仍可正常實現，不會造成保護拒動。采用此方案的關鍵是，邏輯運算程序必須能在輸入/輸出卡件上獨立運行。

　　圖3 采用雙控制計算機、能獨立運行PLB的ETS系統示意圖

　　3.3 采用雙開關量輸入/輸出卡件并聯接線、同時運行方式，防止一塊卡件故障時導致的保護拒動。

　　DCS系統的開關量輸入/輸出卡件故障時，會造成該卡件處理的保護信號不刷新，導致保護功能的拒動。為此，采用如圖4所示的方式，將各保護信號同時送入兩個同樣的卡件，在兩卡件中運行相同的邏輯，兩塊卡件的輸出驅動相同的跳閘電磁閥，以便提高保護功能的可靠性。

　　圖4 DCS系統中雙卡件、雙PLB運行示意圖

　　由圖4可知，當卡件A1故障時，其中的程序不能運行，輸入信號動作后，運算結果A1也不變，但卡件B1仍正常運行，則當輸入信號變化時，#1跳閘電磁閥仍可執行正常的保護動作，系統不會導致保護的拒動。

　　3.4 采用兩路互相獨立的電源供電、跳閘電磁閥失電跳閘動作方式、兩跳閘通道互相隔離和雙卡并聯運行的方式，當在線更換開關量輸入/輸出卡件時，可避免保護功能的拒動和誤動。ETS系統采用失電跳閘的保護方式，可以保證系統兩路電源均喪失時，汽輪機立即跳閘，避免因工作電源喪失后造成保護功能的拒動。同時，由圖4可知，當開關量輸入/輸出卡件A1故障時，因采用失電跳閘的保護方式，拔出此卡件進行更換會造成其輸出狀態翻轉，即#1跳閘電磁閥由帶電變為失電，#1跳閘通道動作;但由圖1可知，此時#2、#4跳閘電磁閥未失電，#2跳閘通道不動作，則汽輪機不會跳閘，保護功能不會誤動。

　　3.5 為防止DCS機柜卡件母板及供電裝置發生的故障導致保護功能的誤動，各跳閘通道的輸入、輸出卡件要合理安排、分層布置。

　　如圖5所示：將控制#1跳閘電源閥的所有卡件布置在卡件柜的第一層，控制#2、#3、#4跳閘電磁閥的所有卡件布置在卡件柜的第二、三、四層，同時，各層供電裝置相互獨立，任一層供電裝置或機架發生故障，均不會造成汽輪機跳閘保護的拒動和誤動。

　　圖5 采用分層布置的ETS系統卡件安裝示意圖

　　3.6 采用兩套完全獨立的電源向輸出繼電器和跳閘電磁閥供電，提高電源的可靠性。DCS系統的輸出繼電器采用24VDC供電，跳閘電磁閥采用 110VAC供電，為防止各路電源發生故障互相影響，造成保護誤動、汽輪機跳閘，采用如圖6所示的供電方式，提高ETS系統的可靠性。

　　圖6 ETS系統交直流獨立供電聯接示意圖

　　4.結束語

　　ETS系統納入DCS系統并采取上述措施后，汽輪機保護功能的可靠性大大提高。石橫發電廠#1機組ETS系統已于2005年按上述方案成功進行改造，DCS系統采用的是FOXBORO公司的FOX I/A’S分散控制系統。系統改造完成后，進行了全面的防保護拒動和誤動試驗，試驗證明：機組運行時，即使發生DCS系統網絡崩潰、所有控制計算機均故障、任一塊開關量輸入/輸出卡件故障、通訊總線故障或在線更換任何硬件，均不會導致汽輪機跳閘保護的拒動和誤動，應用上述方案取得圓滿成功，值得在電力行業進行推廣。