[发明专利]一种ETS保护单元及三重冗余的汽轮机危急保护系统

说明书

技术领域

    本发明涉及一种 ETS保护单元及三重冗余的汽轮机危急保护系统，尤其是一种高可靠性且易于使用的三重冗余的汽轮机危急保护系统，属于电力自动化领域。

背景技术

    ETS: Emergency Trip System 汽轮机危急跳闸系统。随着汽轮发电机组容量不断增大，蒸汽参数越来越高，热力系统越来越复杂。为提高机组的经济性，汽轮机的动静间隙、轴封间隙都选择的较小。而汽轮机的旋转速度很高，在机组启动、运行或停机过程中，因操作不当或某些相关设备故障，很容易使汽轮机的转动部件和静止部件发生摩擦，引起叶片损坏、大轴弯曲、推力瓦烧毁等恶性事故。为保证机组安全启停和正常运行，需对汽轮机的轴向位移、转速、振动等机械参数，以及轴承温度、油压、真空、主汽温等热工参数进行监视和异常保护。当被监视的参数在超过报警值时，发出报警信号；在超过极限值时保护装置动作，关闭主汽门，实行紧急停机。 实现这一功能的控制系统我们称之为汽轮机保护系统，也称为危机遮断系统或 ETS系统（Emergency Trip System）。

常规的ETS系统采用的系统结构为：通过PLC(Programemable Logic Controller，可编程控制器)或DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)的开关量输入模件，去采集汽轮机停机信号，并在PLC或DCS的控制器里进行逻辑运算，并根据运算结果通过开关量输出模件输出汽轮机跳机保护信号。此系统结构较为简单，由于完全采用串联的结构（“一输入+一控制器+一输出”），任一环节故障均导致系统故障，整个系统可靠性不高。

为了提高系统可靠性，部分厂家采用如下系统结构：使用冗余配置的DCS或PLC控制器，通过冗余技术防止单一核心单元即前面所说的“一控制器”产生故障而影响保护逻辑执行。为了避免单一的开关量输入模件故障，而使用三个开关量输入模件对数字信号进行多路并行采集，采集的结果经两个冗余的控制器进行“三取二”逻辑运算，最终根据运算结果通过开关量输出模件输出汽轮机跳机保护信号。此种“三输入+二控制器+一输出”的系统结构，较大的提高了系统误动的可靠性，但由于本质上仍采用的是单条“DI+控制器+DO”的串行结构，三者任一故障，都会导致拒动。并且，此种方案一般在供电上难以完全独立，并且还需配套使用控制器底座等部件，都不具备在线维护的能力，单个故障较难实现在线更换。

在上述现有方案中，无论是常规的ETS系统，还是使用DCS或PLC控制器冗余配置的ETS系统，其都存在可靠性相对不高的缺陷。其一般不具备输入输出回路故障全面诊断的能力，核心单元发生故障时也难以及时发现。另外，由于保护逻辑全部由单一处理器单一模块完成，一旦运行出错，则ETS系统输出则出错，一旦处理器跑飞则输出回路完全不可控。在工业现场应用中，ETS系统的安全性、可靠性至关重要，这些隐患一旦发生，都影响重大。因此，需要克服现有技术中存在的隐患，增强ETS系统的安全性和可靠性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能提高汽轮机危急保护系统可靠性的ETS保护单元。

为了达到上述目的，本发明提供了一种ETS保护单元，用于汽轮机危急保护系统中，接收汽轮机停机信号，并执行保护逻辑，输出保护动作信号，该ETS保护单元包括处理器和“与门”电路；处理器采用FPGA（现场可编程门阵列），内部设有三个保护逻辑模块； ETS保护单元接收汽轮机停机信号后，由处理器内部的三个保护逻辑模块分别进行保护逻辑运算，三路运算结果的电平信号输出至“与门”电路进行“与”逻辑后，输出保护动作信号。由于三个保护逻辑模块分别进行运算，并且分别输出逻辑电平“1”表示ETS停机，三个保护逻辑模块的输出取“与”逻辑后最终驱动ETS保护单元的停机DO输出，这样大大降低了ETS系统误动的概率。

上述ETS保护单元还包括看门狗电路；看门狗电路分别连接处理器和“与门”电路；看门狗电路的输出信号与处理器输出的三路电平信号一起输出至“与门”电路进行“与”逻辑后，输出保护动作信号。看门狗电路一方面在处理器异常时及时对处理器复位纠错，另一方面保证看门狗电路动作时将ETS保护单元的输出切断，保证系统的安全。