截至2008年底，河南电网的装机容量已突破4850MW，其中300MW以上大型机组为主力机组。但是，河南电网的建设滞后于电厂的建设，机组的非停事故仍然对局部电网产生较大的影响，并且带来经济损失和设备损耗。为此，在对河南省内机组的热工主保护功能进行可靠性评估的基础上，对汽轮机主保护控制中存在的问题提出了改进措施。
一、存在问题及改进措施
1.1轴承金属温度高
把推力轴承过分磨损、轴承油温度或金属温度过高作为报警信号，而某些机组将该信号作为停机保护控制信号，为单测点保护控制。机组运行中热电阻温度测量元件易受安装环境的影响而发生断线、短路、接线松动或接触不良等故障，大多数DCS的测点质量判断模块能够有效识别热电阻断线或短路故障，但对于热电阻接线松动或接触不良等表现为温度快速大幅跳变的故障，不具有测点质量判断及切除功能，使故障测点作为正常测点参与机组保护控制，从而造成保护误动事故。对此，在完善测点质量判断逻辑后，轴承金属温度高仍采用单点保护，推力轴承金属温度则采用N取2(N为推力轴承同一面的所有温度测点)方式。测点质量判断及保护控制逻辑见图1。
图1中，增加了温度变化速率超限自动切除功能，设置变化速率限值为15℃/S，若真实的瓦温升高速率超过此数值，即使保护动作，轴承可能也已烧毁。为了避免由于温度测点的接线松动或接触不良造成测量值大幅快速跳变而引发的保护误动事故，增加了幅值超限自动切除功能，增加了信号异常记忆功能，对测点坏质量、温度变化率和变化幅值及温度超限等进行报警。
1.2主蒸汽温度、再热蒸汽温度下降过快
为了防止汽轮机大轴弯曲、轴瓦烧损事故，在机组正常运行时主、再热蒸汽温度在10min内突然下降50℃则立即停机阁。由于大多DCS组态功能的限制，控制逻辑难以实现该保护控制功能，且控制方法也随机组的不同差别很大，因此大多数电厂仅将其作为报警功能。
由图2可见，2个主蒸汽温度测点全部为坏质量或偏差大，则保持坏质量之前的2选值，并发出坏质量报警，防止保护误动作。
1.3轴承振动大
大多汽轮机制造厂将汽轮机轴承振动大设置为单测点保护功能，但该测点因安装、线路或元件质量等问题极易受干扰而产生跳变，造成保护误动。为了避免保护误动，大多数机组在未并网前投入轴承振动大保护控制功能，并网后解除轴承振动大保护控制功能，使汽轮机运行存在安全隐患。对此，将轴承振动大单点保护逻辑修改为冗余保护，任一轴承振动测点达到高11值与任一其余轴振测点高1值相“与”延时25跳闸汽轮机。由于各制造厂的汽轮机监视仪表(TSD系统卡件功能相同，该控制逻辑宜在TSI系统中实现，否则可采用硬接线逻辑实现。同时，为了防止外部干扰，轴承振动测点延长电缆接头需进行绝缘处理，电缆屏蔽可靠且保证单点接地，电缆绝缘符合要求，远离动力电缆等。
1.4轴位移大
对于汽轮机轴向位移测点的典型配置，上海汽轮机厂和哈尔滨汽轮机厂在汽轮机推力盘的左、右两侧各安装2个测点或正、负向各安装2个测点，保护控制逻辑为同侧的2个轴向位移任一达到高11值与对侧2个轴向位移任一达到高11值相“与”跳闸汽轮机;东方汽轮机厂600MW及以上机组在左、右两侧各安装2个测点，共4个轴向位移测点，600MW以下机组设置2个轴向位移测点，保护逻辑为2个轴向位移全部达到高11值时跳闸汽轮机。任一轴向位移达到高11值相“或”跳闸汽轮机的控制方法，虽然轴向位移测点可靠性较高，但保护仍存在保护误动作隐患。对此，将2个轴向位移测点配置改为3个轴向位移测点配置，轴位移高11值3取2后跳闸汽轮机。否则，将控制逻辑修改为一个轴向位移高n值与另一个轴向位移高1值相“与”跳闸汽轮机;轴向位移测点尽量在TSI模件中分散布置;利用可调整支架对每个轴位移探头进行实际线性修正。
1.5超速
通常，在数字式电液控制系统(DEH)控制逻辑中对于转速采用3取中值后判断汽轮机是否超速。某些机组DEH对于转速采用3取高值后判断汽轮机是否超速，这样虽然防止了汽轮机超速事故，但是增加了保护误动概率。对此，除采用DEH硬接线超速保护(独立于DEH逻辑中的采用3个转速卡，另外配置3个转速卡分别输出后硬接线3取2)和汽轮机紧急跳闸系统(ETS)超速保护外，将DEH控制逻辑中的转速判断改为3取中，以减小误动概率。
由于机组并网时发生汽轮机超速的可能性较小，有些机组为了防止在并网时超速保护控制(OPC)误动作，DEH控制逻辑在判断103%超速时增加了“未并网”条件，这样增加了机组超速的风险。如若在机组对侧变电站开关跳闸，且机组本侧开关不能联锁闭合的情况下，会造成汽轮机严重超速;在电网事故情况下，OPC不动作不利于电网快速恢复稳定。因此，DEH控制逻辑在判断103%超速时应取消“未并网”限制条件。
1.6机炉电大联锁
机炉电大联锁中，汽轮机跳闸后联锁跳闸发电机保护控制是在汽轮机未进汽、机组出现逆功率后解列发电机，不会导致汽轮机超速。汽轮机未进汽信号常用汽轮机主汽阀全关信号代替，主蒸汽阀全关信号取自每个主汽阀的行程开关组合计算结果，该信号除用于联锁跳闸发电机和锅炉外，还常用于联锁关闭抽汽逆止阀。由于主汽阀关闭行程开关不可靠，存在保护拒动或误动可能，且不同型号机组配置的主汽阀个数不同(单侧、双侧、或多个主汽阀)，从而控制逻辑判断不同。若主汽阀全关信号作为抽汽逆止阀的联关条件，其会造成给水泵汽轮机失去正常汽源，在机组大负荷运行时将会导致锅炉给水流量低或汽包水位低引发总燃料跳闸(MFT)。另外，主汽阀全关的状态不完全等同于汽轮机未进汽。对此，采用保安油压失去信号3取2或ETS停机指令来替代汽轮机未进汽，这2种信号均比主汽阀行程开关可靠，且能够正确反映汽轮机未进汽状态。
由于无论采用主汽阀全关信号、ETS停机指令还是保安油压失去信号跳闸汽轮机，都不能完全防止汽轮机超速。因此，发电机保护控制应设置2种逆功率保护功能，一是汽轮机跳闸且出现逆功率立即解列发电机，二是出现逆功率经一定延时后解列发电机。前一种保护控制为了防止汽轮机仍有进汽且解列发电机时发生超速，后一种保护控制为了防止汽轮机在无蒸汽进入的冷却情况下应过长时间运行而使叶轮片产生过热振动。
二、提高汽轮机保护控制系统可靠性
2.1电源配置
(l)DEH机柜电源若DEH失电后伺服阀能够可靠关闭汽轮机阀门(采用高压抗燃油系统的汽轮机控制系统)，则可不设置DEH失电停机保护功能。
(2)遮断电磁阀电源串、并联形式的遮断电磁阀组，若电磁阀为2路交流供电，则一路来自不间断供电电源(UPS)，另一路来自保安段，2路电源供遮断电磁阀组的通道1、通道2(以上海新华自动控制公司生产的液压伺服系统为例，通道1为ASTI和AST3，通道2为ASTZ和AST4)，即并联的2个电磁阀组成2个通道，任一路电源失去不会引起机组停运。2路交流电源要避免采用继电器切换后的电源作为2个遮断电磁阀共同电源，防止一路电源失去后在继电器触点切换过程中瞬时失电，导致遮断电磁阀失电停机。若电磁阀组为直流供电，2路电源通过二极管隔离藕合后共同作为电磁阀电源。若遮断电磁阀电源经保险端子供电，为了避免保险端子熔断后未及时发现而引起失电停机事故，应分别设置4个遮断电磁阀的保险端子，避免将ASTI和AST3共用一个保险端子，ASTZ和AST4共用一个保险端子的情况，否则一个保险端子熔断虽不会引起跳机，但若不能及时发现(遮断阀组的压力高或低压力开关应动作报警)则易误停机;更不能将ASTI和ASTZ(或AST4)共用一个保险端子，AST3和AST4(或AST2)共用一个保险端子，否则一个保险端子熔断将会引起停机。
(3)ETS保护拒电源在设计中应将ETS保护柜供电电源和遮断电磁阀供电电源分开配置。当ETS保护柜失电时应发出停机指令，因此跳闸汽轮机指令接点宜采用常闭触点;遮断电磁阀应配置为失电停机，当遮断电磁阀供电电源失去时，跳闸汽轮机。
2.2ETs保护在线试验
ETS保护功能在线试验包括润滑油压力低、高压抗燃油压力低、凝汽器真空压力低和遮断电磁阀动作等在线试验，并且要求在机组运行时定期试验。但是，很多机组的在线试验控制逻辑设计不够完善，而一些机组在线试验时出现机组误动事故。对此，在改进在线试验控制逻辑(图3一图5)的基础上分别进行各压力开关动作的在线试验，即润滑油压力低、高压抗燃油压力低、凝汽器真空压力低在线试验时闭锁遮断电磁阀动作，仅检测相应的压力开关动作情况;对于遮断电磁阀动作的可靠性，应将4个遮断电磁阀分开进行试验。
对于DEH和DCS一体化设计的机组，如果参与保护功能的参数由多个测点判断得到，则所有测点应集中到一个画面上显示;独立的ETS(采用PLC)监视信息宜送至DCS中，由DCS画面进行显示。
三、结语
汽轮机保护控制逻辑在一定程度上可减少保护误动概率，但不能完全避免由于测点等各种异常情况造成的保护误动。因此，还需要加强单点保护的监视、报警信息的完善和设备故障的及时处理，才能保证机组的长期、稳定、安全运行。
