技术与应用 Ｍ７０１ Ｆ机组ＤＩＡＳＹＳ控制系统问题分析 李 东 范新宇 （深圳能源集团股份有限公司东部电厂，广东深圳 ５１８１２０） 摘要 本文介绍了Ｍ７０１Ｆ燃气轮机控制系统投产以来所存在一些主要问题，并进行分析和探 讨，提出一些相关的改进建议和措施，提高了控制保护系统的安全性。 关键词：燃气轮机；问题分析；改进对策 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｍ７０１Ｆ ＤＩＡＳＹＳ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｌｉ Ｄｏｎｇ Ｆａｎ Ｘｉｎｙｕ （Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｄｏｎｇｂｕ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５ １ ８ １ ２０） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｏｍｅ ｐｒｏｐｏｓａｌｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｏｎ Ｍ７０ １ Ｆ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ ＤＩＡＳＹＳ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｈａｖｅ ｈａｐｐｅｎｅｄ ｆｒｏｍ ｓｙｓｔｅｍ ｐｕｔｔｉｎｇ ｉｎｔｏ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｓｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｍａｙ ｂｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｙｐｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｐｒｏｐｏｓａｌｓ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ 某电厂建有三台三菱公司Ｍ７０１Ｆ燃气轮机联 合循环发组，该燃气轮机控制系统为三菱公司成套 的ＤＩＡＳＹＳ分散控制系统，机组控制系统从投产以 来运行基本稳定可靠，但在硬件和软件等方面也发 生了一些问题，甚至造成机组误动跳闸的事故，给 机组安全稳定运行带来了威胁，为此对这些问题进 议的ＲＳ ４８５串口通信。 １．２控制系统功能 燃气轮机控制系统按照其功能主要包括以下系 统： １）透平控制系统ＴＣＳ（ｔｕｒｂｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）： 主要完成对燃气轮机．汽轮机．发的起、停以及带负 荷正常运行的监控。 ２）过程控制系统ＰＣＳ（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）： 行了分析和研究，并提出相应的技术改进建议和措 施。其中有些已经实施并取得较好效果，有些还需 进一步探讨和解决。 主要完成对汽轮机旁路、汽轮机轴封、凝汽器真空 系统的监控。 １控制系统简介 １．１控制系统构成 上层部分：包括工程师站、操作员站、数据站 服务器、打印机、ＣＰＦＭ（ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｆｕｃｔｕ－ ａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒ）系统等设备。 ３）燃气轮机（汽轮机）保护系统ＴＰＳ（ｔｕｒｂｉｎｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）：主要完成燃气轮机一汽轮机．发的 跳闸连锁保护控制。 ４）透平轴系振动监测保护系统ＴＳＩ（ｔｕｒｂｉｎｅ ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）：主要完成对燃气轮机．汽轮 机．发轴系的振动、轴向位移、胀差、轴挠度、缸体 通信接口部分：包括机岛控制系统与ＤＣＳ系统 的接口通信等设备。 下层部分：包括ＴＣＳ（ｔｕｒｂｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ） 系统、ＰＣＳ（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）系统、ＴＰＳ（ｔｕｒｂｉｎｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）系统、ＭＰＳ站（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ 膨胀、零转速、键相等参数的监视、报警和保护。 ５）燃烧自动调整监控保护系统ＡＣＰＦＭ （ａｄｖａｎｃｅｄ ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｕｃｔｆｕａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒ）－ 主要完成燃气轮机燃烧系统的自动燃烧调节、监视 和保护功能。 ｓｔａｔｉｏｎ）等设备。 机岛控制系统内部的所有系统、设备之间通过 ６）其他系统：机组还配置了ＧＰＳ系统（用于 时钟的卫星同步）、大气检测站（用于对厂区的大气 情况进行监测）。 高速工业以太网组成了的计算机网络，与外部 的ＤＣＳ系统的通信接口则采用了ＭＯＤＢＵＳ通信协 ２０１７￣２电 技贰ｌ１３１ 技术与应用 ２控制系统运行情况及存在问题 燃气轮机控制系统从投运以来基本稳定，硬件 比较可靠，模件损坏率相对较低，系统软件、控制 逻辑运行也基本稳定。但在运行中也陆续发生了一 些故障和问题，下面是发生的主要问题以及针对这 些问题的分析和处理。 ２．１ 燃气轮机叶片通道温度（ＢＰＴ）偏差大保护误 动问题 ２００８年３月１号、３号机组先后发生燃气轮机 叶片通道温度（ｂｌａｄｅ ｐａｔｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＢＰＴ）偏差大 跳闸，事后经过检查分析确认两次跳闸均为保护误 动跳闸，对两次事故情况分析如下。 ２００８年３月８日１号机组在３６０ Ｍｗ负荷运行 时突然发生跳闸故障，报警显示为：“１１号燃气轮 机叶片通道温度（ＢＰＴ）偏差大跳闸”，事后对历史 数据进行了分析。跳闸前，燃气轮机控制系统（ＴＣＳ 系统）的１１号ＢＰＴ温度显示一直正常，没有跳变 和波动，其他相关运行参数也未见异常。由于此前 燃气轮机保护系统（ＴＰＳ系统）的ＢＰＴ测量数据未 设计进入到历史站ＡＣＳ（Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ Ｓｔａｔｉｏｎ）系统的 历史数据库中，所以对ＴＰＳ系统的采集数据无法进 行检查和分析。根据图１的ＢＰＴ测量原理和ＴＣＳ 系统历史数据的综合分析，认为此次跳闸时刻机组 运行参数是正常的，属于保护系统误动作跳闸。 图１ ＢＰＴ测量回路原理接线图 ２００８年３月ｌ２日３号机组在６７ＭＷ负荷时发 生跳闸。报警事件记录显示：“２０号ＢＰＴ偏差大跳 闸”。检查了ＴＣＳ系统２０号ＢＰＴ的历史数据，显示 温度偏差并没有高于跳闸定值，同时温度测点信号 也没有跳变和波动，其他相关运行参数也未见异常。 在随后检查ＴＰＳ系统保护逻辑中发现，ＴＰＳ１系统 和ＴＰＳ２系统输出为“１”，而ＴＰＳ３通道输出为“０”， １３２Ｉ电置｜ｌ技 ２０１７年第２期 即此次保护只有２个通道动作，经过３取２逻辑后 动作跳闸。３号机组的ＢＰＴ测量回路与１号机组完 全相同，由图２可以看出，温度变送器为１路热电 偶输入，２路电压输出，其中输出１并接成两路分 别输入到ＴＰＳ１通道和ＴＰＳ２通道，输出２输入到 ＴＰＳ３通道。而此次跳闸保护逻辑为ＴＰＳ１和ＴＰＳ２ 动作，ＴＰＳ３没有动作，刚好是温度变送器的输出１ 回路动作，据此分析结果是，温度变送器的输出１ 通道存在问题，从而导致保护误动。 图２ ＢＰＴ温度保护逻辑改进原理框图 综合上述两次跳闸事故分析，发现燃气轮机控 制保护系统存在着不完善之处。主要问题如下： 燃气轮机排气温度、ＢＰＴ温度、润滑油温度等 温度类保护系统的输入回路设计不合理。如图１所 示，这些保护信号均为单点信号经过温度变送器转 换、后再分别送入３个ＴＰＳ保护系统。如果温度变 送器之前回路中７个环节（如图１中所示：①热电 偶；②热电偶元件接线端子；③中间接线端子；④ 补偿电缆；⑤温度变送器输入端子；⑥温度变送器； ⑦温度变送器输出端子）中任一环节出现问题，保 护系统就会误动跳闸。虽然在机组的ＢＰＴ偏差大保 护逻辑中已经引入了相邻测点偏差大的关联逻辑， 但检查发现，该逻辑基本是无效的。事后于２００８年 ５月１６日通过对１号、３号机组的控制逻辑检查发 现：１号机组的２０个相邻ＢＰＴ偏差大判断逻辑中有 １８个已经输出为“１”，３号机组的２０个相邻ＢＰＴ 偏差大判断逻辑中有１６个已经输出为“１”（相邻 ＢＰＴ偏差的定值为＋２．５℃，一４℃，）。 针对上述保护系统存在的隐患，提出如下改进 建议。 在ＴＰＳ系统ＢＰＴ保护逻辑中引入ＴＣＳ系统的 温度报警信号作为跳闸逻辑的关联信号，逻辑原理 框图如图２所示。由于ＴＰＳ系统ＢＰＴ保护逻辑中引 入测量信号与ＴＣＳ系统的控制和温度报警信号为同 ～个测量点的双只元件，其测量数值和重要等级是 完全相同的，在正常情况下，当ＢＰＴ偏差大保护动 作时，ＴＣＳ系统的ＢＰＴ必定会提前发出报警信号， 所以，两个信号的关联条件是成立的、合理的，可 有效的防止因保护回路的信号测量发生问题而误动 跳闸，（如果在此前保护逻辑中设计了此关联条件， 则３号机组发生的２次跳闸事故均可完全避免）。防 止保护拒动：增加的ＴＣＳ系统的温度报警信号关联 跳闸逻辑可设计信号点的质量判断，当该信号出现 坏质量时，则自动解除其关联逻辑关系，可有效的 防止因信号问题出现保护拒动的情况。由于此改进 为控制逻辑的修改，不需对系统的硬件进行改动， 所以便于实施。同时对相邻测点偏差大的关联逻辑 定值进行优化修改（目前相邻ＢＰＴ偏差的定值修改 为＋２０￣Ｃ，一３０℃）。 将现有的温度变送器由１个改为３个，将用于 保护的温度测量元件分别并接到３个单独的温度变 送器的输入端（选型时要考虑并接后对测量误差的 影响在可接受的容许范围之内，也可对其误差在逻 辑中进行修正）。图３所示为改后的测量回路原理接 线图。这样相对改前可以有效分散不安全因素，大 大提高保护的可靠性。 ｏＵＴ ｌ １－５ＶＤＣ 去ＴＰｓ１通道 ＴＰＳ系统ＢＰＴ 温度测量元件 ＯＵＴ２ Ｅ互 二）去ＴＰｓ２通道 元件并接到３／ 个温度变送器 的输入端 ＯＵＴ ３ Ｅ互 二）去ＴＰｓ３通道 冷端补偿元件 ＿Ｊ＼温度变送器 图３温度变送器与ＴＰＳ系统１／２／３连接的 改进原理接线图 为了防止温度测量信号出现问题而导致机组误 动作跳闸，在ＴＰＳ系统中增加设计ＢＰＴ等保护信号 的预报警判断逻辑，如：将ＢＰＴ温度偏差在跳闸定 值前设置一个合适的报警值（保护定值为偏差＞ ３０℃、＜一６０℃跳闸，预报警值则可考虑设置为＞ ２０℃和＜一３０℃），当某一个温度偏差超过预报警值 时，在ＯＰＳ画面发出声光报警，此时立即通知热控 人员对该点信号进行检查和确认，以及时消除误测 量的故障。 ２．２ ＡＣＰＦＭ系统测量回路运行不稳定 ＡＣＰＦＭ系统在燃气轮机１号一２０号燃烧室分 技术与应用 别安装了燃烧压力波动测量探头和４个燃烧加速度 测量探头，用于对燃气轮机燃烧室进行监视、控制、 报警和保护。测量回路由探头、前置放大器、输入 模件组成。 该系统是燃气轮机用于进行燃烧自动调整和监 视报警保护的重要系统，但从运行以来却经常不断 的发生故障，主要表现在测量回路的燃烧压力波动 传感器探头和前置放大器环节经常发生异常噪声波 动干扰的问题，导致控制系统经常误报警。同时， ＡＣＰＦＭ系统是根据这些测量回路所采集的数据进 行判断、分析后对燃气轮机的燃烧系统做出自动燃 烧调节控制，在出现非正常噪声干扰后，ＡＣＰＦＭ系 统就会执行错误的调节，致使燃烧工作点偏离正常 区域，对燃烧系统带来危害，也可能会造成保护的 误动。 通过对此类问题的分析，认为主要是由于测量 回路的设备不稳定所致。因此当发生上述问题时， 目前处理的方法只能是解除故障测量信号，或更换 有问题的探头、前置器。由于ＡＣＰＦＭ系统已经记 忆和执行了错误的自动燃烧调节，因此在故障处理 完毕后，还需要由热控维护工程师手工清除ＡＣＰＦＭ 系统有关的燃烧振动数据文件后，ＡＣＰＦＭ系统自动 调节功能才能完全恢复正常。 通过与同类机组发电厂的调查和了解后得知， 存在此问题不是个别现象，而是较为普遍。为此， 向三菱公司公司进行了技术咨询，他们也认为可能 是质量问题，并正在研究和寻求解决办法，但到目 前为止仍未得到彻底解决。针对此类问题，提出以 下解决方案：燃烧器探头与电缆之间使用航空插头 连接，无特别固定悬空安装于燃机缸外表面，安装 和运行条件较差，宜出现故障，需制作固定安装装 置，以保证稳定性；在ＡＣＰＦＭ系统中增加低频波 段控制逻辑，及时剔除低频段不连续噪声波动，不 影响燃机燃烧调整。 ２．３ 其他问题 控制系统在运行中多次发生大量信号突然坏质 量的问题，经更换新的模件和基座后此问题仍时有 发生，未能彻底杜绝，给机组安全运行带来了较大 的负面影响。研究认为主要是Ｉ／Ｏ模件的基座存在 接触不良或者有质量问题。 燃气轮机控制系统模件的运行情况，总体来说 比较稳定可靠，但有少量的电源模件、Ｉ／Ｏ模件损坏， 伺服模件在到达５年使用寿命后故障率明显升高。 ２ｏ１７年第２期电黾技术Ｉ１３３ 技术与应用 具体故障现象主要表现为模块故障报警退出工作状 态，以及阀位反馈信号严重漂移。在向三菱公司反 映该问题后，三菱公司既没有提供故障原因说明， 验方法在普通加热炉进行校验其结果就会出现超差 不合格的情况。之后，详细了解这种热电偶的内部 结构，并对校验系统和校验方法进行了改进，终于 使这一难题得到解决，目前，实验室已能对该热电 也没有提出具体解决方案。据三菱公司最新版本的 硬件说明手册称，２０１２年后生产的新伺服模块的使 用寿命将由原来的５年提升至１０年。新伺服模块的 具体使用寿命还有待时间验证。 偶进行准确校验。 ３ 结论 Ｍ７０１Ｆ燃气轮机控制保护系统是由三菱公司成 套配置，虽然其设计为成熟的标准设计，主要应用 历史数据站是将机组运行历史数据存储的重要 设备，常用于对问题或事故分析，但燃气轮机控制 系统所配置的历史数据站（ＡＣＳ站）保存的数据时 间比较短，特别是１ Ｓ分辨率的历史数据只能保存 ２４ｈ，而对于分析问题或事故来说，１ Ｓ的分辨率的历 史数据最有用的，因此，２４ｈ的保存时间太短。在 工程安装调试期间，也曾要求三菱公司公司增加数 据存储时间，但由于技术原因未能实现，这给机组 于燃机轮机每周起停方式，但由于国内燃气轮机主 要为每日进行起停，且系统本身仍然存在着一些不 完善之处，如上所述。特别是对于温度类保护采用 单测点信号判断跳闸，ＡＣＰＦＭ系统元件故障和系统 存在不能进行故障判断、控制模件故障以及数据量 小等问题，存在着较大的误动风险和控制问题。对 于燃气轮机，每误跳一次闸除了带来负荷的损失外， 还将减少２００ｈ的等效运行小时（ＥＯＨ），其损失是 很大的。通过对温度回路和逻辑改造以及对ＡＣＰＦＭ 系统部分改进，将提高求控制保护系统的可靠性。 参考文献 ［１］ 三菱重工业有限公司．三菱公司控制系统使用手册 ［Ｚ］．２００３． 的事故分析带来了极大的不便。三菱控制系统存储 时间设置不合理，可通过通信方式将控制点通信到 其他控制系统（譬如ＯＶＡＴＩＯＮ系统），利用别的控 制系统存储广的特性进行故障分析。 在工程安装和调试期间，对燃气轮机热电偶温 度元件进行校验时，曾发生大量校验超差不合格的 问题，而且，在运行期间在本厂的热控试验室进行 校验时，也出现元件不合格的问题，在经三菱公司 公司确认元件本身没有问题的情况下，对这一问题 进行了研究和试验，最后发现是由于燃气轮机本体 热电偶温度元件的内部结构较为特殊（与国内使用 的普通热电偶元件结构不同），因此，使用通常的校 作者简介 李 东（１９８１．），男，技术工程师，工学学士，主要从事燃气轮机 发电厂检修安全管理工作。 一种基于蓝牙通信的电能表数据智能读写装置及方法 本发明还提供一种基于蓝牙通信的电能表数据智能 读写方法。本发明提供的基于蓝牙通信的电能表数据智能 近日，国家知识产权局公布专利“一种基于蓝牙通信 的电能表数据智能读写装置及方法”，申请人为惠州中城 电子科技有限公司。 读写装置作为桥接智能移动终端和电能表的桥梁，智能电 表配合低功耗蓝牙透传模块ＢＬＥ，便捷地和智能移动设 备相互通信，实现通过智能移动终端的应用模块智能化读 写和设置电能表数据，大大地节约电能表现场维护的成本 本发明提供一种基于蓝牙通信的电能表数据智能读 写装置，包括蓝牙透传模块、主控单元、外围通信模块， 蓝牙透传模块与智能移动终端蓝牙通信连接，主控单元与 蓝牙透传模块、外围通信模块串口通信连接，外围通信模 块与电能表的对应通信模块物理连接。 与时间，本发明也可以进行电能表测试，便于对电能表进 行调校。 １３４ｌ电号技７Ｉｔ ２０１７年第２期
