一種ets保護單元及三重冗余的汽輪機危急保護系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高度可靠且易用的ETS保護單元及三重冗余的汽輪機危急保護系統(tǒng)。該ETS保護單元用于汽輪機危急保護系統(tǒng)中，包括處理器和“與門”電路；處理器采用FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列），內部設有三個保護邏輯模塊；ETS保護單元接收汽輪機停機信號后，由處理器內部的三個保護邏輯模塊分別進行保護邏輯運算，三路運算結果的電平信號輸出至“與門”電路進行“與”邏輯后，輸出保護動作信號。本發(fā)明ETS保護單元利用三個保護邏輯模塊分別進行運算，并且分別輸出邏輯電平“1”表示ETS停機，三個保護邏輯模塊的輸出取“與”邏輯后最終驅動ETS保護單元的停機DO輸出，這樣大大降低了ETS系統(tǒng)誤動的概率。
【專利說明】一種ETS保護單元及三重冗余的汽輪機危急保護系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種ETS保護單元及三重冗余的汽輪機危急保護系統(tǒng)，尤其是一種高可靠性且易于使用的三重冗余的汽輪機危急保護系統(tǒng)，屬于電力自動化領域。
【背景技術】
[0002]ETS: Emergency Trip System汽輪機危急跳閘系統(tǒng)。隨著汽輪發(fā)電機組容量不斷增大，蒸汽參數(shù)越來越高，熱力系統(tǒng)越來越復雜。為提高機組的經(jīng)濟性，汽輪機的動靜間隙、軸封間隙都選擇的較小。而汽輪機的旋轉速度很高，在機組啟動、運行或停機過程中，因操作不當或某些相關設備故障，很容易使汽輪機的轉動部件和靜止部件發(fā)生摩擦，引起葉片損壞、大軸彎曲、推力瓦燒毀等惡性事故。為保證機組安全啟停和正常運行，需對汽輪機的軸向位移、轉速、振動等機械參數(shù)，以及軸承溫度、油壓、真空、主汽溫等熱工參數(shù)進行監(jiān)視和異常保護。當被監(jiān)視的參數(shù)在超過報警值時，發(fā)出報警信號；在超過極限值時保護裝置動作，關閉主汽門，實行緊急停機。實現(xiàn)這一功能的控制系統(tǒng)我們稱之為汽輪機保護系統(tǒng)，也稱為危機遮斷系統(tǒng)或ETS系統(tǒng)(Emergency Trip System)。
[0003]常規(guī)的ETS系統(tǒng)米用的系統(tǒng)結構為:通過PLC (Programemable Logic Controller,可編程控制器)或DCS (Distributed Control System,分布式控制系統(tǒng))的開關量輸入模件，去采集汽輪機停機信號，并在PLC或DCS的控制器里進行邏輯運算，并根據(jù)運算結果通過開關量輸出模件輸出汽輪機跳機保護信號。此系統(tǒng)結構較為簡單，由于完全采用串聯(lián)的結構(“一輸入+ —控制器+ —輸出”)，任一環(huán)節(jié)故障均導致系統(tǒng)故障，整個系統(tǒng)可靠性不聞。
[0004]為了提高系統(tǒng)可靠性，部分廠家采用如下系統(tǒng)結構:使用冗余配置的DCS或PLC控制器，通過冗余技術防止單一核心單元即前面所說的“一控制器”產(chǎn)生故障而影響保護邏輯執(zhí)行。為了避免單一的開關量輸入模件故障，而使用三個開關量輸入模件對數(shù)字信號進行多路并行采集，采集的結果經(jīng)兩個冗余的控制器進行“三取二”邏輯運算，最終根據(jù)運算結果通過開關量輸出模件輸出汽輪機跳機保護信號。此種“三輸入+ 二控制器+ —輸出”的系統(tǒng)結構，較大的提高了系統(tǒng)誤動的可靠性，但由于本質上仍采用的是單條“DI+控制器+D0”的串行結構，三者任一故障，都會導致拒動。并且，此種方案一般在供電上難以完全獨立，并且還需配套使用控制器底座等部件，都不具備在線維護的能力，單個故障較難實現(xiàn)在線更換。
[0005]在上述現(xiàn)有方案中，無論是常規(guī)的ETS系統(tǒng)，還是使用DCS或PLC控制器冗余配置的ETS系統(tǒng)，其都存在可靠性相對不高的缺陷。其一般不具備輸入輸出回路故障全面診斷的能力，核心單元發(fā)生故障時也難以及時發(fā)現(xiàn)。另外，由于保護邏輯全部由單一處理器單一模塊完成，一旦運行出錯，則ETS系統(tǒng)輸出則出錯，一旦處理器跑飛則輸出回路完全不可控。在工業(yè)現(xiàn)場應用中，ETS系統(tǒng)的安全性、可靠性至關重要，這些隱患一旦發(fā)生，都影響重大。因此，需要克服現(xiàn)有技術中存在的隱患，增強ETS系統(tǒng)的安全性和可靠性。
【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術中存在的缺陷，提供一種能提高汽輪機危急保護系統(tǒng)可靠性的ETS保護單元。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種ETS保護單元，用于汽輪機危急保護系統(tǒng)中，接收汽輪機停機信號，并執(zhí)行保護邏輯，輸出保護動作信號，該ETS保護單元包括處理器和“與門”電路；處理器采用FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)，內部設有三個保護邏輯模塊；ETS保護單元接收汽輪機停機信號后，由處理器內部的三個保護邏輯模塊分別進行保護邏輯運算，三路運算結果的電平信號輸出至“與門”電路進行“與”邏輯后，輸出保護動作信號。由于三個保護邏輯模塊分別進行運算，并且分別輸出邏輯電平“ I ”表示ETS停機，三個保護邏輯模塊的輸出取“與”邏輯后最終驅動ETS保護單元的停機DO輸出，這樣大大降低了 ETS系統(tǒng)誤動的概率。
[0008]上述ETS保護單元還包括看門狗電路；看門狗電路分別連接處理器和“與門”電路；看門狗電路的輸出信號與處理器輸出的三路電平信號一起輸出至“與門”電路進行“與”邏輯后，輸出保護動作信號?？撮T狗電路一方面在處理器異常時及時對處理器復位糾錯，另一方面保證看門狗電路動作時將ETS保護單元的輸出切斷，保證系統(tǒng)的安全。
[0009]該ETS保護單元還包括電源診斷電路、DI輸入診斷電路和DO輸出診斷電路；電源診斷電路、DI輸入診斷電路和DO輸出診斷電路分別與處理器相連，通過對電源回路掉電、輸入輸出回路斷線以及停機DO實際輸出與軟件邏輯是否一致進行自診斷，并對故障信息進行主動報警上傳，從而提示維護人員及早發(fā)現(xiàn)解決。
[0010]本發(fā)明還提供了一種三重冗余的汽輪機危急保護系統(tǒng)，該汽輪機危急保護系統(tǒng)通過采集汽輪機停機信號輸出跳機保護信號，包括一個ETS輸入擴展單元、三個上述ETS保護單元和一個ETS輸出表決器；汽輪機停機信號通過ETS輸入擴展單元分別輸入至三個ETS保護單元；三個ETS保護單元分別輸出保護動作信號，且三個ETS保護單元輸出的保護動作信號經(jīng)ETS輸出表決器進行三取二表決后,輸出跳機保護信號,驅動汽輪機跳機電磁閥，完成跳機保護。由于三個ETS保護單元彼此獨立，任一 ETS保護單元故障都不會導致系統(tǒng)功能故障。
[0011]本發(fā)明汽輪機危急保護系統(tǒng)還包括操作面板，操作面板分別與三個ETS保護單元相連。
[0012]其中，操作面板采用PC機或觸摸屏，通過以太網(wǎng)或RS485通訊連接至ETS保護單元，可用于在線試驗和檢修時對保護邏輯進行軟件投切，并且一鍵操作即完成三個ETS保護單元的同時投切，投切開關自定義及自由增減極其靈活方便；同時所有投切開關均帶反饋，在方便的同時也做到了絕對的可靠。
[0013]本發(fā)明汽輪機危急保護系統(tǒng)的所有部件:ETS輸入擴展單元、ETS保護單元及ETS輸出表決器的所有接口均采用可插拔設計，并且所有的端口均采用防呆設計，便于故障時快速檢修和更換。為了便于插拔，單排接線端子不超過10位。部件安裝上采用導軌+鎖緊件安裝，僅需輕輕旋轉，即可從機柜上取下來。系統(tǒng)的安裝無論是電氣上還是結構上彼此完全獨立開來，互不影響。這樣在系統(tǒng)診斷為故障時，極大的提高了在線維修更換的效率。
[0014]本發(fā)明所達到的有益效果:
本發(fā)明提供的用于汽輪機危急保護系統(tǒng)的ETS保護單元，它利用三個保護邏輯模塊分別進行運算，并且分別輸出邏輯電平“I”表示ETS停機，三個保護邏輯模塊的輸出取“與”邏輯后最終驅動ETS保護單元的停機DO輸出，有效降低了 ETS系統(tǒng)誤動的概率。該ETS保護單元還采用看門狗技術，應用電源診斷電路、DI輸入診斷電路和DO輸出診斷電路，進一步增強了安全性和可靠性。本發(fā)明提供的汽輪機危急保護系統(tǒng)利用三個獨立工作的ETS保護單元進行冗余，并且關鍵表決回路使用硬回路進行三取二表決，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，保證了系統(tǒng)既不會誤動也不會拒動。另外，由于本發(fā)明汽輪機危急保護系統(tǒng)的三個ETS保護單元彼此獨立，并且基于豐富的完善的自診斷技術，以及系統(tǒng)的結構設計上的可插拔設計，系統(tǒng)的在線維護也極為方便。本發(fā)明汽輪機危急保護系統(tǒng)在提高了汽輪機危機保護系統(tǒng)的可靠性的同時，還極大的提高了系統(tǒng)使用的方便性和可維護性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為三重冗余的汽輪機危機保護系統(tǒng)的結構示意圖；
圖2為圖1中ETS保護單元的原理框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0017]圖1是本發(fā)明的三重冗余的汽輪機危機保護系統(tǒng)的結構示意圖?！捌啓C停機信號I輸入”經(jīng)“ETS輸入擴展單元3” 一分為三，經(jīng)預制電纜分別接入三個“ETS保護單元4、
5、6”，“ETS保護單元4、5、6”進行DI檢測后，內部MCU (處理器)執(zhí)行保護邏輯并輸出保護動作信號，三路ETS保護單元的保護動作信號經(jīng)“ETS輸出表決器7”進行三取二表決，輸出“汽輪機跳機保護信號8”，該信號輸出即可驅動汽輪機的跳閘電磁閥工作來實現(xiàn)對汽輪機的保護。三個ETS保護單元完全獨立工作，冗余配置，輸出表決完全使用硬件回路實現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0018]圖2為本系統(tǒng)核心ETS保護單元的原理框圖。“汽輪機停機信號I”經(jīng)ETS保護單元的“DI輸入12”輸入至處理器內部的“保護邏輯模塊15、16、17”。分別進行保護邏輯運算，并輸出運算結果的電平信號與“看門狗電路14”的信號進行“與”邏輯，最終驅動“汽輪機DO輸出19”輸出保護動作信號至“ETS輸出表決器7”。如圖1所示，該“ETS輸出表決器7”表決輸出“汽輪機跳機保護信號8”，最終驅動汽輪機的跳閘電磁閥動作進行汽輪機保護。如圖2所示，ETS保護單元包括的看門狗電路14”實時監(jiān)測處理器的運行狀態(tài)，一旦狀態(tài)出錯則復位處理器，同時通過“與門”切斷“D0輸出19”。ETS保護單元還包括“電源診斷電路11”對2路24V供電電源進行異常診斷；“DI輸入診斷電路13”對DI信號進行開路診斷；“ DO輸出診斷電路20”，自診斷DO輸出電路是否故障，同時比較實際輸出與處理器運算結果是否一致。ETS保護單元各診斷電路診斷出的任何故障均通過“HMI接口 21”傳輸?shù)脚c之連接的“操作面板2”進行提示報警，同時所有的在線試驗投切，也通過“HMI接口 21”與ETS保護單元進行交互，該“操作面板2”采用PC機或觸摸屏，通過以太網(wǎng)或RS485通訊線與“HMI接口 21”連接。
[0019]關于“ETS輸入擴展單元3”、“ETS保護單元4、5、6”及“ETS輸出表決器7”接口設計方面，所有接口均采用可插拔設計，便于故障時快速檢修和更換。
【權利要求】
1.一種ETS保護單元，用于汽輪機危急保護系統(tǒng)中，接收汽輪機停機信號，輸出保護動作信號，其特征在于:所述ETS保護單元包括處理器和“與門”電路；所述處理器內部設有三個保護邏輯模塊；所述ETS保護單元接收汽輪機停機信號后，由所述處理器內部的三個保護邏輯模塊分別進行保護邏輯運算，三個運算結果的電平信號輸出至“與門”電路進行“與”邏輯后，輸出保護動作信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的ETS保護單元，其特征在于:所述ETS保護單元還包括看門狗電路；所述看門狗電路分別與所述處理器、“與門”電路控制連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的ETS保護單元,其特征在于:所述ETS保護單元還包括電源診斷電路、DI輸入診斷電路、DO輸出診斷電路，所述電源診斷電路、DI輸入診斷電路和DO輸出診斷電路分別與所述處理器通訊連接；所述DI輸入診斷電路接入所述汽輪機停機信號；所述DO輸出診斷電路接入所述輸出保護動作信號。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的ETS保護單元，其特征在于:所述處理器采用FPGA。
5.一種采用權利要求1所述ETS保護單元的三重冗余的汽輪機危急保護系統(tǒng)，所述汽輪機危急保護系統(tǒng)通過采集汽輪機停機信號輸出跳機保護信號，其特征在于:所述汽輪機危急保護系統(tǒng)包括一個ETS輸入擴展單兀、三個所述ETS保護單兀和一個ETS輸出表決器；所述汽輪機停機信號通過ETS輸入擴展單元分別輸入至三個ETS保護單元；所述三個ETS保護單元輸出的保護動作信號經(jīng)ETS輸出表決器進行三取二表決后，輸出所述汽輪機跳機保護信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的汽輪機危急保護系統(tǒng)，其特征在于:所述汽輪機危急保護系統(tǒng)還包括操作面板 ，所述操作面板分別與所述三個ETS保護單元相連。
7.根據(jù)權利要求6所述的汽輪機危急保護系統(tǒng)，其特征在于:所述操作面板為PC機或觸摸屏。
8.根據(jù)權利要求5所述的汽輪機危急保護系統(tǒng)，其特征在于:所述ETS輸入擴展單元、ETS保護單元和ETS輸出表決器均采用可插拔接口。
【文檔編號】F01D21/00GK104018895SQ201410275040
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權日:2014年6月19日
【發(fā)明者】劉國耀, 趙國海, 杭哲 申請人:南京科遠自動化集團股份有限公司