分析了张家口发电厂汽动给水泵小汽轮机保护装置改造前存在的问题，介绍了小汽轮机保护装置改造的经验及改造后的运行情况，供老厂设备改造参考。

1　小机保护装置改造前的状况
　　张家口发电总厂(即原沙岭子发电厂)1～4号机组为国产300 MW机组，1、2号机组的给水系统各配置1台容量为50%的电动给水泵和1台容量为100%的汽动给水泵。3、4号机组的给水系统各配置1台容量为50%的电动给水泵和2台容量为50%的汽动给水泵。
1.1　汽动泵小机保护装置原状
　　张家口发电厂 1～4号机组汽动给水泵的小汽轮机(下称小机)保护装置是由汽轮机生产厂提供的。主要由常规继电器、压力开关、电磁阀及行程开关构成。由常规继电器构成保护逻辑，电磁阀完成保护动作。
1.2　原小机保护装置存在的问题
1.2.1　原小机保护装置同机组DCS系统无通讯联系。机组SOE系统只记录汽泵跳闸，不记录小机保护装置动作情况。小机发生故障停机后无法进行事故分析。
1.2.2　原小机保护装置使用上海某厂生产的JZ 14型DC 220 V大型常规中间继电器，继电器尺寸大，输出接点多，保护装置的逻辑功能，靠继电器接点，按一定的逻辑关系由硬线连接完成。当控制对象较复杂时，用此类装置，系统显得庞大，可靠性差，反映速度慢，逻辑修改不方便，继电器老化，易造成接点误动。

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2　装置改造硬件配置
2.1　PLC系统配置
　　采用 CQM 1型可编程逻辑控制器(PLC)，它是由电源、中央处理器和I/O元件组成的密集高速的程序控制器。中央处理器型号为CQM 1-CPU 21-E，具有1个RS-232 C型串行接口和1个外部接口。外部接口用于连接PRO 01型手操编程器，RS-232 C型串行接口用于与上位计算机和PLC的通讯。
　　改造后的每台小机的保护装置由2台可编程控制器(PLC)、1台上位机及隔离继电器组成。2台PLC并列运行，输入信号同时进入2台 PLC，2台PLC的输出并联，从而实现了PLC从CPU到I/O插件的全冗余。当1台 PLC 发生故障时另一台PLC将其切除，故障处理后由技术人员重新投入。上位机对保护装置进行监视，利用串行口与PLC进行通讯。上位机可显示、记录由PLC送上来的数据，实现事故追忆及事故打印功能。隔离继电器为MK3 P-I型 DC 24V继电器，目的是对输出信号进行隔离。图1为本装置系统结构。
 


图1　系统结构

2.2　隔离继电器柜配置
　　每台小机保护系统的隔离继电器柜内装有MK3 P-I型AC220 V继电器36个，DC 24 V继电器13个。此外，柜内还装有二极管、交流接触器、直流电源开关、交流电源开关、分路开关等。交、直流继电器主要对输入、输出信号进行隔离；二极管用于防止直流继电器接点拉弧；交流接触器用于交流电源的切换。
2.3　就地外围设备配置
　　小机保护装置除PLC柜、隔离继电器柜外，仍保留了原来的压力开关柜、行程开关、电磁阀等保护装置，只是压力开关全部换成进口开关，油管路也重新设计。
2.4　上位机配置
　　上位机由高可靠工业微机配以外围设备。
　　主机：台湾研华工业控制PC机。
　　配置：CPU，奔腾 586；主频，133 MHz；内存，16 M；硬盘，1 G；软驱，88.9 mm (3.5英寸)。
　　显示器：36 cm (14英寸) VGA彩色显示器。
　　分辨率：1024×768。
　　打印机：EPSON-LQ 150窄行打印机。

3　编程软件设计
　　LSS 是专为C系列PC机设计的程序和控制软件包，它不仅有编程能力，而且还有优越的调试、监视功能和程序、数据管理功能，使用户无论是在线还是离线情况下都能快速、准确的操作，完成其所需的功能。 字串8
　　当前实用最广泛的操作系统是WINDOWS。它是一个面向图形对象的操作平台。在该平台上开发的应用软件具有前后一致的用户界面和指令结构，用户可在多个窗口之间切换执行和交换数据。它提供了一个直观的、图形丰富的工作环境。
　　VISUAL BASIC FOR WINDOWS从根本上改变了传统的程序设计模式，是首先采用事件驱动编程机制的计算机语言，非常适用于图形界面(GUI)编程方式，改变了过去面向过程，按规定次序顺序进行的程序。对于现代的计算机应用来说，必须能让用户操作执行程序——即采用事件驱动程序。
　　针对当前计算机的发展方向，应用模式及现场运行的要求，决定采用应用广泛，系统稳定安全的中文WINDOWS 3.2操作环境，用VB语言设计，完成监控功能。
　　本系统运行的软件是实时监控软件，主要任务包括数据采集、数据整理、数据存储、实时状态显示、追忆打印。系统结构见图2。
 


图2　简明流程图

3.1　数据采集
　　本系统的所有现场信号均经过隔离继电器才输入到PLC的DI输入端，以保证PLC的安全。
　　数据通讯采用标准RS232 C型串行端口，主机上的2个串口分别与2个PLC相通，分时进行数据采集。在监控软件中需要定义端口的特性、传输波特率、数据位的长度、停止位的长度及奇偶效验类型。在此基础上，根据HOST-LINK的通讯方式，进行双向数据通讯。在定义通讯端口之后，还要检测主机与PLC的通讯状态。在正式传送数据之前，传送一串检测数据项，双方均确认正确后，则认为通讯正常，否则会报出错误。这样可以把采集的数据按规律放入定义好的数组中。
3.2　数据整理
　　在传递数据的过程中，数据都是以16进制码方式运行。要使用其正确定义则需进行16进制至10进制码的转换，这样在后续程序中才能快速准确使用。因本系统为双PLC冗余运行，通讯过程是先后扫描，所以在分别采集数据后，采用2个PLC数据进行“或”关系运算，可保证有1个PLC采集到本系统动作状态变化，则认为有保护动作发生。在程序中还有字符串异或运行及判断字符串正确与否等一系列数据的再调整内容。
3.3　数据存储
　　本系统最重要的功能是把保护动作情况存储起来，以供事后事故分析所用。
3.3.1　存储序列

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　　本系统可记录10次小机保护动作情况，并且采用先进先出(FIFO)方式，保留最新10次动作记录情况，以备后查。
3.3.2　存储内容
　　(1) 2台PLC采集的保护动作内容(首出原因)；
　　(2) 首出动作后1 min内所有状态变化；
　　(3) 直流220 V电源掉电情况；
　　(4) 交流220 V电源掉电情况；
　　(5) 高压主汽门活动实验；
　　(6) 低压主汽门活动实验。
3.3.3　存储方式
　　本系统采用随机文件方式存储各种数据，根据需要定义文件长度。
3.4　图形显示
　　显示画面见图3。主要显示小机保护情况，共分为三部分。
 

图3　显示画面

3.4.1　首出原因显示
　　共12项首出原因，依次为：就地跳闸、一次油压低、轴承油压低、气泵流量低、轴位移大、轴振大(1瓦)、前置泵跳闸、小机低真空、主控打闸、小机电超速、主汽门全关、轴振大(2瓦)。其中首出原因为红色框，后续动作为黄色框。 字串5
3.4.2　电磁阀动作及信号状态显示
　　共9项显示，依次为：一次、二次油压脱扣电磁阀Y11、Y12，小机复位电磁阀Y13，低压主汽门开启、关闭电磁阀Y5、Y6，高压主汽门开启、关闭电磁阀Y7、Y8，低真空复位，一次油压复位。
3.4.3　报警
　　报警包括有PLC1、PLC2故障报警，AC、DC220 V掉电报警。当发生异常时，均以红色框提示。
3.5　数据打印
　　打印画面见图4。
 
图4　打印画面

3.5.1　第一部分(图4虚线上半部分)
　　(1) PLC 选择 (PLC 1、PLC 2)；
　　(2) 打印范围 (首出、所有数据)；
　　(3) 次数选择 (1～10次)。
　　可从以上三项中任意组合选取打印。
3.5.2　第二部分(图4虚线下半部分)
　　第二部分为失电及实验数据。
　　(1) DC220 V失电记录；
　　(2) AC220 V失电记录；
　　(3) 高压主汽门活动实验；

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　　(4) 低压主汽门活动实验。
　　此部分可以预先显示，然后根据需要打印。

4　改造后的小汽机保护装置运行情况
　　自 1997年1月到1998年9月，先后对张家口发电厂4台机组的6台小机改装了此保护监视装置，经过近2年的现场运行，得出以下结论。
4.1　提高了装置工作的可靠性
　　改造后的保护装置均使用国外某公司生产的AC220 V和DC24 V继电器，继电器尺寸小、质量高，自投入使用以来，没有发生损坏现象。
4.2　提高了机组运行的可靠性
　　使用改造后的小机保护装置以后，由于保护逻辑不再是硬线连接，而是由PLC的内部程序来完成，这样就保证了小机保护动作的正确性，同时也提高了机组运行的可靠性。
4.3　可以正确分析机组事故停机后事故原因
　　改造后的小机保护系统所有保护跳闸原因全部进入机组的SOE系统，同时和机组的DCS系统也有通讯联系。这样，小机跳闸后可以迅速、正确地打印出跳闸情况记录，找出事故原因，为机组减少事故、预防事故，安全、经济运行提供了必要的条件。
4.4　提高了系统操作实用性
　　小机保护装置的系统画面全部为中文显示，功能齐全，操作简单方便，即使对系统不太熟悉，在特殊情况下，也能根据提示快速查询、打印出系统跳闸状况，便于热工维护人员的掌握使用。

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4.5　设备维护使用方便
　　小机保护装置改用PLC设备后，受到电厂运行及检修人员的一致好评，减轻了热工维护人员的维护量，方便了热工维护人员对设备的维护和管理。另外，小机PLC保护装置的实时监控功能，也为运行人员监视设备运行提供了方便。