CN105909324B - 三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置 - Google Patents

三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置，包括用于测量汽轮机参数的传感器、输入卡、冗余控制器、四通道逻辑量输出卡和四取二液压遮断机构，还包括用于模拟测量传感器故障的模拟电路，模拟电路包括逻辑量输出卡DO´与故障模拟继电器，逻辑量输出卡(DO´)的输入端与冗余控制器连接，逻辑量输出卡(DO´)的输出端通过故障模拟继电器的常闭触点串入传感器测量回路中，继电器的常开触点串在四取二液压执行机构的供电回路中，本装置实现了汽轮机保护装置所有重要信号的元件器级别故障的模拟，三取二逻辑表决的四列扩展及三取二表决与四取二液压遮断装置的保护通道的通道试验。

Description

三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置
技术领域
本发明涉及汽轮机保护系统构架，尤其涉及一种三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置的通道结构和逻辑实现。
背景技术
汽轮机保护系统由现场测量传感器、I/O卡件，控制器，继电器和油路执行机构构成，参见图1：已有ETS系统构架。汽轮机保护系统主要完成汽轮机事故工况或监视数据异常时，完成汽轮机遮断跳机功能，是汽轮机保护的核心。常规汽轮机保护系统为三冗余现场测量原件，三重ETS保护控制器，三取二液压执行机构，完成机组的三取二跳机。为了保证汽轮机保护系统在需求保护时能够执行跳机功能，使汽轮机安全停机，在正常运行时需要对汽轮机保护通道进行是周期性通道试验，验证保护通道的功能正常与否。 在三重保护通道的结构下，汽轮机保护系统的通道试验相对简单，仅仅要对三个保护通道逐一进行试验，观察单通道反馈即可。且实验只对执行机构进行实验，不对测量元器件进行实验。
现行国产华龙一号机组及CAP1400核电机组，使用的ETS构架为三冗余现场测量元器件、冗余控制器，四列I/O卡件与四取二液压执行机构组成。现场三个信号在控制器内执行三取二逻辑表决，输出扩展成四列，在执行机构上执行四取二的逻辑，最终完成机组跳机保护。三列测量输入信号，冗余控制器与四取二液压遮断机构，在保护通道上不能够成一对一的关系，在周期性通道试验时无法进行一对一的通道试验，必须采用新的试验构架和流程，方可进行保护通道的周期性试验，且通道实验要对测量元器件和逻辑进行完全验证，保证汽轮机保护系统在长周期运行中测量元器件和执行机构都可靠。
另有中国专利号为201420317119.7，公开了一种汽轮机转速三取二跳机保护装置，属于汽轮机跳机保护领域。为了解决现有的三取二汽轮机转速保护装置采用软件实现可靠性差，且无法直观判断每路转速是否故障的问题。它包括三路转速卡、六路跳机干接点和一个跳机状态输出接点，三路转速卡各输出两路跳机信号分别给六路跳机干接点，第一跳机干接点J1-1和第二跳机干接点J1-2串联成第一串联支路，所述第三跳机干接点J2-1和第四跳机干接点J2-2串联成第二串联支路，所述第五跳机干接点J3-1和第六跳机干接点J3-2串联成第三串联支路，三个串联支路并联后与跳机状态输出接点并联连接。该装置在电路上实现了转速三取二表决，但无法实现从测量元器件到执行机构的整个信号链路的模拟试验。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置，本发明装置改变了传统汽轮机保护装置结构：在三列原器件试验测量端执行了传感器故障模拟；对于硬件保护通道，在三列通道后增加继电逻辑，实现三取二表决后的四通道扩展；在软件上实现三列保护测量原件的逐列模拟试验并实现了四列执行器的逐列试验，以保证设备在运行期间的可靠性的验证。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置，包括用于测量汽轮机参数的传感器、输入卡、冗余控制器、执行通道和遮断执行机构，传感器与输入卡连接，输入卡与冗余控制器连接，冗余控制器与执行通道连接，执行通道串在遮断执行机构的供电回路中，其特征在于：还包括用于模拟测量传感器故障的模拟电路，所述模拟电路包括逻辑量输出卡(DO´)与故障模拟继电器，逻辑量输出卡(DO´)的输入端与冗余控制器连接，逻辑量输出卡(DO´)的输出端通过故障模拟继电器的常闭触点串入传感器测量回路中；所述的遮断执行机构为四取二液压遮断机构，所述执行通道为四列执行通道，每列通道包括相互连接的逻辑量输出卡与继电器，逻辑量输出卡与冗余控制器连接，继电器的常开触点串在四取二液压执行机构的供电回路中。
四列执行通道中，其中一列执行通道的继电器常开触点通过三取二表决回路串在四取二液压执行机构的供电回路中。
四列执行通道中，每列执行通道的继电器常开触点通过三取二表决回路串在四取二液压执行机构的供电回路中。
所述传感器包括转速测量传感器、高压排汽测量传感器和低压排汽测量传感器，所述输入卡包括模拟量输入卡AI和逻辑量输入卡DI，所述的转速测量传感器通过模拟量输入卡AI与冗余控制器连接，高压排汽测量传感器和低压排汽测量传感器分别通过逻辑量输入卡DI与冗余控制器连接。
本发明具有以下优点：
1、本发明装置改变了传统汽轮机保护装置结构：将传统的三列测量对应三列执行机构的传统结构变化为三列测量对应4列执行机构；
2、本发明在三列原器件试验测量端执行了传感器故障模拟；通过继电器带电模拟断开测量线路，以检测设备对故障模拟的相应，验证了从信号测量端到执行机构的整个信号链路的可靠性。
3、本发明对于硬件保护通道，在三列通道后增加继电逻辑，实现三取二表决后的四通道扩展；解决了测量三列与执行器四列不能一一对应实验的问题；
4、在软件上实现三列保护测量原件的逐列模拟试验并实现了4列执行器的逐列试验，以保证设备在运行期间的可靠性的验证。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图；
图2为本发明的实施例1的电器结构原理图；
图3为本发明的实施例2的电器结构原理图；
图4为到继电器超速模拟试验逻辑图；
图5为到液压执行机构超速模拟试验逻辑图；
图6为三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置元器件级保护通道试验逻辑。
图中标记：1、转速测量传感器，2、高压排汽测量传感器发，3、低压排汽测量传感器，4、冗余控制器，5、遮断执行机构，6、三取二表决回路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
实施例1
如图2所示，一种三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置，包括用于测量汽轮机参数的传感器、输入卡、冗余控制器4、执行通道和遮断执行机构5，传感器与输入卡连接，输入卡与冗余控制器4连接，冗余控制器4与执行通道连接，执行通道通过继电器的常开触点串在遮断执行机构5的供电回路中，还包括用于模拟测量传感器故障的模拟电路，所述模拟电路包括逻辑量输出卡DO´与故障模拟继电器，逻辑量输出卡DO´的输入端与冗余控制器连接，逻辑量输出卡DO´的输出端通过故障模拟继电器的常闭触点串入传感器测量回路中；所述的遮断执行机构为四取二液压遮断机构，执行通道为四列执行通道，每列通道包括相互连接的逻辑量输出卡DO与继电器，逻辑量输出卡DO与冗余控制器连接，继电器的常开触点串在四取二液压执行机构的供电回路中。
传感器包括转速测量传感器1（其用于汽轮机转速的测量），高压排汽测量传感器2（其用于汽轮机高压缸排气的测量）和低压排汽测量传感器3（其用于汽轮机低压缸排气的测量），且每种传感器为三个，所述输入卡包括模拟量输入卡AI和逻辑量输入卡DI，所述的转速测量传感器通过模拟量输入卡AI与冗余控制器连接，高压排汽测量传感器和低压排汽测量传感器分别通过逻辑量输入卡DI与冗余控制器连接。逻辑量输出卡DO´的输出端通过故障模拟继电器的常闭触点串入传感器测量回路中的具体方式是：逻辑量输出卡DO´的输出端通过故障模拟继电器k31、k32、k33的常闭触点串入转速测量传感器1与模拟量输入卡AI组成的传感器测量回路中；逻辑量输出卡DO´的输出端通过故障模拟继电器k41、k42、k43的常闭触点串入低压排汽测量传感器3与逻辑量输入卡DI组成的传感器测量回路中；逻辑量输出卡DO´的输出端通过故障模拟继电器k51、k52、k53的常闭触点串入高压排汽测量传感器2与逻辑量输入卡DI组成的传感器测量回路中（如图2所示）。
转速传感器通过电缆将信号送到三通道转速模拟输入卡，转速模拟卡通过比较器将指令通过输出继电器K11、K12、K13送出，继电器K11、K12、K13的两副常开触点分别接回控制器或串入执行机构的三个供电回路中，K11、K12、K13的另外两副常开触点组成三取二表决扩展回路，串入执行机构的第四个供电回路中，最后到执行器。
非转速传感器通过电缆将信号送到三通道逻辑量输入卡，逻辑量输入卡在通过数据总线将信号送到冗余控制器，冗余控制器通过逻辑三取二表决后将执行指令通过总线送到四列执行通道对遮断执行机构动作，逻辑量输出卡，逻辑输出卡将指令送输出继电器，输出继电器常开触点。输出卡通过继电器的常开触点串在遮断执行机构5的供电回路中的方式是：四通道逻辑量输出卡DO通过继电器k21、k22、k23、k24的常开触点串在遮断执行机构5的供电回路中，最后到执行机构（如图2所示）。
实施例2
如图3所示，一种三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置，包括用于测量汽轮机参数的传感器、输入卡、冗余控制器4、执行通道和遮断执行机构5，传感器与输入卡连接，输入卡与冗余控制器4连接，冗余控制器4与执行通道连接，执行通道通过继电器的常开触点串在遮断执行机构5的供电回路中，还包括用于模拟测量传感器故障的模拟电路，所述模拟电路包括逻辑量输出卡DO´与故障模拟继电器，逻辑量输出卡DO´的输入端与冗余控制器连接，逻辑量输出卡DO´的输出端通过故障模拟继电器的常闭触点串入传感器测量回路中；所述的遮断执行机构为四取二液压遮断机构，执行通道为四列执行通道，每列通道包括相互连接的逻辑量输出卡DO与继电器，逻辑量输出卡DO与冗余控制器连接，继电器的常开触点串在四取二液压执行机构的供电回路中。
传感器包括转速测量传感器1（其用于汽轮机转速的测量），高压排汽测量传感器2（其用于汽轮机高压缸排气的测量）和低压排汽测量传感器3（其用于汽轮机低压缸排气的测量），且每种传感器为三个，所述输入卡包括模拟量输入卡AI和逻辑量输入卡DI，所述的转速测量传感器通过模拟量输入卡AI与冗余控制器连接，高压排汽测量传感器和低压排汽测量传感器分别通过逻辑量输入卡DI与冗余控制器连接。逻辑量输出卡DO´的输出端通过故障模拟继电器的常闭触点串入传感器测量回路中的具体方式是：逻辑量输出卡DO´的输出端通过故障模拟继电器k31、k32、k33的常闭触点串入转速测量传感器1与模拟量输入卡AI组成的传感器测量回路中；逻辑量输出卡DO´的输出端通过故障模拟继电器k41、k42、k43的常闭触点串入低压排汽测量传感器3与逻辑量输入卡DI组成的传感器测量回路中；逻辑量输出卡DO´的输出端通过故障模拟继电器k51、k52、k53的常闭触点串入高压排汽测量传感器2与逻辑量输入卡DI组成的传感器测量回路中（如图3所示）。
转速传感器通过电缆将信号送到三通道转速模拟输入卡，转速模拟卡通过比较器将指令通过输出继电器K11、K12、K13送出，继电器K11、K12、K13的一副常开触点接回控制器，K11、K12、K13的另外八副常开触点组成三取二表决扩展回路，串入执行机构的四个供电回路中，最后到执行器。（示例1与示例2差别处）
非转速传感器通过电缆将信号送到三通道逻辑量输入卡，逻辑量输入卡在通过数据总线将信号送到冗余控制器，冗余控制器通过逻辑三取二表决后将执行指令通过总线送到四列执行通道对遮断执行机构动作，逻辑量输出卡，逻辑输出卡将指令送输出继电器，输出继电器常开触点。输出卡通过继电器的常开触点串在遮断执行机构5的供电回路中的方式是：四通道逻辑量输出卡DO通过继电器k21、k22、k23、k24的常开触点串在遮断执行机构5的供电回路中，最后到执行机构（如图3所示）。
各设备的逻辑关系为：
对于一般现场逻辑信号，现场三列传感器将汽轮机现场状态信号测量后传送至逻辑量输入卡DI，逻辑量输入卡DI采集信号后通过网络传送到冗余控制器，冗余控制器进行三取二表决后将保护指令通过网络传送到逻辑量输出卡DO，最后对四取二液压执行机构进行动作，完成汽轮机保护。
对于转速信号，现场传感器将转速信号传递给转速卡， 转速卡将现场信号进行处理，对执行指令通过继电器输出后并完成四列扩展，最后到执行机构。
对于模拟故障链路，采用带电动作原则，即便模拟执行故障或继电器故障，故不影响信号的正常测量；对于输出执行指令，采用失电安全法则。
一、对于超速保护试验，表决为硬件三取二，执行流程如下：
在没有转速传感器故障的情况下，可以进行试验；
选择进行试验后，系统开始试验总计时，然后执行通道1传感器故障模拟；
当模拟信号引发通道1转速故障并对通道1试验时间计时，等待通道1输出反馈；
如通道1在规定时间内未反馈回试验结果，结束整个试验并报试验故障；当通道1在规定时间内反馈回来后，结束通道1试验，延时确认后触发通道二试验。
然后执行通道2传感器故障模拟；
当模拟信号引发通道2转速故障并对通道2试验时间计时，等待通道2输出反馈；
如通道2在规定时间内未反馈回试验结果，结束整个试验并报试验故障；当通道2在规定时间内反馈回来后，结束通道2试验，延时确认后触发通道三试验。
然后执行通道3传感器故障模拟；
当模拟信号引发通道3转速故障并对通道3试验时间计时，等待通道3输出反馈；
如通道3在规定时间内未反馈回试验结果，结束整个试验并报试验故障；当通道3在规定时间内反馈回来后，结束通道3试验，并结束整个试验，试验宣告成功。
在规定总时长内，三个试验认未完成，结束试验。（如图4、图5所示）。
二、对于其它保护信号，要求做到元器件设备且要求做三取二逻辑链路的试验，流程如下：
当无传感器都故障时，用户可以选择执行试验，开始执行试验。
选择进行试验后，系统开始试验总计时。
然后执行通道1传感器故障模拟，并软件模拟第二通道故障，逻辑执行三取二跳机；屏蔽非1通道的指令输出，让1通道执行器动作；
如通道1在规定时间内未反馈回试验结果，结束整个试验并报试验故障；当通道1在规定时间内反馈回来后，结束通道1试验，延时确认后触发通道二试验。
然后执行通道2传感器故障模拟，并软件模拟第三通道故障，逻辑执行三取二跳机；屏蔽非2通道的指令输出，让2通道执行器动作；
如通道2在规定时间内未反馈回试验结果，结束整个试验并报试验故障；当通道2在规定时间内反馈回来后，结束通道2试验，延时确认后触发通道三试验。
然后执行通道3传感器故障模拟，并软件模拟一通道故障，逻辑执行三取二跳机；屏蔽非3通道的指令输出，让3通道执行器动作；
如通道3在规定时间内未反馈回试验结果，结束整个试验并报试验故障；当通道3在规定时间内反馈回来后，结束通道3试验，延时确认后触发通道四试验。
执行通道4试验，直接触发通道四执行机构动作；
如通道4在规定时间内未反馈回试验结果，结束整个试验并报试验故障；当通道4在规定时间内反馈回来后，结束试验，延时确认后试验成功。
在规定总时长内，四个通道试验认未完成，结束试验（如图6所示）。

Claims (4)

1.一种三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置，包括用于测量汽轮机参数的传感器、输入卡、冗余控制器、执行通道和遮断执行机构，传感器与输入卡连接，输入卡与冗余控制器连接，冗余控制器与执行通道连接，执行通道串在遮断执行机构的供电回路中，其特征在于：还包括用于模拟测量传感器故障的模拟电路，所述模拟电路包括逻辑量输出卡(DO´)与故障模拟继电器，逻辑量输出卡(DO´)的输入端与冗余控制器连接，逻辑量输出卡(DO´)的输出端通过故障模拟继电器的常闭触点串入传感器测量回路中；所述的遮断执行机构为四取二液压执行机构，所述执行通道为四列执行通道，每列通道包括相互连接的逻辑量输出卡与继电器，逻辑量输出卡与冗余控制器连接，继电器的常开触点串在四取二液压执行机构的供电回路中。
2.根据权利要求1所述的三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置，其特征在于：四列执行通道中，其中一列执行通道的继电器常开触点通过三取二表决回路串在四取二液压执行机构的供电回路中。
3.根据权利要求1所述的三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置，其特征在于：四列执行通道中，每列执行通道的继电器常开触点通过三取二表决回路串在四取二液压执行机构的供电回路中。
4.根据权利要求1所述的三取二表决、四取二液压遮断的汽轮机保护装置，其特征在于：所述传感器包括转速测量传感器(1)、高压排汽测量传感器(2)和低压排汽测量传感器(3)，所述输入卡包括模拟量输入卡(AI)和逻辑量输入卡(DI)，所述的转速测量传感器(1)通过模拟量输入卡(AI)与冗余控制器连接，高压排汽测量传感器(2)和低压排汽测量传感器(3)分别通过逻辑量输入卡(DI)与冗余控制器连接。
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