［摘要］针对一起由于雷击导致汽轮机ETS 电跳机信号回路受干扰，使机组误跳闸的事故案例，从ETS 跳闸原理、跳闸时的数据及事后的试验数据等方面，分析汽轮机ETS 电跳机回路设计存在的不足，并提出防范措施，以降低雷击对ETS 电跳机信号的干扰。
饶文勇/文 广东省粤泷发电有限责任公司
0 引言
某机组选用 N125-135-535/535 型超高压、 中间再热、冷凝式汽轮机和 QFS-125-2 型双水冷 汽轮发电机。ETS ( emergency tripsystem，汽轮 机危急遮断保护系统 ) 采用由上海汽轮机厂配套的 控制系统，该系统使用的是施耐德莫迪康可编程控制器 PLC。
1 事件经过
2016 年 9 月，机组正常运行，负荷 120MW。当时暴雨，并伴有雷电，因厂区附近遭受雷击，导 致机组跳闸，负荷降到 0，汽机主汽门关闭，发变组开关分闸，锅炉 MFT ( main fuel trip，主燃烧 跳闸 )灭火停炉，汽轮机未出现转速飞升。检查机 组 SOE ( sequence of event，事件顺序记录系统 ) 记录，显示汽机主汽门关闭，ETS 跳闸首出逻辑显 示为发变组开关跳闸。按照事件的推理，SOE 记录顺序应该是：发变 组开关跳闸；然后 200ms后，记录汽轮机主汽门 关闭。但根据当时的 SOE 记录，无法判断机组跳 闸的真正原因。
2 ETS 电跳机保护回路接线
ETS 电跳机保护回路接线如图 1 所示。ETS 电跳机保护信号直接取自升压站发变组开关辅助接 点，通过控制信号电缆将开关接点信号接入 ETS 装置 ; 经过汽轮机 ETS 逻辑判断后，触发汽轮机跳闸，发出发变组开关跳闸至 SOE 记录，同时 ETS 首出逻辑记录：发变组开关跳闸。其中，控制信号电缆长度为 260m，ETS 装置 DI 通道的扫描 电压为 24V。
3 ETS 电跳机保护逻辑原理
ETS 电跳机保护逻辑原理如图 2 所示。根据图 2中逻辑分析可知，发变组开关接点信号进入 ETS 装置后，不通过任何逻辑运算即直接输入 SOE 进 行记录; ETS 首出逻辑及 AST 跳闸逻辑均设计有 自保持回路，逻辑一旦检测到发变组开关分闸信号 后，即进行信号自保持。
4 试验分析
4.1 发变组开关分闸信号
经 ETS 装置执行时间测试 对发变组开关跳闸信号经 ETS 装置至 SOE 记 录的时间进行试验，试验接线如图 3 所示。试验情况：从 ETS 接收发变组开关跳闸信号 到 SOE 记录至少耗时 9ms。
根据试验可知，当干扰信号持续时间小于 9ms 时，SOE不会记录发变组开关跳闸；但持续 时间小于 9ms 的干扰信号，会因 ETS 逻辑设置了 自保持回路而触发汽轮机跳闸。所以，SOE 应该 先记录汽轮机主汽门关闭，间隔 30ms 后再记录发 变组开关跳闸 (来至 ETS )。
4.2 ETS 电跳机保护信号电缆测试
发变组开关辅助接点至汽轮机 ETS 电跳机保 护信号电缆使用的是ZR-KVV22P2 铠装屏蔽控制 电缆。测试屏蔽接地电阻为 5Ω，单端接地，其中 一端在 ETS 装置接地，一端在发变组开关端子箱 悬空。但电缆单端接地只能防静电感应，不能防磁场强度变化所感应的电压，无法阻碍雷电波的侵入。
4.3 录波分析
电气录波如图 4 所示。可以看出，在机组跳闸 前主变高压侧 3U0 电压出现剧烈波动，但发电机机端电流 I a，I b，Ic 未出现异常。出现这种现象的原 因可能有以下几个：(1)电网系统故障；(2)开关分合闸操作导致过电压；(3)天气异常，受雷击干扰。由于当时电网未出现故障，运行人员也未进行发变组开关的操作；再根据当时的天气情况，故分析认为是发变组开关受到雷击的强烈干扰。汽轮机转速变化如图 5 所示。由图 5 可知，在 机组跳闸后，汽轮机转速逐渐下降，没有上升。从 图 4，5 综合分析可知，发变组开关受到雷击的强 烈干扰，干扰信号通过发变组开关传至汽轮机ETS 的信号电缆，再输入到汽轮机 ETS 装置；ETS 装置接受到干扰信号后，发出汽轮机跳闸指令，使汽 轮机首先跳闸，主汽门关闭，再联跳发变组开关。
5 跳闸原因分析
雷击导致发变组开关辅助接点至 ETS 的信号 电缆受到干扰，信号电缆提供了干扰信号的途径并 将此信号传入 ETS 装置。由于 PLC 的 DI 输入通道采用光耦器件，在雷电流感应的作用下，产生感 应电压，此电压与 PLC 的DI 输入通道的直流扫描 电源电压合成高于光耦触发电压，使光耦导通，从 而导致 ETS 装置误发汽机跳闸信号。ETS 首出逻辑记录的发变组开关跳闸信号导 致汽轮机跳闸是正确、可靠的。而 SOE 记录汽轮机主汽门先关闭、发变组开关后跳闸，原因是由于 雷击干扰信号持续时间很短 (小于 9ms )，ETS 尚未发出发变组开关跳闸至 SOE 记录时，干扰信号 已消失。
6 防范措施
(1) 更换信号电缆。将目前的单屏蔽电缆改为双屏蔽电缆，并将外屏蔽进行两端接地，做等电位联接，内屏蔽进行一点接地。这样外屏蔽层与其他同样做了等电位联接的导体构成了环路，产生了减低原磁场强度的磁通，从而基本上可抵消无外屏蔽 层时所感应的电压。
(2) 更换 DI卡件及电源。ETS 电跳机原使用的是 140DDI35300 型号的 DI 卡件，扫描电压为直流 24V，接点通断时间为 1ms。由于直流 24V 电压易受干扰，信噪比低，根据现场情况更换为扫描电压为直流 125V、型号为140DDI67300 的卡件，以增大信噪比，提高 ETS 抗干扰能力。
(3) 优化 ETS 电跳机 PLC 逻辑。增加 SOE 自保持回路，以准确记录小于 9ms 的干扰信号，为 日后的事故分析提供参考信息。
注：原文发表于《电力安全技术》2017年第8期，标题为：汽轮机ETS装置误动原因分析及防范措施
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