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汽輪機(jī)遠(yuǎn)程保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程保護(hù)系統(tǒng)原理新增的汽輪機(jī)遠(yuǎn)程保護(hù)主要內(nèi)容包括超速保護(hù)和滑油壓力低保護(hù)。超速保護(hù)一般是當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速的7%～10%時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子可能會(huì)發(fā)生松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生汽輪機(jī)飛車的重大事故，因此機(jī)組應(yīng)緊急停機(jī);滑油壓力低保護(hù)是當(dāng)機(jī)組滑油系統(tǒng)的壓力降至低極限時(shí)，軸承滑油溫度升高，為防止機(jī)組軸承被燒毀或發(fā)生故障，應(yīng)使機(jī)組緊急停機(jī)。汽輪機(jī)遠(yuǎn)程保護(hù)系統(tǒng)主要由測(cè)量傳感器、保護(hù)裝置和電磁閥及管路附件等組成。測(cè)量傳感器分別檢測(cè)安裝在管路上的滑油壓力和轉(zhuǎn)速。為了提高安全可靠性，轉(zhuǎn)速傳感器和滑油壓力傳感器均冗余配置為3路，測(cè)量轉(zhuǎn)速的探頭為脈沖形式，為提高測(cè)量精度，應(yīng)選擇適當(dāng)齒數(shù)的傳感器;滑油壓力傳感器可以為壓力變送器或者壓力繼電器。保護(hù)裝置是保護(hù)系統(tǒng)的核心設(shè)備，當(dāng)保護(hù)裝置檢測(cè)到轉(zhuǎn)速信號(hào)和滑油壓力信號(hào)任一參數(shù)超過規(guī)定值時(shí)，通過內(nèi)部功能插件處理判斷，輸出保護(hù)信息驅(qū)使安裝在管路上的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而使機(jī)組停機(jī)。汽輪機(jī)保護(hù)電磁閥作為汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵執(zhí)行部件，其性能優(yōu)劣及穩(wěn)定可靠直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行，應(yīng)對(duì)電磁閥的加工制造、裝配工藝和定期傳動(dòng)等進(jìn)行考核，以有效避免電磁閥的誤動(dòng)和拒動(dòng)。裝置組成保護(hù)裝置內(nèi)部主要部件包括三通道邏輯判斷插件、三通道電源插件、仲裁電源插件、報(bào)警符合插件、繼電器插件和濾波器等，其中邏輯判斷插件包含參數(shù)采集功能。前面板上設(shè)有3個(gè)電源開關(guān)及電源指示燈、參數(shù)越限報(bào)警指示燈、蜂鳴器、顯示數(shù)碼管及速關(guān)操作按鈕等;后面板為用于本機(jī)與機(jī)組等設(shè)備進(jìn)行參數(shù)和信息傳遞的電連接器。裝置原理在保護(hù)裝置面板上設(shè)置數(shù)碼管，顯示裝置采集的參數(shù)示值;面板上有電源開關(guān)及指示燈表明供電狀況;面板另設(shè)報(bào)警指示燈，當(dāng)有參數(shù)越限引起保護(hù)動(dòng)作時(shí)，對(duì)應(yīng)的指示燈閃爍;為了防止誤操，面板上設(shè)置一對(duì)速關(guān)按鈕，同時(shí)按下有效。保護(hù)裝置具有汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高或滑油壓力低的燈光及蜂鳴器報(bào)警提示功能、保護(hù)動(dòng)作輸出功能，具有汽輪機(jī)遠(yuǎn)程遙操和自動(dòng)控制功能，與其他設(shè)備的信息通信功能。其原理為:將測(cè)量的轉(zhuǎn)速信號(hào)、滑油壓力信號(hào)經(jīng)過隔離分別送至保護(hù)裝置內(nèi)部A，B，C三個(gè)完全獨(dú)立的功能相同的邏輯判斷插件，邏輯判斷插件采集信號(hào)與保護(hù)定值比較，若轉(zhuǎn)速高于規(guī)定值或油壓低于規(guī)定值，該插件同時(shí)與另外2個(gè)插件輸出至本插件的信息進(jìn)行三取二的仲裁，綜合運(yùn)算后送至繼電器插件，硬件三取二仲裁后輸出驅(qū)動(dòng)電磁閥的信號(hào)，自動(dòng)打開電磁閥，聯(lián)通泄油回路，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)速關(guān)操作;同時(shí)輸出本通道的報(bào)警信息至報(bào)警仲裁插件，該信息與另外2個(gè)邏輯判斷插件輸出的報(bào)警信息在進(jìn)行硬件三取二的邏輯仲裁后，輸出最終的報(bào)警信號(hào)。該報(bào)警信號(hào)在裝置面板通過指示燈和蜂鳴器進(jìn)行聲光報(bào)警，以提示操作人員在自動(dòng)保護(hù)功能失靈時(shí)，同時(shí)按下保護(hù)裝置上的一對(duì)速關(guān)按鈕，使管路上的電磁閥打開泄油，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程速關(guān)操作;保護(hù)裝置利用故障診斷技術(shù)可檢測(cè)輸出信息是否與輸入信息吻合，并由通信功能將檢測(cè)的參數(shù)以及保護(hù)動(dòng)作信息傳輸至上一級(jí)的管理系統(tǒng)顯示或儲(chǔ)存，作為日后的事故分析之用。保護(hù)裝置設(shè)計(jì)措施保護(hù)裝置設(shè)計(jì)采取了如下技術(shù)措施:1)設(shè)計(jì)中采用技術(shù)成熟，經(jīng)過實(shí)船考驗(yàn)的可靠性高的元器件或?yàn)楣I(yè)級(jí)的器件;元器件品種盡量統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化;采用降額設(shè)計(jì)方法，降低元器件及零部件的故障率;采用熱設(shè)計(jì)方法，從元器件篩選、電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面采取措施，減少溫度對(duì)裝置的影響。2)主要元器件選擇①繼電器在保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作信號(hào)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起著聯(lián)接和傳送作用，在整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)中至關(guān)重要。沒有動(dòng)作信號(hào)，保護(hù)動(dòng)作就是誤動(dòng);有了動(dòng)作信號(hào)，保護(hù)不動(dòng)就是拒動(dòng)。因此，保護(hù)動(dòng)作繼電器必須應(yīng)選擇性能可靠、安裝方便，接觸優(yōu)良，接點(diǎn)距離合適的軍用繼電器。②微處理器選用32位ARM處理器LPC2294，其性能強(qiáng)大，功耗低，而且工作溫度范圍可達(dá)120℃。③數(shù)字邏輯器件采用抗干擾能力較強(qiáng)的軍用級(jí)54LS系列器件。④電阻器采用噪聲水平低的精密線繞電阻和高質(zhì)量的金屬膜電阻。⑤根據(jù)電路功能的需要，選用不同類型的電容器;大容量的電解電容用于直流穩(wěn)壓電源和低頻濾波;溫度效應(yīng)低、漏電流小、壽命長(zhǎng)的鉭電容用于電路中電源輸入端的去耦;對(duì)于數(shù)字集成電路芯片，電源和地線之間的去耦電容采用串聯(lián)電阻小、有一定電感、穩(wěn)定性好的金屬化聚酯膜電容，以抑制噪聲。3)軟件設(shè)有自檢功能，采用了編解碼技術(shù)和設(shè)置校驗(yàn)字節(jié)的方式對(duì)通訊信息進(jìn)行加工，提高串口通信可靠性，保證接收信息的完整無(wú)誤;采用數(shù)字濾波、軟件看門狗等技術(shù)，提高保護(hù)軟件抗干擾能力。4)印制板設(shè)計(jì)應(yīng)使器件布局合理，走線整齊;印制板噴涂三防漆，防止因潮濕、鹽霧及霉菌等引起電路絕緣性能降低和短路故障。

保護(hù)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)與分析

根據(jù)保護(hù)相關(guān)安全運(yùn)行規(guī)定，為確保保護(hù)功能實(shí)施的正確性，降低保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)率和拒動(dòng)率，保護(hù)系統(tǒng)采取了以下設(shè)計(jì)方法。冗余設(shè)計(jì)保護(hù)系統(tǒng)的冗余性設(shè)計(jì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)參數(shù)測(cè)量的冗余。轉(zhuǎn)速信號(hào)和滑油壓力均配置3個(gè)測(cè)量傳感器。2)保護(hù)裝置功能插件冗余設(shè)計(jì)。3個(gè)完全獨(dú)立的邏輯判斷插件，獨(dú)立完成各自采集、綜合分析判斷功能。3)直流供電的冗余。3個(gè)完全相同的電源插件，分別給3個(gè)邏輯判斷插件供電;報(bào)警邏輯仲裁電路采用2路5V并聯(lián)供電，報(bào)警燈光聲響指示輸出電路也均采用2路電源并聯(lián)供電，以確保電源可靠性。4)保護(hù)動(dòng)作及報(bào)警輸出的冗余:通過繼電器組的三取二邏輯仲裁后，繼電器插件板輸出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，最后作用到電磁閥上。同樣的3個(gè)邏輯判斷插件輸出的報(bào)警信號(hào)分別送至仲裁插件上，進(jìn)行三取二邏輯仲裁后送出報(bào)警信號(hào)。單一故障準(zhǔn)則保護(hù)裝置的每項(xiàng)保護(hù)參數(shù)從輸入信號(hào)隔離、轉(zhuǎn)換、邏輯處理到保護(hù)動(dòng)作輸出和電源均采用3路獨(dú)立的通路，各通路相互隔離。因此，任一單路故障或單一事件引起的多故障均不會(huì)影響其他2路保護(hù)通道的保護(hù)動(dòng)作。仲裁設(shè)計(jì)本保護(hù)系統(tǒng)采用了多級(jí)局部仲裁技術(shù)，即多次進(jìn)行局部仲裁，以提高信號(hào)處理、定值比較的可靠性;3個(gè)邏輯判斷插件對(duì)保護(hù)參數(shù)分別進(jìn)行了局部仲裁后，其結(jié)果分別送至報(bào)警仲裁插件進(jìn)行仲裁處理、送至繼電器插件板進(jìn)行三取二邏輯仲裁后最后輸出為報(bào)警信號(hào)、電磁閥的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，可大大減少保護(hù)動(dòng)作的誤動(dòng)機(jī)率，從而提高保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。隔離設(shè)計(jì)電氣隔離要做到保護(hù)裝置任何可能的故障(開路、短路、接地、出現(xiàn)最大可能的電壓等)都不影響與其隔離設(shè)備的正常工作。各冗余通道的參數(shù)通道相互獨(dú)立，各個(gè)邏輯判斷插件在電氣上相互隔離;輸入的電源各自獨(dú)立，輸入信號(hào)采用隔離放大器，使輸入/輸出端之間無(wú)公共端，做到電氣上相互隔離;在總體繼電器仲裁插件上，采用繼電器觸點(diǎn)進(jìn)行總體仲裁，輸出端的任何故障不會(huì)影響輸入端所連設(shè)備的正常工作。

作者：江煒駱立強(qiáng)單位：武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心