唐華俊 曾召文 傅米娜

摘 要：汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（Emergency Trip System，ETS）是在汽輪機(jī)某些參數(shù)超過其運(yùn)行限制值時（比如汽輪機(jī)超速、潤滑油失去、真空失去等），為了使汽輪機(jī)盡快將各調(diào)門、主汽門完全關(guān)閉，而采用的一套泄油系統(tǒng)。一旦發(fā)生上述危險狀況，ETS系統(tǒng)立即使AST電磁閥失電，泄掉保安油，從而讓所有汽機(jī)調(diào)門和主汽門完全關(guān)閉。ETS系統(tǒng)快速、可靠的運(yùn)行可以避免汽輪機(jī)處于危險狀況，對于電廠的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行具有重要意義。推薦一種基于現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）技術(shù)的多重冗余ETS系統(tǒng)配置方案，不僅滿足ETS系統(tǒng)快速響應(yīng)和高可靠性的要求，還能處理模擬量輸入信號。

關(guān)鍵詞：ETS 汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng) 模擬量輸入信號 FPGA 現(xiàn)場可編程門整

中圖分類號：TK262 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-077-02

1 引言

對于電廠來說，最可怕的就是當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速快速飛升，然而ETS系統(tǒng)卻并沒有發(fā)出跳閘指令（拒動）或則沒有在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)出跳閘指令，導(dǎo)致汽輪機(jī)飛車事故。如圖1、2所示，為南非某電站在進(jìn)行超速試驗(yàn)時，各種保護(hù)失靈，且負(fù)責(zé)現(xiàn)場手動打閘的人員不在工作崗位上，導(dǎo)致汽輪機(jī)飛車的事故現(xiàn)場。另一方面，雖然汽輪機(jī)不發(fā)生拒動情況，但是汽輪機(jī)頻繁地誤動作，那也是電廠所不能接受的。ETS的拒動和誤動不僅給電廠帶來了巨大的利益損失，還帶來了嚴(yán)重的安全生產(chǎn)風(fēng)險。所以對于ETS系統(tǒng)來說，最為重要的就是快速響應(yīng)、安全可靠。目前市場上的ETS系統(tǒng)大多能解決上述的問題，然而這其中的大部分ETS系統(tǒng)卻只能處理開關(guān)量輸入的信號，一旦遇到模擬量輸入的信號就無法快速處理。本文描述一種基于FPGA技術(shù)的ETS系統(tǒng)配置方案，即可處理模擬量信號，又能達(dá)到快速響應(yīng)和高可靠性的要求。

2 基于FPGA技術(shù)的ETS系統(tǒng)配置方案

ETS系統(tǒng)采用FPGA技術(shù)，主要是基于FPGA以下兩個重要的特性：

（1）FPGA處理速度非?？?，通常是納秒級的；

（2）FPGA不存在軟件，所以可以大大降低了ETS系統(tǒng)故障的概率（因?yàn)椴淮嬖谲浖收希?/p>

以上的這兩點(diǎn)，保證了ETS系統(tǒng)在處理模擬量輸入信號時的快速性，同時FPGA無軟件的特性保證了ETS系統(tǒng)的高可靠性，再加之，對ETS系統(tǒng)進(jìn)行多重冗余配置，可大大地降低系統(tǒng)的拒動和誤動概率。

圖3為進(jìn)行了3重冗余配置的ETS系統(tǒng)的原理圖，也可根據(jù)實(shí)際工程需要，配置為4重冗余或其它多重冗余配置，其原理與3重冗余相同。

以下簡述這種配置方案的跳閘原理：

ETS系統(tǒng)的輸入信號可以分為兩類：模擬量信號和開關(guān)量信號。模擬量信號經(jīng)過定值判斷比較器模塊后輸出開關(guān)量信號至各序列的表決器模塊。開關(guān)量信號經(jīng)過信號分配器后輸出至各序列的表決器模塊。3條序列上的模塊接收相同的輸入信號，達(dá)到3重冗余功能。

定值判斷比較器模塊可人為設(shè)定定值。當(dāng)輸入信號超越設(shè)定值時，比較器輸出開關(guān)量指令至表決器。

表決器的表決方式取決于信號的設(shè)計。典型的表決方式有對信號2取1、3取2、4取2等，具體表決方式可根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用進(jìn)行修改。

根據(jù)設(shè)計要求，同一種開關(guān)量信號（如汽機(jī)超速信號1、汽機(jī)超速信號2、汽機(jī)超速信號3）在同一表決器內(nèi)獨(dú)自完成表決功能，表決的結(jié)果與其他信號的表決結(jié)果做“或”的邏輯之后，輸出單序列總跳閘指令至對應(yīng)的現(xiàn)場跳閘電磁閥（AST電磁閥）。

3 結(jié)束語

FPGA產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從原來的通信擴(kuò)展到消費(fèi)電子、汽車電子、航天技術(shù)、軌道交通等廣泛的領(lǐng)域。它處理速度快，可靠性高的特點(diǎn)正是ETS系統(tǒng)所期望擁有的特性，并且使ETS系統(tǒng)更能快速的處理模擬量輸入信號。