基于Markov模型的汽轮机超速保护系统可靠性分析.pdf
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1、第52 卷第3 期2023年0 9 月文章编号:16 7 2-5549(2 0 2 3)0 3-0 2 0 4-0 4基于 Markov 林模型的汽轮机超速保护系统可靠性分析彭运洪,陈龙,白涛?(1.上海电气电站设备有限公司汽轮机厂,上海2 0 0 2 40;2.中国联合重型燃气轮机技术有限公司,上海2 0 0 2 40)摘要:对于汽轮机而言,超速是破坏性极大的安全事故,因此超速保护系统是汽轮机机组控制系统中的关键部分,其安全性、可靠性直接影响机组运行安全。以某品牌数字化超速保护系统为例,在分析系统状态的基础上,采用故障模式与影响分析(FMEA)方法对故障进行分类,根据各主要部件的失效类型和失
2、效率提出一种基于Markov模型的汽轮机超速保护系统可靠性和安全性的分析方法。研究成果可为汽轮机保护系统的设计提供技术支撑。关键词:汽轮机;超速保护;数字化保护系统;安全性分析中图分类号:TK264.2Reliability Analysis on Overspeed Protection Systemin Steam Turbine Based on Markov ModelPENG Yunhong,CHEN Long,BAI Tao?(1.Shanghai Electric Power Generation Equipment Co.,Ltd.Turbine Plant,Shanghai
3、200240,China;2.China United Gas Turbine Technology Co.,Ltd.,Shanghai 200240,China)Abstract:Overspeed of steam turbine is a kind of extremely destructive accident,so the overspeed protectionsystem is a key part of the control system in steam turbine unit,and its safety and reliability have direct inf
4、luence onthe unit operation safety.Taking a digital overspeed protection system as an example,the faults were classified by theFailure Mode and Effect Analysis(FMEA)method based on the analysis of the system state.According to the failuretype and rate of each main component,an analysis method based
5、on Markov model was proposed for the reliability andsafety of overspeed protection system in steam turbine.The research results can provide technical support for thedesign of steam turbine protection systems.Key words:steam turbine;overspeed protection;digital protection system;safety analysis汽轮机安全可
6、靠的运行是维持电力稳定生产的前提条件,而超速可能导致汽轮机机组设备损坏甚至毁坏报废,破坏性极大。因此超速保护是汽轮机机组控制系统中的一项关键内容。在机械式保护系统的功能验证和测试中,将汽轮机机组升速到预设的最大值可能会对汽轮机本体的转动部件造成损害。随着数字控制技术的飞速发展,近年来汽轮机机组超速保护逐步采用数字化保护系统,可以避免上述问题,同时消除机械式保护系统机构卡涩所引起的拒动,以及定值漂移所导致的误动。然而,采用数字化保护系统可能会出现收稿日期:2 0 2 2-0 9-13修订日期:2 0 2 3-0 6-15作者简介:彭运洪(19 7 7 一),男,毕业于上海交通大学,硕士,现从事汽
7、轮机数字电液控制系统的设计研发和管理工作。204热力透平THERMALTURBINE文献标志码:Adoi:10.13707/ki.31-1922/th.2023.03.008软件共模故障。因此,需要对汽轮机机组数字化保护系统可靠性和安全性的分析方法进行研究,以确保电厂安全稳定运行。目前电厂对于数字化仪控系统可靠性、安全性的分析,基本上采用故障模式与影响分析(Fail-ure Modes and Effects Analysis,FMEA)或故障树与事件树等静态分析方法。然而,这些静态分析方法不能准确刻画软件与硬件、软件与软件之间相互影响的复杂耦合关系。而基于Markov模型的分析方法,本质上是
8、基于系统状态的分析方法,其对不同类型的系统状态,如危险状态、故障安全状Vol.52No.3Sep.2023基于Markov模型的汽轮机超速保护系统可靠性分析态进行定义,并评估超速保护系统对失效事件监测和维修的效果等,更符合保护系统的实际应用情况。该方法适用于静态事件分析,也适用于事件的时序性分析。该模型结构简洁,因此分析复杂系统时计算量小。目前,Markov模型已应用于分析变电站的可靠性 2】,以及传统机械式汽轮机超速保护系统的可靠性 3-6 。但如何将其更有效地应用于汽轮机机组数字化保护系统的可靠性、安全性分析,则有待研究。本文以常用的某品牌数字化超速保护系统 7 为例,研究基于Markov
9、模型的超速保护系统可靠性、安全性建模与分析方法,旨在为保护系统设计提供技术支撑。1走超速保护系统架构典型的数字化超速保护系统,即跳闸保护系统(Emergency Trip System,ETS)架构如图1所示,其中,文字“机头停机”以上部分为具有SIL3等级的数字化系统,一般采用三重九余通道架构和三取二逻辑表决机制,形成3 路跳闸指令,与机头停机指令、集控按钮、复位按钮串联后分别控制3 路跳闸回路。2建模方法为进行基于Markov模型的保护系统可靠性、安全性分析,首先进行系统级的FMEA分析,然后ID功能SNS(传感器)转速测量1,2 或3关调门TRP(超速保护)1,2 或3IDRST(远程按
10、钮)1,2 或3PB(机头停机按钮)1,2 或3PSH(集控室按纽)1,2或3热力透平CH1CH2SNSFAULTno 24 VdeSP1(110%)SNS1CTRL1超速保护TRPI机头停机PSHIZ集控按钮PB17复位按钮图1某品牌超速保护系统架构示意根据失效类型来建立Markov模型。2.1 FMEA 表建立本文以如图1所示的保护系统为例,分别建立各主要部件的FMEA分析表。考虑到该品牌超速保护卡件的电源保护功能质量等级为一级,认为2 4V直流电失电为极小概率事件,因此本文只考虑电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility,EMC)所引起的供电浪涌对保护系统的
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