WOODWARD ProTech GⅡ超速保护器在裂解气压缩机中的应用

东立明 杜 勇 张卫峰

(1.中国石油兰州石化公司电仪事业部,兰州 730060；2.兰州工业学院,兰州 730050)

某石化厂裂解装置GB-201机组为裂解气压缩机，是乙烯装置中的关键机组，其运行可靠性直接关系到乙烯装置的产品质量。在裂解气压缩机超速保护联锁方面，原系统采用的是JAQUET FT2000超速保护系统，该超速保护联锁包含仪表自身故障和速度二选一，存在联锁误动(仪表故障)和拒动(探头故障)的风险，且JAQUET FT2000不具备转速显示和信号远传功能，仪表维护操作人员无法监测转速的测量情况。

随着控制系统技术的不断发展，运行稳定和联锁动作可靠的WOODWARD ProTech GII超速保护器应运而生，其具备独立模块三取二功能和转速显示、信号远传功能，通过不同组合可以灵活运用各种类型的测速探头，在实际使用中有较好的经济效益和技术优势。基于WOODWARD ProTech GII超速保护器的优点，笔者将其应用在裂解气压缩机的控制中，以弥补原超速保护系统的不足。

WOODWARD ProTech GII是一个超速保护设备，设计用于在检测到超速或超加速度事件后安全地关断蒸汽透平、燃气透平及水轮机等设备。可通过有源或无源探头(磁阻式传感器)精确地监测透平转子的速度和加速度并触发一个停机指令到透平关断阀或相应的关断系统。

WOODWARD Protech GII超速保护器系统模块逻辑功能如图1所示。WOODWARD ProTech GII超速保护器由3个独立的A、B、C速度监测模块组成，输出部分采用三取二表决逻辑的双冗余跳闸继电器输出。3个独立的速度监测模块可接收高压电源输入(90～240V(AC))或低压电源输入(18～32V(DC))。同时独立的报警继电器、4～20mA转速输出和Modbus通信使该超速保护器很容易整合到任何透平系统中。WOODWARD ProTech GII超速保护器的日志功能可以记录所有跳闸、报警、关断阀响应次数和超速事件。跳闸日志功能使用一个滚动缓存能够记录最后50次的跳闸或报警事件、最后20次的超速事件和这些事件发生的时间。

2 双电源冗余供电配置

供电模块采用双电源冗余供电配置(图2)，将电气提供的UPS供电和市电供电分别接入对应的24V(DC)稳压源，再将输出并接于3个模块的3个独立2A空开，以实现双电源冗余供电[1]，如遇一段电气供电丢失、一块稳压源故障或一个空开跳闸等故障时，可确保WOODWARD Protech GII超速保护器系统供电的可靠性和运行的稳定性，不造成机组联锁停车。WOODWARD Protech GII超速保护器系统供电配置须符合HG/T 20513-2000《仪表系统接地设计规定》和HG/T 20509-2000《仪表供电设计规定》的要求。

图1 WOODWARD Protech GII超速保护器系统模块逻辑功能

图2 WOODWARD Protech GII超速保护器系统供电配置

3 速度信号分析

3.1 输入信号类型

无源、有源探头均适用于输入通道(选择可通过前面板组态实现)。无源探头：WOODWARD ProTech GII超速保护器不提供探头工作电源。有源探头：WOODWARD ProTech GII超速保护器提供24V(DC)探头工作电源。

输入信号规格见表1、2。

表1 无源输入信号规格

本次改造选择有源输入模式。

3.2 转速传感器与接线方式

WOODWARD ProTech GII超速保护器适用于3种转速传感器：被动式磁感应单元、主动式接近传感器和涡流探头。

本次改造选择的是涡流探头。涡流探头基于法拉第电磁感应原理[2]。涡流探头前置器中的高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变磁场。当被测金属靠近此交变磁场时，在金属表面将产生感应电涡流，与此同时该电涡流场产生一个方向与头部线圈磁场方向相反的交变磁场，两磁场间的反作用将使头部线圈高频电流的幅度和相位发生改变(即线圈的有效阻抗)。此变化与被测金属的磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。

表2 有源输入信号规格

WOODWARD ProTech GII超速保护器的前面盘组态为有源方式，测量参数为频率。WOODWARD Protech GII超速保护器涡流探头的接线方式如图3所示。

图3 WOODWARD Protech GII超速保护器涡流探头接线示意图

4 联锁逻辑分析

原WOODWARD Protech GII超速保护器速度探头单点联锁逻辑设置不合理。当仪表故障、仪表输入信号线未接好或电源出现故障而不能正常向WOODWARD Protech GII供电时，易造成系统联锁动作。因此联锁逻辑不能真实反映现场大型机组的实际运行状态。笔者将速度探头单点联锁逻辑改为A、B、C三选二联锁逻辑，避免了仪表系统联锁误动作。

5 结束语

WOODWARD Protech GII超速保护器通过电

源模块实现了双电源冗余供电配置及速度信号联锁逻辑合理设置等改造。在中国石油兰州石化某大型裂解气压缩机机组中的实际应用结果表明：改造后的机组运行稳定，联锁动作可靠，杜绝了仪表误动作故障。可为类似系统的仪表安全维护提供借鉴。

[1] 李桢.自动化仪表系统供电方案的改进[J].石油化工自动化,2008,44(6):72～74.

[2] 牛薇.基于电涡流原理的转速传感器的设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2014.