汽輪機DEH系統異常的診斷與處理

施紅武，劉培剛

（棗莊南郊熱電有限公司，山東 棗莊 277100）

0 引言

汽輪機作為火電廠最主要的設備之一，工作在高溫、高壓和高速的狀態中。因此，控制系統的穩定、可靠是極為重要的。數字式電液控制系統兼備了計算機控制和液動系統的優點，在工業控制中被廣泛使用。目前，電站汽輪機控制都采用了數字式電液控制系統，并且已經完全取代了早期的模擬控制系統[1]。但是電液控制系統作為計算機系統和液壓系統的復合系統，本身又具有一定的復雜性，一旦出現問題，需要現場技術人員既要懂計算機控制，又要懂汽輪機的調速原理，對人員素質提出了更高的要求。本案例的故障處理，就是DEH系統涵蓋多個專業的一次集中體現。由于故障點十分隱蔽，查找過程涉及到了機務、熱控、電氣3個專業，3個專業存在的問題或大或小，每個問題單獨來看都不會影響機組運行。但是，當某個特定的誘因一旦出現時，這些小問題最終造成機組被迫打閘停機。本案例的處理過程對同類型設備機組避免類似故障，和DEH現場故障的排查處理具有一定的參考意義。

1 停機的過程

公司裝機容量3爐2機，1、2號機組采用哈爾濱汽輪機廠的55MW抽凝式汽輪機，承擔工業園區企業用汽和城區居民供熱任務。控制系統采用新華xdps400+、DEH-V型低壓純電調控控制器。2005年投運以來一直正常運行，控制系統穩定，沒有出現大的異常。

2019年03月23日，早班的運行工況是1號機組停機檢修，2號機組帶52MW負荷運行，調門開度83%，各項參數一切正常。08:41，2號機負荷由52MW左右突降至48MW，繼而快速下降至5MW，主汽壓力由8.33MPa急速上升，功率回路自動退出。DEH畫面上調門開度75%，與指令相匹配，無明顯異常。運行人員重新投入功率回路，未成功。現場設備檢查，發現主調門開度就地指示器30mm，實際開度12%左右，與DEH畫面的調門開度相差較大。運行人員隨即嘗試將自動控制改為手動控制拉高調門，手動操作閥位的指令可以上升，但就地調門不跟蹤，并且機組負荷不穩定，無法恢復正常運行；08:48，打閘停機。

2 故障現象

在負荷快速下降的同時，2號機DEH畫面的推力瓦溫度、軸瓦溫度和回油溫度測點也在瞬間全部變至負值，如圖1所示。并且在停機后轉子惰走過程中，3個DEH轉速測點在700轉的時候，開始不穩定，如圖2所示，但是實際轉速是在穩步下降的。打閘停機，調門全部關閉后，DEH畫面的調門行程反饋仍然在65%。以上異常測點的共同點就是全部在2號機DEH系統的同一個機柜內。相鄰的機爐DCS系統的所有測點狀態正常，并且2號機DEH系統的所有測點基本上都處于異常狀態，溫度、壓力、轉速等都在波動且明顯偏離正常值的測點，初步統計多達30多個，并且所有變化都是在08:41同時出現。同時還發現正在檢修中的1號機，部分DEH的溫度測點也在同一時間出現異常。

3 故障的分析和查找過程

3.1 停機原因分析

查閱機組歷史趨勢，調門突然大幅下降的原因是調門開度反饋存在一個較大的升高擾動，造成伺服控制回路的輸出指令大幅下降，繼而造成負荷突然下降，功率回路退出，且由于65%的虛假開度反饋一直存在，造成調門無法開啟。根據VPC卡的伺服回路框圖，當LVDT突然出現向上的擾動時，輸出指令會快速減小，去關閉調門，讓調門的開度接近DEH輸出指令[2]。LVDT虛假向上跳變擾動，造成了實際調門快速向下關閉。

圖1 推力瓦溫度的瞬間跳變至負值Fig.1 The temperature of the thrust tile changes to a negative value

圖2 DEH轉速測下降至707r/s，開始不穩定Fig.2 DEH speed measurement drops to 707r/s,start unstable

圖3 打閘停機后調門反饋依舊是65%Fig.3 After the turbine is shut down,the valve feedback is 65%

圖4 伺服控制回路框圖Fig.4 Principle of servo control system

3.2 DEH系統硬件設施的排查

初步懷疑機柜電壓存在瞬間波動，電壓沖擊造成DEH機柜部分卡件損壞，測點大面積異常。檢查了電氣系統的歷史趨勢，電壓電流曲線穩定，且無重大操作。排查現場電纜也沒有發現大面積電纜損害。為盡快恢復2號機的DEH系統，更換了2號機DEH柜的溫度測點端子板電源線、端子板和卡件，更換后溫度測點還是顯示負值；更換調門控制VPC卡和轉速SDP卡后，調門虛假反饋65%的現象仍舊沒有消除；在DEH軟件系統的排查過程中，重啟了柜內交換機和A、B、C網絡交換，并對DPU進行了停電重啟和切換試驗；檢查了機柜電纜、接地電阻正常；檢查了DEH內部電源模塊，測量DC24V和DC±15V電壓正常，但仍舊進行了更換，故障現象還是沒有排除。機柜內部設備已經全部排查完畢，仍未找到故障點，DEH系統仍舊處于整體的異常狀態之中。

3.3 外部干擾信號排查

經內部硬件排查正常無異常后，將排查重點鎖定在了外部線路的信號干擾。將#2機DEH機柜保留了最少的運行系統，冗余的系統只保留1個，即DPU模塊、DC24V電壓、±15V電源、柜內交換機各保留1臺，其它卡件全部抽出，端子板全部斷電。首先恢復VPC卡件，調門反饋從63%恢復到正常的0%；隨后逐一恢復柜內設備，縮小排查范圍。當恢復到一塊DI端子板時，電源插頭插上的瞬間，故障重現。最后排查出一對編號為DQ4的信號線，拆除該信號線后機柜恢復正常。用普通數字萬用表測量該信號線對地直流0V，對地交流15V，沒有明顯異常。但是一旦接上，整個機柜又進入混亂的狀態。隨后將其余設備逐一恢復，溫度測點顯示正常，調門開度和轉速也穩定到了0的數值，故障基本排除。查閱圖紙該DQ4信號線為電氣的發電機同期裝置就緒信號，目前確定該信號線存在較大的信號干擾，并且從DI端子板的通道引入，造成2號DEH機柜工作異常，尚不明確為什么DQ4信號線存在干擾。

3.4 1號機DEH機柜的處理過程

圖5 干擾信號的傳遞途徑Fig.5 The path through which signals are transmitted

檢修工作轉移至1號機DEH系統，由于1號機處于停機檢修狀態，畫面反映出來的異常測點較少，僅有幾個溫度測點顯示零下，調門開度也在60%左右波動。同樣拆除1號機DEH的DQ4信號線，系統卻沒有像預想的恢復正常。按照2號機的排查思路，逐一對設備停送電檢查，很快就發現1號機DEH干擾的故障源在中壓調門DDV閥，DDV閥停電后1號機DEH系統恢復正常。在1號機DDV閥停電的情況下，嘗試將#2機DQ4信號線恢復，結果是兩臺機的DEH控制系統一切正常。這樣確定了兩臺機DEH的干擾信號都來自1號機中調的DDV閥。更換DDV閥后，1、2號機DEH系統都恢復了正常。

3.5 DQ4信號線的檢查

電氣檢修人員在隨后的檢查中，發現由于公司兩臺發電機共用了一臺自動同期裝置，型號為SID-2CM發電機線路復用微機同期裝置。該裝置只有1個同期準備就緒信號接點[3]。發送至1、2號機DEH的同期裝置就緒信號，在接線端子上被壓接在了一起，見圖5。造成本應該完全獨立的兩臺DEH機柜從這個公用接線端產生了電氣回路上的聯系。1號機DDV的干擾源經過同期裝置的DQ4信號線傳送至2號機DEH機柜，造成兩臺機柜所有信號被干擾。整個干擾信號的傳遞途徑如圖5所示，有“”標記的為干擾源頭。

3.6 故障DDV的解體檢查

檢查重點又轉移到被拆除的DDV閥，現場DDV閥的型號是MOOG公司的D634型，也是國內使用較多的成熟產品，屬于直動式電液伺服閥，主要包括永磁直線力馬達、圓柱式閥芯與閥套組成的直線位移滑閥、位移傳感器和集成控制電路4部分。其中，馬達銜鐵與伺服閥閥芯直接相連，通過馬達直接驅動閥芯運動，實現對伺服閥流量的控制[4]。現場使用多年，從未出現干擾機柜信號的現象發生。DDV閥的結構圖見圖6，對故障DDV閥進行了解體檢查，發現永磁直線力馬達的兩個電源線被擠壓，絕緣層破損。其中較嚴重的一根已明顯漏出線芯，與外殼短路，見圖7。經詢問調查當天汽機檢修人員對1號機的DDV閥進行了例行的清洗工作，并在08:40左右到現場回裝恢復，與2號機發生故障的時間相吻合。

圖6 DDV閥結構和損壞導線的位置Fig.6 DDV Valve construction and damaged wire location

圖7 DDV閥線路被擠壓造成絕緣破壞Fig.7 DDV Valve lines are squeezed causing insulation damage

圖8 同期裝置接線端加裝切換開關Fig.8 A switch is installed at the terminal of the synchronous device

4 預防措施

1）將電氣同期裝置的就緒信號加裝隔離開關，分別接至1、2號機DEH，見圖8。避免兩個系統的信號再次并聯在一起，構成電氣回路。

2）在DDV閥的每次檢修過程中要仔細操作，避免出現壓壞線等類似現象。同時，對檢修時清洗的DDV閥進行絕緣測試，合格后通電檢查電氣參數，確保各信號穩定，并且閥芯在最大偏移量時，工作電流不超過額定值。

5 結束語

本次異常停機是由于1號機組檢修過程中，將DDV閥內部線路擠壓造成接地，引起DDV閥內部控制器工作異常，產生了較大的干擾信號。該干擾信號經電源線反饋到1號機DEH機柜的DC24V母線，并擴散至1號機所有端子板。同時經發電機的同期裝置接線端子，傳送到正常運行的2號機DEH機柜，造成高壓調門開度反饋瞬間有向上的階躍值，由于VPC卡件內部的閉環控制方式，引起指令快速下降，負荷由52MW短時間降至5MW，調門控制無法恢復，最終打閘停機。由于磁電式轉速傳感器的輸出信號和轉速有關，低轉速時的測量信號被干擾信號影響，所有轉速在707r/s時出現了大的波動。

后經將電氣同期信號用隔離開關進行隔離，有效解決了#1、2號機信號互相干擾問題，確保了DEH控制系統的安全穩定運行。