Ovation系統VP卡件可靠性研究及預控措施

張海衛，周超泉，郭 勇，林逢春，陳榮義，陳長和，趙德虎

（浙江浙能溫州發電有限公司，浙江 溫州 325600）

0 引言

某電廠8號機組為660MW的超超臨界發電機組，于2016年11月投產。汽輪機為上海汽輪機有限公司生產的660MW超超臨界、中間再熱式、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機，采用高壓抗燃油型數字式電液調節（DEH），其控制系統采用了艾默生過程控制公司（原西屋公司）最新一代DEH控制系統OVATION，電子設備采用了上海艾默生公司同版本的OVATION系統，液壓系統采用了上海輪機控制工程有限公司成套的高壓抗燃油裝置。汽輪機共有9只汽閥，它們分別是左右兩只高壓主汽閥（TV），兩只高壓調節汽閥（GV），左右兩只中壓主汽閥（RSV），及兩只中壓調節汽閥（IV），另外還有1只補汽閥。每只汽閥都有各自獨立的控制裝置。如圖1所示。

VP卡件在DEH OVATION控制器和電動液壓伺服閥執行機構之間提供了一個接口，VP卡件產生冗余的輸出信號以驅動電液伺服閥執行機構線圈，通過位移傳感器收集閥門的位置反饋信號并返回給VP卡件的輸入模塊，使之與閥位指令保持相等，形成閉環控制。

圖1 VP卡件工作原理圖Fig.1 Working principle diagram of VP cards

1 故障現象及分析

1.1 中壓調門伺服線圈短路故障

8號機組主機#1中壓調門IV1_A(SLOT1.1.6)VP卡件處于備用狀態，IV1_B(SLOT1.2.3)VP卡件處于工作狀態，備卡IV1_A伺服線圈出現短路報警、反饋故障、壞質量報警，線圈電壓為0V（工作主卡IV1_B輸出伺服線圈電壓為-2.166V），表明IV1_A卡件伺服指令回路故障，#1中壓調門控制指令回路失去備用，影響機組安全運行。經排查為IV1_A卡件損壞，更換VP卡件后恢復正常。

1.2 高壓調門備用VP卡件故障

8號機組主機#2高壓調門GV2主VP卡件處于工作狀態，GV2備用VP卡件所有指示燈熄滅，主VP卡件線圈電壓為-0.9V，閥位顯示27%。確定GV2備用VP卡件故障，#2高壓調門控制指令回路失去備用，影響機組安全運行。經排查為GV2備用VP卡件故障失電，更換VP卡件后恢復正常。

1.3 高壓調門反饋異常

8號機組主機#1高壓調門GV1第二路反饋異常。查看DEH畫面和歷史曲線，發現GV1第二路反饋變成一條直線，指令線圈電壓為0V。GV1調門參數調試畫面第二路報反饋故障、第二路線圈報短路故障，GV1第一路指令和反饋正常，現場查看該閥門沒有異常。到電子室查看GV1的VP卡件狀態，發現GV1副卡SERVO OK燈不亮（正常應該綠燈長亮），LVDT反饋燈不亮（正常應該紅燈常亮）。儀控人員測量了第二路反饋電壓，電壓顯示異常。隨后，8號機組GV1第二路反饋由原來的一條直線變成跳變，第一路反饋也出現異常，GV1調門自動關閉，反饋為3%。檢查歷史趨勢發現GV1的主卡出現反饋與指令偏差大故障，發生VP卡件主、輔切換，并且主卡、副卡兩塊卡件都報故障。

VP卡件是調門控制卡，不管調門處于自動還是手動狀態，調門控制指令均由VP卡件發出。能引起調門關閉的因素主要有：調門的SHUTDOWN指令誤發、信號屏蔽問題導致信號傳輸故障、VP卡件本身或者IO總線通訊故障，伺服閥本身故障。查看歷史趨勢顯示分析，沒有發現DEH發出強關指令；沒有發現DEH有異常信號送出；DEH一次調頻未動作；觀察機柜中VP卡的狀態燈，有故障指示。根據VP卡件工作燈狀態（OK燈不亮）、LVDT反饋故障指示燈亮，DEH畫面顯示調門的卡件狀態為閥門報致命故障及線圈回路故障。初步判斷故障的原因可能有調門的VP卡件硬件故障、LVDT反饋變送器故障、伺服閥指令電纜問題導致信號傳輸故障、伺服閥本身故障或者機柜內反饋信號的隔離器故障。經排查為VP卡件（大卡）壞，更換VP卡件并下裝VP卡件固件及參數后恢復正常。

2 故障處理（以中壓調門伺服線圈短路故障處理為例）

1）運行人員撤出#8機組AGC，目標負荷降至380MW穩定運行。

2）運行人員通過閥限設置，逐步將8號機組主機#1中壓調門（IV1）關閉至全關；機組穩定運行后，關閉#1中壓主汽門。

3）運行人員關閉#8機組EH油至#1中壓主汽門組進油閥并掛牌。

4）儀控人員對8號機組主機#1中壓調門IV1_A(SLOT1.1.6)VP卡伺服線圈指令回路進行檢查、處理：

①檢查VP卡接線端子是否緊固、輸出電壓是否正確。若接線松動，緊固后確認VP卡報警是否消除；若輸出電壓異常，則更換VP卡。儀控人員更換IV1_A(SLOT1.1.6)的VP卡件，并對卡件進行固件下載和參數設置。更換VP卡件后，故障消除。

②檢查#1中壓調門就地接線盒內接線是否緊固。緊固接線端子，確認故障是否消除。

③檢查#1中壓調門伺服閥航空插頭接插是否牢靠、焊點接觸良好、有無斷線。緊固、重新焊接，必要時更換航空插頭，確認故障是否消除。

④測量伺服閥兩路線圈電阻是否正常、有無接地。若伺服閥線圈損壞，則更換伺服閥，并完成VP卡參數整定。

5）在故障處理完后，確認VP卡伺服線圈短路報警已消除，VP卡工作正常后，運行人員逐步恢復下述各項安措：

①開啟#8機組EH油至#1中壓主汽門組進油閥。

②開啟#1中壓主汽門。

③通過閥限設置，逐步開啟8號機組主機#1中壓調門（IV1），最終將閥限恢復至105%。

④投入機組AGC。

3 預控措施及防范

8號機組為2016年11月投運，從2018年7月至2019年6月，便已發生了三起VP卡件故障，共有4塊VP卡件損壞，其中3塊為反饋故障，1塊為失電。為進一步確認故障起因，儀控人員對8號機組DEH系統進行了檢查分析，初步得出以下4個方面導致8號機組VP卡件故障率較高。

圖2 VP卡分散布置前后對比圖Fig.2 Comparison of VP cards before and after distributed layout

3.1 同一柜內VP卡件安裝過于密集

儀控人員檢查發現在設計機柜布局時未考慮到VP卡件散熱情況，導致在同一柜內VP卡件安裝過于密集。由于VP卡件發熱量較大，過于密集的布置導致卡件無法及時散熱。測量發現，VP卡件溫度最高處可達65℃～70℃，超過了VP卡件的正常工作溫度范圍，從而使卡件內部電子元器件加速老化，引起卡件穩定性下降。

為解決VP卡件散熱問題，儀控人員決定將同一柜內VP卡分散布置在其他柜內，減少放熱源，增加散熱空間。如圖2所示，左側為分散布置前VP卡件安裝情況，右側為分散布置后VP卡件安裝情況。

將VP卡件分散布置后，儀控人員對分散布置后的VP卡件溫度進行測量發現，最高溫度由原先的70℃降低至50℃，溫度大幅降低，散熱效果顯著改善。

3.2 VP卡件自動重啟邏輯不完善

儀控人員檢查VP卡件冗余自動切換及同步邏輯發現，在現有邏輯中，當VP卡件產生報警或切換至備卡時，VP卡件需手動RERAM后才能恢復至備用狀態，導致卡件出現單卡運行沒有備用的情況發生，影響機組安全，如圖3所示。

為解決VP卡件在出現報警或者切換時失去冗余的情況，對VP卡件自動重啟邏輯進行了修改并增加了相應的報警邏輯，如圖4所示。當VP卡件出現異常時發出報警，并在大屏上顯示。

邏輯修改完成后，儀控人員通過聯鎖試驗檢查VP卡件實際動作情況，在進行VP卡件主副卡件切換重啟試驗后發現：當VP卡件正常切換時自動重啟，始終保持冗余配置，大大提高了機組安全。

圖3 修改前VP卡件報警邏輯Fig.3 VP cards alarm logic before modification

圖4 修改后VP卡件報警邏輯Fig.4 VP cards alarm logic after modification

3.3 部分VP卡性能不完善

儀控人員在對照了發生故障的4塊VP卡件的版本號后發現，4塊故障卡件版本號均為Rev49版本。其他未出現故障的版本號非Rev51，因此初步判斷版本號為Rev49的VP卡件存在一定性能不穩定。通過排查，將所有版本號為Rev49的VP卡件更換為版本號為Rev51的VP卡件。更換后，至今未出現異常情況。

3.4 VP卡件參數設置不合理

儀控人員在調查后發現，部分VP卡件內部參數設置不合理，導致VP卡報警頻繁發生，統計4臺機組VP卡件報警次數見表1。當前參數設置為CONTINGENCY PCT（指令與反饋偏差限值）=1，POS ERR DELTA（位置偏差限值）=1，導致VP卡頻繁報警。

通過排查，檢查所有VP卡件內部參數設置是否合理，并修改相應參數。如圖5所示，使其在滿足相關規程要求的情況下，盡可能降低報警的頻次。

表1 VP卡件故障統計Table 1 VP cards failure statistics

圖5 VP卡件內部參數Fig.5 Internal parameters of VP cards

4 結語

本文結合某電廠8#機組最近一年發生的三起VP卡件異常報警事件的起因、處理過程以及預控措施，提出了在VP卡件故障時的處理和分析方法。根據試驗結果制定完善各類卡件在線更換的標準操作卡；對于試驗發現的不能在線更換卡件，要考慮設備優化的可能性；確實無法在線更換的要做好設備壽命管理，根據故障情況合理確定更換周期。