塔山電廠600 MW亞臨界機組DEH系統分析

俞玉春

(晉控電力塔山發電山西有限公司，大同 037001)

0 引 言

600 MW亞臨界機組主要包括純電調、液壓伺服系統，并且直接組成了數字式電液控制系統(DEH系統)，實際運行過程中更主要通過操作員自動控制、DCS遠控運行以及手動控制等方式來實現。DEH系統作為大規模汽輪發電機組控制中不可或缺的一部分，直接關系到機組運行的安全性。現如今，機組運行時間越來越長，導致DEH系統設備出現故障。文章主要以塔山電廠600 MW亞臨界機組DEH系統為例展開分析，希望能夠提高DEH系統運行安全性。

1 工程概況

塔山電廠2×600 MW空冷機組系哈爾濱汽輪機廠有限責任公司設計生產的NZK600-16.7/538/538型空冷一次中間再熱、三缸四排氣、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪發電機組。塔山電廠600 MW汽輪機啟動方式為高中壓缸聯合啟動，0至2900RPM由高壓主門及中壓調門控制，轉速達到2900RPM時切換到高壓調門及中壓調門控制升速、并網、帶負荷。每臺機組配有兩個高壓主汽門(TV)、四個高壓調門(GV)、兩個中壓主汽門(RSV)和四個中壓調門(IV)。

2 DEH系統結構與性能

塔山電廠DEH控制系統硬件主要應用上海西屋控制系統有限公司所生產的OVATION系統，其先進性在于分散的結構和基于微處理器的控制，這兩大特點加上冗余使得系統在具有更強的處理能力的同時提高了可靠性。100 MB帶寬的高速以太網的高速公路通訊使各個控制器之間相互隔離，又可以通過它來相互聯系，可以說是整套系統的一個核心。DEH系統中組成包括2個控制柜，分別為DPU41/91和DPU42/92；1套Ovation 工程師和工具庫工作站；1套Ovation操作員工作站。

基本控制區包含了控制方式(CNTL MODE)、旁路方式(BYPASS MODE)、目標速率(CNTL SP)、反饋切投(FEEDBACK)、閥門模式(VLV MODE)、高低限制(LIMITER)以及汽機掛閘(LATCH)、OPC切投(OPC MODE)、手操面板(MANUAL PANEL)、閥門活動試驗、閥門嚴密性試驗、同期控制、快關功能投切(FAST VAL)等。

Ovation控制器是以比較開放的工業標準為前提，所使用的工業過程控制器也非常可靠。因為系統心臟處設置了英特爾奔騰處理器，所以Ovation 控制器可以將微處理技術與系統更好的融合。此外，Ovation控制器可以執行比較簡單、復雜的控制策略，期間獲取相關數據，連接網絡與I/O子系統。規范的PC結構與PCI/ISA總線接口，可以實現控制器和求他標準PC產品的連接，實現其正常運行。Ovation 工作站的應用，滿足現代化過程控制系統的諸多要求，以Windows為基礎的工作站和Ovation 網絡能夠安全匹配，最大容量可達200 000點。因此，實際操作過程必須要按照Ovation安全系統規則進行。

Ovation工程師和高性能工具庫工作站在DEH系統運行中發揮以下優勢：① 工具庫服務器性能有保障；② 系統軟件服務器；③ 高性能工具數據庫；④ 高性能工具庫；⑤ 操作員功能；⑥ 其他工程師功能。Ovation操作員工作站功能如下：① 過程圖監視及操作；② 報警管理；③ 趨勢顯示；④ 測點信息與檢測與檢查；⑤ 操作員事件報告。

性能指標方面，具體如下：①轉速調節范圍在0～3 500 r/min之間，轉速控制精度達到(額定蒸汽參數下的)空轉轉速為0.1%額定轉速；②最大升速率下的超調量小于0.15%額定轉速；③控制系統轉速遲緩率小于等于0.06%；④甩全負荷時最大超速以能夠維持機組空轉為標準；⑤靜態特性轉速不等率可調，整定范圍在3%～6%之間；⑥指定功率附近(功率變化在額定功率的±1.5%～±12%范圍內)，頻率變化在±0.025～±0.25 Hz的區域內的局部不等率整定范圍能達到3%～20 000%；⑦功率控制精度大于等于±2 MW(在蒸汽參數穩定的條件下)；⑧系統MTBF(平均無故障時間)大于等于8 000 h；⑨計算機部分MTBF大于等于20000小時；⑩DEH系統可用率超過99.9%。

3 600 MW超臨界機組DEH系統故障解決方法

3.1 線性位移傳感器接線故障

DEH系統中的線性位移傳感器是一個測量設備，測量信號主要是將自帶1 m鎧裝線纜、計算機電纜端子相連接，隨后再將其傳輸到DEH系統內部控制柜，由電調系統進行調制，便可以獲得執行機構位置測量的數值[1]。其中涉及到的鎧裝線纜操作過程中可能會面臨1 m工藝制作方面的制約，和計算機電纜端子相連過程中，端子排接線盒的安裝位置僅是汽輪機進氣門。機組運行時進氣門的溫度如果超出限度，便會加速塑料端子排老化，進汽門液壓驅動裝置運行期間甚至會出現滲油現象，影響端子排絕緣等級與供油系統正常運轉(供油系統結構如圖1所示)，且這些問題都是不可避免的。

圖1 供油系統

為此，可以在機組停機的過程中，完善機組原本所使用的接線方法，進汽門處端子連接接線可以使用焊線連接，以熱縮管進行線纜焊接位置的絕緣作業。為此一來，便可以解決上述問題，同時也可以提升設備運行安全性與可靠性。但是一直以來，汽輪機進汽門位置抗燃油的滲漏會順延LVDT線纜到達線纜焊點位置，降低焊線點絕緣性，如果運行環境溫度高，也會使熱縮管絕緣老化速度。

分析過程中發現，LVDT鎧裝線纜存在的1 m長度工藝制作限制已經得到解決。所以，使用線性位移傳感器再次選型之后，便可以使1 m鎧裝延長線纜LVDT替換成6 m長的鎧裝延長線纜LVDT，信號線纜便可以直接敷設在就地保護箱當中，與端子連接之后傳輸到DEH系統的控制柜內，如此便可以通過就地端子保護箱接線完成遠離振源作業，以免進汽門油質與高溫環境這兩個因素限制，并實現汽輪機的可靠運行[2]。

3.2 線性位移傳感器安裝故障

汽輪機組投入到實際應用過程中，一段時間過后發現LVDT鐵芯和套筒出現磨損，特別是中途進行過檢修的機組，磨損程度更嚴重，部分設備的LVDT套筒線圈甚至都出現了磨損，嚴重威脅到汽輪機正常運行[3]。安排專業人員進行檢查之后發現，套筒和鐵芯存在不對中現象，這是導致LVDT磨損的主要原因。分析之后可以確定LVDT安裝不對中的幾點因素：第一，所使用的安裝工藝不合理，LVDT安裝期間套筒和鐵芯的安裝不對中；第二，汽輪機組啟停期間出現熱脹冷縮現象，導致冷態LVDT套筒與鐵芯經過對中安裝之后，會在汽輪機組啟動溫度的影響下不斷提高溫度，進而導致安裝托板、鐵芯因為熱膨脹導致出現安裝不對中的問題。經過調查與研究總結以上問題的解決方案，基于LVDT固定安裝設置萬向節，確保汽輪機組運行期間LVDT可以實現各個方向活動[4]。此外，相關人員可以擴張LVDT鐵芯安裝托板安裝孔直徑，應用有剛性保證的特制大墊片做好固定。如此一來，可以解決安裝不對中問題，另外也可以降低改造成本，獲得良好的改造效果。

3.3 基本控制回路系統故障與處理

基本控制回路系統故障與處理，如表所示。

序號故障現象故障原因處 理1TV控制時,轉速大于2900rpm時晃動,轉速小于2900rpm時正常,TV的閥位指令大于60%主汽門控制進入大閥區提高主汽壓力,使主汽門閥位小于50%2在TV或GV控制時,轉速在高轉速范圍內出現晃動轉速信號太小檢查轉速信號3在升速過程中,轉速在大范圍內出現無規則晃動轉速信號有干擾伺服閥有卡澀現象檢查接地系統、轉速信號、檢查油質和伺服閥4在升速過程中,轉速在大范圍內出現有規則晃動伺服系統遲緩率太大調節參數不對檢查控制卡總增益優化調節參數5油開關跳閘后,穩定轉速大于300rpm或OPC不停動作旁路打開,熱再熱壓力高關閉高低壓旁路6掛閘后,轉速自動升高高旁開,再熱器壓力高,中調門開啟后,汽機沖轉閥門漏氣閥門控制卡偏置或LVDT調試不對,實際閥門已經開啟降低再熱汽壓力檢查閥門檢查閥門控制卡參數7不能閥切換閥門切換時轉速未降低降低啟動參數或適當提高閥切換轉速或檢查閥門是否漏氣8閥位控制時,閥位指令大于40%,閥門突然開大或關小閥門進入非線性區調整目標值,使閥門全開或小于30%,避開非線性區9單閥控制時,閥門振蕩閥門進入非線性區調節參數有誤流量指令在90%時切除功率調節回路優化調節參數10多閥控制時,功率回路投入時,閥門振蕩閥門重疊度未調整好,局部不等率太小調整重疊度,檢查閥門管理功能中的特性曲線是否合適11假并網時,汽機超速假并網時,油開關信號未解除,DEH帶初始負荷引起汽機超速假并網時,解除油開關信號12中壓主汽門試驗時引起串軸事故閥門試驗關中壓主汽門信號左右接反檢查接線,做到同側汽門關閉

4 結束語

綜上所述，現如今汽輪機組容量越來越大，蒸汽參數也不斷提升，為汽輪機結構賦予了復雜性的特點。電廠運行期間面臨更加嚴格的要求，必須要保證汽輪機組正常運行。DEH系統是機組中不可缺少的一個部分，為了避免運行過程中出現故障，需要結合具體問題制定有效的解決對策，延長汽輪機的使用周期。