上汽西門(mén)子機(jī)型機(jī)組DEH系統(tǒng)雙LVDT改造淺析

劉 巖，劉耀奇，趙洪健，蔣 維

（寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司，銀川 750409）

浙能寧夏棗泉電廠一期2×660MW超超臨界燃煤機(jī)組采用上海汽輪機(jī)廠制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、凝汽式間接空冷汽輪機(jī)，型號(hào)為NJK660-27/600 /610。該汽輪機(jī)設(shè)計(jì)兩個(gè)高壓主汽門(mén)、兩個(gè)高壓調(diào)門(mén)以及兩個(gè)中壓主汽門(mén)、兩個(gè)中壓主汽門(mén)和一個(gè)補(bǔ)氣閥。每個(gè)進(jìn)汽門(mén)均設(shè)置單支LVDT傳感器，閥位反饋信號(hào)通過(guò)電纜傳送至DEH控制系統(tǒng)。單元機(jī)組DEH和MEH系統(tǒng)采用艾默生公司的Ovation 3.5.1控制系統(tǒng)，主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的控制。系統(tǒng)設(shè)置VP卡（閥門(mén)控制卡），用于接收并計(jì)算處理閥位反饋信號(hào)[1]。

1 DEH系統(tǒng)概述

汽輪機(jī)組的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷是通過(guò)改變主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥的位置來(lái)控制的。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（DEH）將要求的閥位信號(hào)送至伺服油動(dòng)機(jī)，并通過(guò)伺服油動(dòng)機(jī)控制閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)改變進(jìn)汽量。DEH接收來(lái)自汽輪機(jī)組的反饋信號(hào)（轉(zhuǎn)速、功率、主汽壓力等）及運(yùn)行人員的指令，進(jìn)行計(jì)算，發(fā)出輸出信號(hào)至伺服油動(dòng)機(jī)。DEH系統(tǒng)主要由DEH控制柜、操作員接口、伺服油動(dòng)機(jī)等組成。DEH控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制通過(guò)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥（CONTROL VALVE）的蒸汽流量。根據(jù)運(yùn)行要求，DEH 在不同情況下的控制對(duì)象有汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、主汽閥前蒸汽壓力等[2]。DEH是冗余的數(shù)字式控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、主蒸汽壓力等信號(hào)通過(guò)三取二進(jìn)入主控制器，輸出的閥位控制信號(hào)經(jīng)放大后送到電液油動(dòng)機(jī)，控制汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度位置。

2 改造前存在的問(wèn)題及在線更換LVDT安全措施

2.1 改造前信號(hào)傳輸情況

汽輪機(jī)的高、中壓調(diào)閥的閥位傳感器（LVDT）出廠配置為單個(gè)閥位傳感器，閥位信號(hào)送到DEH機(jī)柜后，再經(jīng)過(guò)一分二信號(hào)分配器分兩路送VP卡，如圖1所示。實(shí)際信號(hào)并非全程冗余，并且由于高、中壓調(diào)閥的閥位信號(hào)在DEH中是作為汽機(jī)調(diào)閥的流量反饋，一旦LVDT反饋信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題或流量指令比較兩者偏差大于25%時(shí)，會(huì)觸發(fā)該側(cè)調(diào)閥快關(guān)，造成汽機(jī)單側(cè)進(jìn)氣。

2.2 LVDT故障導(dǎo)致高壓調(diào)閥異常關(guān)閉

2018年2月3日07時(shí)24分18秒， #1高壓調(diào)閥快關(guān)信號(hào)20FD1R-SGFD1-F觸發(fā)，導(dǎo)致#1高壓調(diào)閥的兩個(gè)快關(guān)電磁閥失電，調(diào)閥快速關(guān)閉，機(jī)組負(fù)荷由464MW瞬間降低至258MW。同時(shí)，20FD1R-STFD1R觸發(fā)將調(diào)閥指令切至0%。VP卡發(fā)生主備切換，由B5卡切換到A4卡，且A4 VP卡輸出指令電壓異常突增至4.223V。查看歷史曲線發(fā)現(xiàn)，#2機(jī)#1與#2高壓調(diào)閥DCS反饋偏差大，#1高壓調(diào)閥DCS顯示反饋24.3%，#2高壓調(diào)閥DCS顯示反饋60.42%，就地檢查機(jī)械指示兩側(cè)偏差30%左右，邏輯中20FD1R-SGFD1-F的觸發(fā)條件，AND模塊輸入端3個(gè)開(kāi)關(guān)量在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，C21（反饋大于3%延時(shí)1s斷開(kāi)）和#1高壓調(diào)閥未進(jìn)行ATT試驗(yàn)、快關(guān)電磁閥未動(dòng)作、反饋未故障三者取或后再取反條件均為1，只有C20（流量指令與兩個(gè)反饋信號(hào)取大后換算出的開(kāi)度之差大于25%）出1才會(huì)觸發(fā)該信號(hào)，故判斷當(dāng)時(shí)C20觸發(fā)了，但是由于Ovation歷史記錄為采樣保持回路且采樣周期為1s，C20信號(hào)并未被記錄到。查看歷史數(shù)據(jù)#1高壓調(diào)閥快關(guān)前流量指令為60.42%，#1高壓調(diào)閥快關(guān)動(dòng)作前反饋大選后為24.3%，利用插值法經(jīng)f（x）換算#1高壓調(diào)閥反饋大選后應(yīng)大于29.1%，此數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)仿真機(jī)組態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證，兩者的偏差滿足C20動(dòng)作條件，所以此次#1高壓調(diào)閥快關(guān)的原因是LVDT輸出電流波動(dòng)導(dǎo)致#1高壓調(diào)閥保護(hù)信號(hào)C20觸發(fā)，進(jìn)而閥門(mén)快關(guān)動(dòng)作。

2.3 #1高壓調(diào)閥LVDT在線更換采取的安全措施

1）負(fù)荷降至400MW以下，保持負(fù)荷穩(wěn)定。

2）運(yùn)行人員通過(guò)設(shè)置調(diào)閥閥限，逐步關(guān)小調(diào)閥至全關(guān)，就地確認(rèn)閥門(mén)機(jī)械位置實(shí)際已關(guān)閉，將調(diào)閥的閥限設(shè)置為-5%。

3）操作主汽閥快關(guān)電磁閥使主汽閥快關(guān)電磁閥失電、方向閥得電，關(guān)閉主汽閥，開(kāi)啟主汽閥前疏水氣動(dòng)閥。

4）關(guān)閉主汽閥組EH油進(jìn)油閥，并懸掛“禁止操作，有人工作”警告牌。

5）為防止LVDT拆接線時(shí)，閥門(mén)反饋劇烈跳變引起DEH邏輯中聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作，在主汽閥、調(diào)閥全關(guān)后，強(qiáng)制調(diào)閥反饋信號(hào)為當(dāng)前值。

6）強(qiáng)制調(diào)閥快關(guān)動(dòng)作信號(hào)C20為0。

3 冗余LVDT改造

3.1 改造實(shí)施的技術(shù)措施

改造后信號(hào)分配情況：汽輪機(jī)高、中壓調(diào)門(mén)各增加一支LVDT傳感器，實(shí)現(xiàn)每個(gè)調(diào)門(mén)均配置兩支 LVDT 傳感器，保證LVDT傳感器與VP卡傳輸信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)完全的冗余配置[2]。改造前，LVDT信號(hào)傳輸實(shí)際布線方式為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)閥位移信號(hào)（接線盒編號(hào)：MAA12GA001）經(jīng)過(guò)LVDT測(cè)量之后，作為信號(hào)分配器SC1的Input。SC1將4mA～20mA閥門(mén)反饋信號(hào)分成兩路，分別為Output1、Output2，Output1送至#1高調(diào)主閥位卡（VP卡），Output2送至#1高調(diào)閥副卡。信號(hào)分配器供電電源為直流24V，取自CTRL42/92柜內(nèi)TB1端子排2T（+）、2B（-）端子。現(xiàn)修改原DEH機(jī)柜中單輸出位移傳感器的接線，刪除DEH 42號(hào)機(jī)柜內(nèi)4個(gè)位移傳感器信號(hào)分配器。將原先供于信號(hào)分配器的24V DC電源分別接入在新增的位移傳感器上。雙輸出位移傳感器反饋信號(hào)直接從調(diào)門(mén)油動(dòng)機(jī)端子盒內(nèi)分別接入原先機(jī)柜內(nèi)冗余的VP卡上。新增加的LVDT2信號(hào)電源取自信號(hào)分配器，反饋信號(hào)直接送至冗余VP卡，原LVDT1不再經(jīng)過(guò)信號(hào)分配器，直接將反饋信號(hào)送至主VP卡。經(jīng)過(guò)改造之后，真正意義上實(shí)現(xiàn)了從信號(hào)取源、信號(hào)傳輸?shù)捷斎肟囊豢ㄒ恍盘?hào)冗余配置。

3.2 閥門(mén)整定

LVDT反饋裝置更換完成后，需進(jìn)行閥門(mén)全行程試驗(yàn)，若全開(kāi)或全關(guān)反饋與實(shí)際閥位偏差超過(guò)2%，則需對(duì)閥位反饋進(jìn)行整定；若偏差未超過(guò)2%，則無(wú)需整定。具體如下：

1）整定期間運(yùn)行人員根據(jù)調(diào)試需要，配合設(shè)置調(diào)閥閥限至105%。

2）確認(rèn)調(diào)閥C20強(qiáng)制為0，快關(guān)電磁閥帶電。

3）進(jìn)入閥門(mén)卡調(diào)試畫(huà)面，記錄原VP卡參數(shù)，進(jìn)行主卡調(diào)試，拔掉備卡。

4）調(diào)試畫(huà)面右上角REDUNDANT FLAG設(shè)為0，TOP CAL POSITION 30000，BOT CAL POSITION設(shè)為6000，DEMOD GAIN設(shè)為1675， K-SERVO設(shè)為45，K-SERVO DB設(shè)為20，然后DOWNLOAD TO CARD。

5）控制模式切為AUTO，點(diǎn)擊“CAL ZERO”，MODE由NORMAL變?yōu)镃AL，再變?yōu)镹ORMAL。

6）點(diǎn)擊“CAL HUNDRED”，MODE由NORMAL變?yōu)镃AL，再變?yōu)镹ORMAL。

7）校完零、滿位之后，若TOP CAL POSITION值在20000左右，BOT CAL POSITION值在10000多，即都在10000～30000內(nèi)，點(diǎn)擊“UP LOAD FROM CARD”，和畫(huà)面一致即可。

8）控制模式切為MAN，做10%階躍試驗(yàn)；根據(jù)趨勢(shì)圖調(diào)整PI GAIN 及PI RESET的值，直至合格。

9）主卡完成，將備卡插上去，帶電后將主卡拔掉。

10）重復(fù)步驟4）～步驟8）。

11）主、備卡均調(diào)試完畢后，將主備卡都插上，將其REDUNDANT FLAG值均設(shè)置為1，分別點(diǎn)擊“DOWNLOAD TO CARD”。

12）對(duì)主卡給階躍指令，查看趨勢(shì)圖。若不符合要求，應(yīng)重復(fù)步驟3）～步驟11）。

3.3 冗余切換試驗(yàn)

在系統(tǒng)組態(tài)工作及閥門(mén)標(biāo)定完成后，進(jìn)行冗余擾動(dòng)切換試驗(yàn)，以驗(yàn)證主汽門(mén)控制雙VP 卡、雙LVDT冗余改造后控制性能滿足汽輪機(jī)閥門(mén)控制標(biāo)準(zhǔn)[3]。VP卡冗余測(cè)試：兩卡運(yùn)行，給40%指令；在電子間將主卡指令線解掉其中一根B14+，此時(shí)主備卡無(wú)擾切換，原PRIORITY狀態(tài)下的VP卡自動(dòng)進(jìn)入NORMAL&BACKUP/DISARMED，調(diào)試畫(huà)面中REDUNDANT SETTING中顯示PARTNER FAILED；恢復(fù)接線，對(duì)照趨勢(shì)圖反饋應(yīng)無(wú)明顯波動(dòng)，然后再將備卡指令線拆掉B14+，然后恢復(fù)，觀察到的現(xiàn)象應(yīng)和主卡試驗(yàn)時(shí)一樣；40%指令不變，在電子間將主卡反饋線解掉其中一根B10+，此時(shí)主備卡應(yīng)無(wú)擾切換，原PRIMARY狀態(tài)下的VP卡自動(dòng)進(jìn)入NORMAL&BACKUP/DISARMED，ONBOARD CONTINGENCY顯示為FEEDBACK“A”TROUBLE；恢復(fù)接線，對(duì)照趨勢(shì)圖閥門(mén)開(kāi)度應(yīng)無(wú)明顯波動(dòng)，然后再將備卡（此時(shí)應(yīng)該顯示為主卡）反饋線拆掉，然后恢復(fù)，觀察到的現(xiàn)象應(yīng)和主卡試驗(yàn)時(shí)一樣。

3.4 DEH/ETS系統(tǒng)電源可靠性改造

為防止由于插針式跨接片松動(dòng)導(dǎo)致設(shè)備異常事件的發(fā)生，本次LVDT改造還進(jìn)行了DEH/ETS系統(tǒng)電源可靠性改造，對(duì)插拔式無(wú)固定措施的跨接片增加冗余配置，如：在F21與F22開(kāi)關(guān)1號(hào)觸點(diǎn)備用插孔處增加一個(gè)短接插片，與原短接插片形成冗余。此舉措可有效避免新增短接線與原配線徑不一致，導(dǎo)致并接在一起的接線松動(dòng)情況的發(fā)生。同時(shí)#1機(jī)組汽輪機(jī)主保護(hù)ETS機(jī)柜內(nèi)跳閘繼電器K02、K04、K06供電回路也存在該問(wèn)題，跳閘繼電器只有一路進(jìn)線，未采用直流環(huán)形連接，存在重大隱患，該電源線松動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組跳閘。為防止異常情況發(fā)生，現(xiàn)已在X06繼電器A1端子至L+A端子之間增加一路電源線，采用環(huán)形連接的方式進(jìn)行供電，這樣大大減小了回路中任意端子松動(dòng)的影響。#1機(jī)組ETS控制柜內(nèi)汽輪機(jī)高中壓主汽閥、調(diào)閥快關(guān)電磁閥供電端子排X03-9與X03-10為單路進(jìn)線，該進(jìn)線端子若出現(xiàn)松動(dòng)則會(huì)導(dǎo)致ETS動(dòng)作、機(jī)組跳閘。現(xiàn)已為端子排X03-9與X03-10各增加一路電源進(jìn)線，采用兩路同時(shí)供電的方式，大大提高了設(shè)備可靠性。為了提高預(yù)警，本次還將D41空開(kāi)報(bào)警和集控停機(jī)按鈕、機(jī)頭停機(jī)按鈕報(bào)警點(diǎn)，以及磁致伸縮電源監(jiān)視增加到大屏報(bào)警，便于監(jiān)視。

4 日常維護(hù)措施

汽輪機(jī)調(diào)門(mén)波動(dòng)的原因主要有：LVDT線圈絕緣不好、信號(hào)傳輸電纜屏蔽不合格、LVDT固定架松動(dòng)以及信號(hào)傳輸電纜接線松動(dòng)等，導(dǎo)致閥門(mén)反饋信號(hào)波動(dòng)[4]。因此，在日常維護(hù)中要加強(qiáng)相關(guān)方面問(wèn)題的排查，具體如下：

1）定期組織巡檢并對(duì)汽輪機(jī)各個(gè)調(diào)閥相關(guān)參數(shù)進(jìn)行記錄，比如閥門(mén)開(kāi)度、VP卡輸出電壓等，通過(guò)歷史趨勢(shì)進(jìn)行分析判斷，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及早處理，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2）油動(dòng)機(jī)屬于高溫、高振動(dòng)區(qū)域，因此要加強(qiáng)對(duì)油動(dòng)機(jī)巡檢力度。結(jié)合曲線分析LVDT動(dòng)作情況以及是否存在信號(hào)波動(dòng)，同時(shí)利用機(jī)組停機(jī)時(shí)對(duì)LVDT進(jìn)行絕緣檢查，不合格直接更換，降低在線更換的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）定期進(jìn)行端子緊固，以及對(duì)LVDT固定牢固性進(jìn)行檢查，防止接線松動(dòng)、固定不牢固引發(fā)信號(hào)波動(dòng)。

4）定期對(duì)EH進(jìn)行檢驗(yàn)，保證EH油品質(zhì)合格，并定期對(duì)伺服閥前濾網(wǎng)進(jìn)行清洗，防止伺服閥卡澀情況的發(fā)生。

5 結(jié)論

本文對(duì)上汽西門(mén)子機(jī)型DEH系統(tǒng)調(diào)門(mén)故障原因進(jìn)行分析，并提出本解決辦法及日常維護(hù)措施，為其他同類(lèi)型機(jī)組提供經(jīng)驗(yàn)參考。通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)高、中壓調(diào)閥雙LVDT改造，大大提高了高、中壓調(diào)閥閥位信號(hào)的可靠性，降低了因單只LVDT故障導(dǎo)致調(diào)門(mén)異常關(guān)閉的可能性，提高了DEH系統(tǒng)安全性。同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)了DEH/ETS系統(tǒng)電源存在的隱患并利用本次改造機(jī)會(huì)完成了#1機(jī)組DEH/ETS系統(tǒng)電源可靠性改造，采用環(huán)形連接的方式進(jìn)行供電，這樣大大減小了回路中任意端子松動(dòng)的影響。