汽輪機調門波動分析及整改措施

席光超

(河北邯鄲熱電股份有限公司，河北 邯鄲 056000)

0 引言

某電廠汽輪機是哈爾濱汽輪機廠提供的CC140/N220-12.7/535/535 型汽輪機，其11，12 號機組汽輪機控制系統是由上海GE 新華提供的XDPS6.0版本的DEH 控制系統。

汽輪機調門的控制過程都是經過電調伺服卡(VPC 卡)發出指令傳到伺服閥，然后伺服閥控制油動機油缸進、出油來實現調門的開度調整，同時每個調門上的兩支線性可變差動變壓器(linear veriable differential transformer，LVDT)位移傳感器將調門的位置反饋傳送給伺服卡，經過高選之后參與指令計算輸出，逐漸實現進、出油平衡，從而滿足整個調門位置的調整?？刂浦械闹噶?、伺服閥、油動機、LVDT 位移傳感器每個環節出現問題都會導致汽輪機調門波動現象的發生。以下結合生產中遇到的單支LVDT 故障、指令側異常和兩支LVDT 異?，F象進行逐一案例分析。

1 單支LVDT 故障分析

單支LVDT 故障是汽輪機調門波動的典型故障。在LVDT 出現輕微故障時，會階段性地出現調門小幅度擺動；在一次調頻、AGC 指令和主汽壓波動等相關擾動存在的情況下，給準確判斷哪支LVDT 出現故障增加了難度。

2018-07-21T04:00:00，12 號機組在AGC 運行方式下發電負荷小幅度擺動后逐漸發散，最終因負荷跟遙調指令偏差大而切除AGC。調取歷史曲線發現，2018-07-21T04:27:49，1 號高調門反饋GV1-LVDT2 在1 號高調門指令GV1-SPO不變、發電機功率不變時出現突然上升的情況；04:27:50，發電機功率由148 MW 開始下降，主汽壓由12.84 MPa 開始上升，1 號高調門兩個反饋同時開始降低(調門關小)；04:27:52，遙調指令開始上升，1 號高調門指令也隨之上漲(調門開大)，上漲到一定程度開始出現反調，同時負荷上下波動，最大偏差達13.0 MW；AGC 切除后調門停止擺動。

根據以上歷史趨勢數據分析，1 號高調門GV1-LVDT2 突然升高，LVDT 反饋高選到2 號反饋GV1-LVDT2，在指令GV1-SPO 不變的情況下，伺服閥卡根據指令跟高選反饋的變化偏差量作用到伺服閥，進行反向關閥調整(反饋變大時關、變小時開)，導致負荷下降。隨著負荷減少，AGC 遙調指令作用下又反向開大高調門，如此反復導致調門振蕩。單依據以上現象可判斷為1 號高調門GV1-LVDT2 反饋突跳故障引起的調門波動。由于調門波動是階段性的，追根溯源發現GV1-LVDT2 突增現象出現過多次并伴隨調門波動現象，更加明確鎖定是1 號高調門2 號反饋GV1-LVDT2 故障引起的調門波動。

為此制定安全措施，開始LVDT 更換作業。為避免負荷波動，DEH 系統投入功率閉環回路，轉單閥控制。待切換單閥穩定后將1 號高調門按5 %的指令逐漸關閉至0，關閉過程中注意負荷波動情況，在負荷穩定后開始下一步操作，最后確認閥門在機械零位時關閉進油門，開始更換作業。更換時，設定新的LVDT 零位電壓，要低于GV1-LVDT1 的電壓，讓2 號反饋作為備選反饋。待參數正常后，逐漸開啟調門，轉順序閥運行，調門波動現象消除。

2 指令側異常分析

調門指令計算發生波動時也會引起調門波動現象。2019-04-01，該廠12 號機組在啟動沖轉達到3 000 r/min 的暖機試驗階段，出現了4 個中調門頻繁開關現象。

4 個中調門長時間頻繁開關對調門閥體、LVDT 位移傳感器及EH 油壓系統都會產生一定的負面影響，甚至會導致設備損壞。

為了盡快消除異常現象，熱控人員調取控制邏輯頁中涉及中調門指令邏輯運算的功能塊，對每個計算參數進行逐一排查，發現是因為熱再熱壓力(HRHP)處于0 位臨界點，頻繁出現0 正、0 負，導致邏輯頁中HRHP 被68 號塊數值2 相除后出現正無窮和負無窮交替變化；再經過70 號塊高低限值塊后就會輸出3 或2 的頻繁變化；再到84 號塊選擇(未并網BR=0) X2作為輸出，然后與FDEM相乘轉化為中調門流量指令IVDEM，最終轉化到每個中調門的指令。仔細分析每個參數之后，確認HRHP 的變化是導致調門指令計算發生波動并直接導致中調門上下擺動的癥結所在，故第一時間現將其強制為0.000 000,中調門擺動的現象立即消除。待運行人員將HRHP 調整為穩定的大于0 的數值后解除強制，中調門未發生再次波動現象，異?，F象消除。

3 兩支LVDT 故障分析

兩支LVDT 同時故障的現象很少遇到，當兩支LVDT 均故障的情況下，調門最初現象是發生上下擺動；當兩支LVDT 均徹底故障時，調門有可能發生瞬間開足或關嚴的現象。對于在運機組而言，主汽壓、汽包水位的控制都是難以維持的，輕則滅火停爐，重則可能造成超速停機事故。因此在兩支LVDT 故障初期判斷出故障點，并果斷采取措施消除故障隱患，對保護汽輪機組安全尤為重要。

2020-06-16T04:30:00，熱工人員接到運行人員通知，11 號機組多次出現調門擺動大，負荷來回波動不穩影響負荷調整的現象。查詢歷史曲線發現，03:41:41，1 號高調門反饋GV1-LVDT1 突然向下突降，接著調門指令增加，而GV1-LVDT2反饋則在指令作用下向上開啟，而后又向下降低，未與指令信號方向保持一致，但當降下來后與指令趨勢基本保持一致，接著1 號高調門出現反復震蕩，GV1-LVDT1 偶爾出現與指令方向不一致的情況，故初步判斷兩支LVDT 均存在問題。

查閱記錄發現，03:32:50，GV1-LVDT2 出現在指令基本不變時突然增大的現象，03:33:04，出現指令增加而反饋突然下降的現象。

翻閱其他時段曲線發現，LVDT2 也出現過與指令方向不一致的突增現象，故綜合判斷GV1-LVDT2 發生了輕微故障，但此時LVDT 高選為GV1-LVDT1，調門波動并非是GV1-LVDT2 引起的。繼續反查歷史趨勢后，排除一次調頻擾動因素。04:19:41，GV1-LVDT1 在指令GV1-SPO 上漲過程中出現反向突降后馬上回到原位，導致指令GV1-SPO 與反饋運算偏差突然增大，伺服卡輸出增大調門的開啟量，負荷隨之上漲，而遙調負荷指令又隨即反向調整，關小調門，如此反復產生調門振蕩擺動并隨之發生負荷上下波動現象，由此判斷LVDT1 也存在異?，F象。

當發現兩支LVDT 都不能準確跟蹤1 號高調門的真實反饋時，要盡快更換LVDT 以滿足生產調節需要。為避免負荷較大波動，切除AGC，切除協調，改為基本運行方式；汽輪機轉為功率回路控制，切為單閥運行方式；隨后的LVDT 更換步驟與單支故障LVDT 情況一樣，逐漸關小GV1 閥門，由5 %的階梯狀關至關嚴狀態。全部關嚴后，待汽機專業確認真實調門機械0 位時，發現高調門1 號LVDT 電壓顯示1 V，最低0.6 V；當拆下1號LVDT 接線檢查完畢復接后，發現LVDT 反饋電壓回到0 值，這種現象更加充分說明1 號LVDT故障，且是導致調門波動的直接原因。之后通過更換新的LVDT，設置好0 位電壓后，滿位保留原來參數，待機組滿負荷高調門指令100 時，標定滿位電壓。更換完成后，逐漸開啟1 號高調門，切為順序閥運行，恢復AGC 控制模式，調門波動現象自然消除。

4 結論

通過對11，12 號機組運行中3 種調門擺動現象的原因和消除措施進行分析，得出以下結論。

(1) 調門LVDT 線性位移傳感器故障初期很難被發現，只有當故障LVDT 突然被高選后，引起調門波動時，出現擺動現象后才會引起注意。對此，運行人員要加強對調門參數監視，一有異常及時通知檢修人員查明原因；熱控人員要加強設備巡檢，重點關注調門LVDT 反饋歷史數據和實時數據變化，仔細對比是否曾經出現異常突變情況，出現問題及早處理，消除隱患。

(2) 邏輯組態中參數運算出現異常情況會影響到調門指令的計算，熱控人員要熟練掌握指令運算中涉及的參數和功能塊，以便在問題出現時能夠理清指令運算流程，準確判斷問題所在，并果斷采取措施消除導致系統波動的因素，從而達到減少系統擾動的目的。

(3) 兩支LVDT 同時出現故障的情況很少出現，要從安裝工藝流程上嚴格把關，盡量減少LVDT 因安裝失誤導致嚴重磨損。LVDT 是調門參與調節的重要組成部分，安裝LVDT 時，要嚴格按照檢修工藝標準進行安裝。安裝前要測量LVDT阻值及絕緣情況；安裝過程中，LVDT 鐵芯盡量保持垂直中心孔安裝，底部螺絲固定位置為LVDT鐵芯從LVDT 高位自由落體到固定孔洞處為準，并緊固螺絲，盡量避免鐵芯同軸轉動。如此安裝能夠減少LVDT 在調門開關過程中的磨損，增加LVDT 使用壽命，達到保障機組安全運行的效果。