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(jī)作為火電廠最主要的設(shè)備之一，工作在高溫、高壓和高速的狀態(tài)中。因此，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠是極為重要的。數(shù)字式電液控制系統(tǒng)兼?zhèn)淞擞?jì)算機(jī)控制和液動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中被廣泛使用。目前，電站汽輪機(jī)控制都采用了數(shù)字式電液控制系統(tǒng)，并且已經(jīng)完全取代了早期的模擬控制系統(tǒng)[1]。但是電液控制系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)，本身又具有一定的復(fù)雜性，一旦出現(xiàn)問題，需要現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員既要懂計(jì)算機(jī)控制，又要懂汽輪機(jī)的調(diào)速原理，對(duì)人員素質(zhì)提出了更高的要求。本案例的故障處理，就是DEH系統(tǒng)涵蓋多個(gè)專業(yè)的一次集中體現(xiàn)。由于故障點(diǎn)十分隱蔽，查找過程涉及到了機(jī)務(wù)、熱控、電氣3個(gè)專業(yè)，3個(gè)專業(yè)存在的問題或大或小，每個(gè)問題單獨(dú)來(lái)看都不會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行。但是，當(dāng)某個(gè)特定的誘因一旦出現(xiàn)時(shí)，這些小問題最終造成機(jī)組被迫打閘停機(jī)。本案例的處理過程對(duì)同類型設(shè)備機(jī)組避免類似故障，和DEH現(xiàn)場(chǎng)故障的排查處理具有一定的參考意義。

1 停機(jī)的過程

公司裝機(jī)容量3爐2機(jī)，1、2號(hào)機(jī)組采用哈爾濱汽輪機(jī)廠的55MW抽凝式汽輪機(jī)，承擔(dān)工業(yè)園區(qū)企業(yè)用汽和城區(qū)居民供熱任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)采用新華xdps400+、DEH-V型低壓純電調(diào)控控制器。2005年投運(yùn)以來(lái)一直正常運(yùn)行，控制系統(tǒng)穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)大的異常。

2019年03月23日，早班的運(yùn)行工況是1號(hào)機(jī)組停機(jī)檢修，2號(hào)機(jī)組帶52MW負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)門開度83%，各項(xiàng)參數(shù)一切正常。08:41，2號(hào)機(jī)負(fù)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(dòng)退出。DEH畫面上調(diào)門開度75%，與指令相匹配，無(wú)明顯異常。運(yùn)行人員重新投入功率回路，未成功?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢查，發(fā)現(xiàn)主調(diào)門開度就地指示器30mm，實(shí)際開度12%左右，與DEH畫面的調(diào)門開度相差較大。運(yùn)行人員隨即嘗試將自動(dòng)控制改為手動(dòng)控制拉高調(diào)門，手動(dòng)操作閥位的指令可以上升，但就地調(diào)門不跟蹤，并且機(jī)組負(fù)荷不穩(wěn)定，無(wú)法恢復(fù)正常運(yùn)行；08:48，打閘停機(jī)。

2 故障現(xiàn)象

在負(fù)荷快速下降的同時(shí)，2號(hào)機(jī)DEH畫面的推力瓦溫度、軸瓦溫度和回油溫度測(cè)點(diǎn)也在瞬間全部變至負(fù)值，如圖1所示。并且在停機(jī)后轉(zhuǎn)子惰走過程中，3個(gè)DEH轉(zhuǎn)速測(cè)點(diǎn)在700轉(zhuǎn)的時(shí)候，開始不穩(wěn)定，如圖2所示，但是實(shí)際轉(zhuǎn)速是在穩(wěn)步下降的。打閘停機(jī)，調(diào)門全部關(guān)閉后，DEH畫面的調(diào)門行程反饋仍然在65%。以上異常測(cè)點(diǎn)的共同點(diǎn)就是全部在2號(hào)機(jī)DEH系統(tǒng)的同一個(gè)機(jī)柜內(nèi)。相鄰的機(jī)爐DCS系統(tǒng)的所有測(cè)點(diǎn)狀態(tài)正常，并且2號(hào)機(jī)DEH系統(tǒng)的所有測(cè)點(diǎn)基本上都處于異常狀態(tài)，溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等都在波動(dòng)且明顯偏離正常值的測(cè)點(diǎn)，初步統(tǒng)計(jì)多達(dá)30多個(gè)，并且所有變化都是在08:41同時(shí)出現(xiàn)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)正在檢修中的1號(hào)機(jī)，部分DEH的溫度測(cè)點(diǎn)也在同一時(shí)間出現(xiàn)異常。

3 故障的分析和查找過程

3.1 停機(jī)原因分析

查閱機(jī)組歷史趨勢(shì)，調(diào)門突然大幅下降的原因是調(diào)門開度反饋存在一個(gè)較大的升高擾動(dòng)，造成伺服控制回路的輸出指令大幅下降，繼而造成負(fù)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(diào)門無(wú)法開啟。根據(jù)VPC卡的伺服回路框圖，當(dāng)LVDT突然出現(xiàn)向上的擾動(dòng)時(shí)，輸出指令會(huì)快速減小，去關(guān)閉調(diào)門，讓調(diào)門的開度接近DEH輸出指令[2]。LVDT虛假向上跳變擾動(dòng)，造成了實(shí)際調(diào)門快速向下關(guān)閉。

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

圖2 DEH轉(zhuǎn)速測(cè)下降至707r/s，開始不穩(wěn)定Fig.2 DEH speed measurement drops to 707r/s,start unstable

圖3 打閘停機(jī)后調(diào)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(tǒng)硬件設(shè)施的排查

初步懷疑機(jī)柜電壓存在瞬間波動(dòng)，電壓沖擊造成DEH機(jī)柜部分卡件損壞，測(cè)點(diǎn)大面積異常。檢查了電氣系統(tǒng)的歷史趨勢(shì)，電壓電流曲線穩(wěn)定，且無(wú)重大操作。排查現(xiàn)場(chǎng)電纜也沒有發(fā)現(xiàn)大面積電纜損害。為盡快恢復(fù)2號(hào)機(jī)的DEH系統(tǒng)，更換了2號(hào)機(jī)DEH柜的溫度測(cè)點(diǎn)端子板電源線、端子板和卡件，更換后溫度測(cè)點(diǎn)還是顯示負(fù)值；更換調(diào)門控制VPC卡和轉(zhuǎn)速SDP卡后，調(diào)門虛假反饋65%的現(xiàn)象仍舊沒有消除；在DEH軟件系統(tǒng)的排查過程中，重啟了柜內(nèi)交換機(jī)和A、B、C網(wǎng)絡(luò)交換，并對(duì)DPU進(jìn)行了停電重啟和切換試驗(yàn)；檢查了機(jī)柜電纜、接地電阻正常；檢查了DEH內(nèi)部電源模塊，測(cè)量DC24V和DC±15V電壓正常，但仍舊進(jìn)行了更換，故障現(xiàn)象還是沒有排除。機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備已經(jīng)全部排查完畢，仍未找到故障點(diǎn)，DEH系統(tǒng)仍舊處于整體的異常狀態(tài)之中。

3.3 外部干擾信號(hào)排查

經(jīng)內(nèi)部硬件排查正常無(wú)異常后，將排查重點(diǎn)鎖定在了外部線路的信號(hào)干擾。將#2機(jī)DEH機(jī)柜保留了最少的運(yùn)行系統(tǒng)，冗余的系統(tǒng)只保留1個(gè)，即DPU模塊、DC24V電壓、±15V電源、柜內(nèi)交換機(jī)各保留1臺(tái)，其它卡件全部抽出，端子板全部斷電。首先恢復(fù)VPC卡件，調(diào)門反饋從63%恢復(fù)到正常的0%；隨后逐一恢復(fù)柜內(nèi)設(shè)備，縮小排查范圍。當(dāng)恢復(fù)到一塊DI端子板時(shí)，電源插頭插上的瞬間，故障重現(xiàn)。最后排查出一對(duì)編號(hào)為DQ4的信號(hào)線，拆除該信號(hào)線后機(jī)柜恢復(fù)正常。用普通數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量該信號(hào)線對(duì)地直流0V，對(duì)地交流15V，沒有明顯異常。但是一旦接上，整個(gè)機(jī)柜又進(jìn)入混亂的狀態(tài)。隨后將其余設(shè)備逐一恢復(fù)，溫度測(cè)點(diǎn)顯示正常，調(diào)門開度和轉(zhuǎn)速也穩(wěn)定到了0的數(shù)值，故障基本排除。查閱圖紙?jiān)揇Q4信號(hào)線為電氣的發(fā)電機(jī)同期裝置就緒信號(hào)，目前確定該信號(hào)線存在較大的信號(hào)干擾，并且從DI端子板的通道引入，造成2號(hào)DEH機(jī)柜工作異常，尚不明確為什么DQ4信號(hào)線存在干擾。

3.4 1號(hào)機(jī)DEH機(jī)柜的處理過程

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

檢修工作轉(zhuǎn)移至1號(hào)機(jī)DEH系統(tǒng)，由于1號(hào)機(jī)處于停機(jī)檢修狀態(tài)，畫面反映出來(lái)的異常測(cè)點(diǎn)較少，僅有幾個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)顯示零下，調(diào)門開度也在60%左右波動(dòng)。同樣拆除1號(hào)機(jī)DEH的DQ4信號(hào)線，系統(tǒng)卻沒有像預(yù)想的恢復(fù)正常。按照2號(hào)機(jī)的排查思路，逐一對(duì)設(shè)備停送電檢查，很快就發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)DEH干擾的故障源在中壓調(diào)門DDV閥，DDV閥停電后1號(hào)機(jī)DEH系統(tǒng)恢復(fù)正常。在1號(hào)機(jī)DDV閥停電的情況下，嘗試將#2機(jī)DQ4信號(hào)線恢復(fù)，結(jié)果是兩臺(tái)機(jī)的DEH控制系統(tǒng)一切正常。這樣確定了兩臺(tái)機(jī)DEH的干擾信號(hào)都來(lái)自1號(hào)機(jī)中調(diào)的DDV閥。更換DDV閥后，1、2號(hào)機(jī)DEH系統(tǒng)都恢復(fù)了正常。

3.5 DQ4信號(hào)線的檢查

電氣檢修人員在隨后的檢查中，發(fā)現(xiàn)由于公司兩臺(tái)發(fā)電機(jī)共用了一臺(tái)自動(dòng)同期裝置，型號(hào)為SID-2CM發(fā)電機(jī)線路復(fù)用微機(jī)同期裝置。該裝置只有1個(gè)同期準(zhǔn)備就緒信號(hào)接點(diǎn)[3]。發(fā)送至1、2號(hào)機(jī)DEH的同期裝置就緒信號(hào)，在接線端子上被壓接在了一起，見圖5。造成本應(yīng)該完全獨(dú)立的兩臺(tái)DEH機(jī)柜從這個(gè)公用接線端產(chǎn)生了電氣回路上的聯(lián)系。1號(hào)機(jī)DDV的干擾源經(jīng)過同期裝置的DQ4信號(hào)線傳送至2號(hào)機(jī)DEH機(jī)柜，造成兩臺(tái)機(jī)柜所有信號(hào)被干擾。整個(gè)干擾信號(hào)的傳遞途徑如圖5所示，有“”標(biāo)記的為干擾源頭。

3.6 故障DDV的解體檢查

檢查重點(diǎn)又轉(zhuǎn)移到被拆除的DDV閥，現(xiàn)場(chǎng)DDV閥的型號(hào)是MOOG公司的D634型，也是國(guó)內(nèi)使用較多的成熟產(chǎn)品，屬于直動(dòng)式電液伺服閥，主要包括永磁直線力馬達(dá)、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(dá)銜鐵與伺服閥閥芯直接相連，通過馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服閥流量的控制[4]?，F(xiàn)場(chǎng)使用多年，從未出現(xiàn)干擾機(jī)柜信號(hào)的現(xiàn)象發(fā)生。DDV閥的結(jié)構(gòu)圖見圖6，對(duì)故障DDV閥進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)永磁直線力馬達(dá)的兩個(gè)電源線被擠壓，絕緣層破損。其中較嚴(yán)重的一根已明顯漏出線芯，與外殼短路，見圖7。經(jīng)詢問調(diào)查當(dāng)天汽機(jī)檢修人員對(duì)1號(hào)機(jī)的DDV閥進(jìn)行了例行的清洗工作，并在08:40左右到現(xiàn)場(chǎng)回裝恢復(fù)，與2號(hào)機(jī)發(fā)生故障的時(shí)間相吻合。

圖6 DDV閥結(jié)構(gòu)和損壞導(dǎo)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(guān)Fig.8 A switch is installed at the terminal of the synchronous device

4 預(yù)防措施

1）將電氣同期裝置的就緒信號(hào)加裝隔離開關(guān)，分別接至1、2號(hào)機(jī)DEH，見圖8。避免兩個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)再次并聯(lián)在一起，構(gòu)成電氣回路。

2）在DDV閥的每次檢修過程中要仔細(xì)操作，避免出現(xiàn)壓壞線等類似現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)檢修時(shí)清洗的DDV閥進(jìn)行絕緣測(cè)試，合格后通電檢查電氣參數(shù)，確保各信號(hào)穩(wěn)定，并且閥芯在最大偏移量時(shí)，工作電流不超過額定值。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次異常停機(jī)是由于1號(hào)機(jī)組檢修過程中，將DDV閥內(nèi)部線路擠壓造成接地，引起DDV閥內(nèi)部控制器工作異常，產(chǎn)生了較大的干擾信號(hào)。該干擾信號(hào)經(jīng)電源線反饋到1號(hào)機(jī)DEH機(jī)柜的DC24V母線，并擴(kuò)散至1號(hào)機(jī)所有端子板。同時(shí)經(jīng)發(fā)電機(jī)的同期裝置接線端子，傳送到正常運(yùn)行的2號(hào)機(jī)DEH機(jī)柜，造成高壓調(diào)門開度反饋瞬間有向上的階躍值，由于VPC卡件內(nèi)部的閉環(huán)控制方式，引起指令快速下降，負(fù)荷由52MW短時(shí)間降至5MW，調(diào)門控制無(wú)法恢復(fù)，最終打閘停機(jī)。由于磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號(hào)和轉(zhuǎn)速有關(guān)，低轉(zhuǎn)速時(shí)的測(cè)量信號(hào)被干擾信號(hào)影響，所有轉(zhuǎn)速在707r/s時(shí)出現(xiàn)了大的波動(dòng)。

后經(jīng)將電氣同期信號(hào)用隔離開關(guān)進(jìn)行隔離，有效解決了#1、2號(hào)機(jī)信號(hào)互相干擾問題，確保了DEH控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。