謝晨宇，夏鵬遠(yuǎn)

（國(guó)家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 215300）

西門(mén)子體系汽輪機(jī)組控制理念、邏輯功能實(shí)現(xiàn)具有鮮明特點(diǎn)。通過(guò)借鑒同類(lèi)型機(jī)組調(diào)門(mén)快關(guān)導(dǎo)致跳機(jī)案例以及總結(jié)分析某廠二期兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)一些主汽調(diào)門(mén)快關(guān)邏輯上存在著優(yōu)化的空間。結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)相關(guān)邏輯進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，以提高設(shè)備可靠性和安全性。

1 案例介紹

某廠汽輪機(jī)型號(hào)為N660-25/600/600，超超臨界、一次中間再熱，單軸、四缸四汽、凝氣式汽輪機(jī)，DEH控制系統(tǒng)為西門(mén)子T3000控制系統(tǒng)。

某日該機(jī)組在協(xié)調(diào)控制方式下根據(jù)調(diào)度負(fù)荷曲線開(kāi)始連續(xù)升負(fù)荷，由于鍋爐燃燒慣性大，主汽壓力上升緩慢，致使實(shí)際壓力偏低較多，壓力拉回回路起作用。在此過(guò)程中由于機(jī)組運(yùn)行工況的微小波動(dòng)，導(dǎo)致壓力控制器、轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器交替起作用，經(jīng)壓力控制器、轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器之間的快速、多次切換后，汽輪機(jī)進(jìn)汽流量設(shè)定值（OSB）快速下降。因高壓調(diào)門(mén)、中壓調(diào)門(mén)實(shí)際閥位仍處于全開(kāi)，滿足了高調(diào)閥流量指令與閥位反饋對(duì)應(yīng)的流量偏差大于25%的條件，所有調(diào)門(mén)快關(guān)保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組由372MW甩負(fù)荷降至0MW。當(dāng)負(fù)荷低于104MW時(shí)滿足KU動(dòng)作條件，延時(shí)80ms觸發(fā)短甩負(fù)荷(KU)指令（150ms脈沖）。閥門(mén)關(guān)閉后實(shí)際壓力上升，OSB輸出上升到25%，閥門(mén)開(kāi)啟9.7%，負(fù)荷上升到66MW，未超過(guò)104MW。因KU動(dòng)作條件2S內(nèi)未消失，觸發(fā)長(zhǎng)甩LAW，（轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器由負(fù)荷控制模式切為轉(zhuǎn)速控制模式，轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器的輸出立即降為4.4%（對(duì)應(yīng)高調(diào)閥流量指令5.5%），滿足了高調(diào)閥流量指令與當(dāng)時(shí)閥位反饋對(duì)應(yīng)的流量指令（32.5%）偏差大于25%的條件，再次觸發(fā)調(diào)門(mén)快關(guān)保護(hù)，高中壓調(diào)門(mén)全部關(guān)閉，延遲10s后觸發(fā)再熱器保護(hù)動(dòng)作，鍋爐MFT。

通過(guò)上述案例可以看出，此次機(jī)組異常發(fā)生直接原因?yàn)殄仩t再熱器保護(hù)動(dòng)作，而誘因就是汽輪機(jī)調(diào)門(mén)快關(guān)保護(hù)動(dòng)作。

2 快關(guān)邏輯介紹

汽輪機(jī)調(diào)門(mén)快關(guān)是汽輪機(jī)一種自我保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，迅速關(guān)閉進(jìn)汽調(diào)門(mén)，防止發(fā)生汽輪機(jī)超速[1]。

通過(guò)分析某廠二期1000MW二次再熱汽輪機(jī)調(diào)門(mén)快關(guān)邏輯，其動(dòng)作條件有三個(gè)：①汽輪機(jī)跳閘信號(hào)來(lái)；②機(jī)組甩負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作；③調(diào)門(mén)流量偏差大；任一條件滿足時(shí)，均會(huì)觸發(fā)。造成案例中該廠調(diào)門(mén)快關(guān)的原因就是調(diào)門(mén)流量大。結(jié)合案例，本文主要圍繞調(diào)門(mén)流量偏差大，重點(diǎn)分析該條件邏輯的構(gòu)成。

西門(mén)子DEH控制系統(tǒng)中汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)壓力回路控制輸出、負(fù)荷控制輸出、轉(zhuǎn)速控制輸出三選取小產(chǎn)生汽輪機(jī)進(jìn)汽流量設(shè)定值（OSB），通過(guò)第一次函數(shù)轉(zhuǎn)換將OSB值變?yōu)槌邏?、高壓、中壓調(diào)門(mén)流量指令（分別用OSFD、OSAF2、OSAF3表示）。汽輪機(jī)調(diào)門(mén)閥位由現(xiàn)場(chǎng)安裝的線性位移傳感器（LVDT）通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)化而來(lái)，根據(jù)閥位反饋（GV）以一個(gè)折線函數(shù)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的進(jìn)汽流量反饋值（超高壓、高壓、中壓調(diào)門(mén)進(jìn)汽流量反饋分別用OFD、OAF2、OAF3表示）。調(diào)門(mén)偏差大核心就是在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，比較調(diào)門(mén)流量指令與進(jìn)汽流量反饋值大小，當(dāng)偏差大于25%時(shí)，就會(huì)觸發(fā)調(diào)門(mén)快關(guān)，快關(guān)動(dòng)作時(shí)，伺服閥輸出最大負(fù)電流，使快速關(guān)閉。

圖1 上汽DEH操作畫(huà)面

2.1 超高壓調(diào)門(mén)快關(guān)邏輯計(jì)算值

超高壓調(diào)門(mén)流量指令OSFD=OSB

超高壓調(diào)門(mén)進(jìn)汽流量反饋值OFD=F（GV），其折線函數(shù)如下表所示。

表1 超高壓調(diào)門(mén)閥位與進(jìn)汽流量反饋值函數(shù)關(guān)系

2.2 高壓調(diào)門(mén)快關(guān)邏輯計(jì)算值

高壓調(diào)門(mén)流量指令OSAF2=OSB/0.7。

高壓調(diào)門(mén)進(jìn)汽流量反饋值OAF2=F（GV），其折線函數(shù)如下表所示。

表2 高壓調(diào)門(mén)閥位與進(jìn)汽流量反饋值函數(shù)關(guān)系

3 流量偏差大原因分析

造成流量偏差大原因主要有：①調(diào)門(mén)閥位異常引起HFD偏離正常值；②OSB輸出波動(dòng)大引起OSFD偏離正常值。

（1）閥位反饋異常。從閥位的測(cè)量、傳輸、計(jì)算來(lái)看，大致原因可歸納為：①線路接觸不良。調(diào)門(mén)反饋LVDT傳感器信號(hào)線在各中間端子箱傳動(dòng)過(guò)程中由于螺絲沒(méi)有擰緊或是由于現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)大造成線路松動(dòng)，使反饋信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)；②調(diào)門(mén)反饋LVDT就地抖動(dòng)大。固定LVDT的螺絲沒(méi)有擰緊或在螺絲沒(méi)有擰緊時(shí)，由于機(jī)組低負(fù)荷時(shí)振動(dòng)較大，造成LVDT實(shí)際抖動(dòng)大，引起信號(hào)波動(dòng)；③高壓調(diào)門(mén)反饋LVDT傳感器故障。LVDT線圈故障，引起信號(hào)突變，導(dǎo)致觸發(fā)調(diào)門(mén)快關(guān)信號(hào)[2]。

（2）OSB輸出波動(dòng)大。結(jié)合案例，該機(jī)組在加負(fù)荷過(guò)程中，由于爐側(cè)滯后導(dǎo)致主蒸汽壓力偏離設(shè)定壓力較多，在壓力偏差>0.9Mpa時(shí)，壓力拉回回路開(kāi)始起作用，逐步將壓力控制輸出值降低直至小于負(fù)荷控制輸出值，使三選值輸出取自壓力控制輸出值，若壓力不回頭，壓力控制輸出有效且繼續(xù)減小，迫使OSB輸出減小。在壓力控制輸出有效作用期間，為實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換負(fù)荷控制輸出上限受壓力控制輸出受限制，同步減小。當(dāng)隨著AGC指令波動(dòng)，實(shí)際負(fù)荷大于負(fù)荷指令時(shí)，負(fù)荷控制器輸出與壓力控制輸出接近，某一瞬間因在機(jī)組擾動(dòng)作用下的壓力控制器、負(fù)荷控制器即可發(fā)生多次交替切換，并且每次由負(fù)荷控制切換到壓力控制回路都會(huì)出現(xiàn)壓力控制器輸出值減小一個(gè)計(jì)算值（經(jīng)此時(shí)壓力偏差值測(cè)算約3%）。正是在多次切換下，OSB輸出瞬間從82%快速向20%下降。此時(shí)HFD仍在閥門(mén)100%對(duì)應(yīng)狀態(tài)，故觸發(fā)調(diào)門(mén)快關(guān)。

4 應(yīng)對(duì)措施

4.1 硬件上的預(yù)防

（1）降低LVDT運(yùn)行中故障率。LVDT異常一方面是自身原因，從測(cè)量到傳輸中間中轉(zhuǎn)越多，故障發(fā)生可能性也越高，故在設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量減少中間端子連接；另一方面是外界影響，例如機(jī)組振動(dòng)，尤其對(duì)于二次再熱機(jī)組沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)初期，由于進(jìn)汽量少易造成調(diào)門(mén)產(chǎn)生汽流激振，引起調(diào)門(mén)油動(dòng)機(jī)振動(dòng)大，故要在特殊工況下，加強(qiáng)機(jī)組參數(shù)調(diào)整，避免在此類(lèi)工況停留較長(zhǎng)時(shí)間。

（2）加強(qiáng)日常巡視。定期對(duì)LVDT裝置進(jìn)行檢查，重點(diǎn)查有無(wú)松動(dòng)的現(xiàn)象，若有及時(shí)采取緊固措施。運(yùn)行中關(guān)注對(duì)調(diào)門(mén)反饋?zhàn)兓霈F(xiàn)非線性的波動(dòng)或小幅調(diào)動(dòng)的，應(yīng)及時(shí)安排檢查，排查端子接線有無(wú)松動(dòng)、LVDT固定螺絲有無(wú)松動(dòng)的情況。

（3）做好停機(jī)后維護(hù)。利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，對(duì)LVDT傳感器、信號(hào)線、端子盒進(jìn)行檢查，必要時(shí)進(jìn)行更換，保證設(shè)備的可靠性。

4.2 邏輯上的優(yōu)化

當(dāng)調(diào)門(mén)出現(xiàn)閥位跳變時(shí)，若閥位是從由大開(kāi)度跳至小開(kāi)度，則對(duì)快關(guān)邏輯無(wú)影響，而當(dāng)閥位是從由小開(kāi)度跳至大開(kāi)度，則有可能觸發(fā)快關(guān)保護(hù)動(dòng)作。從運(yùn)行角度來(lái)說(shuō)，當(dāng)調(diào)門(mén)反饋出現(xiàn)異常時(shí)，不希望發(fā)生調(diào)門(mén)快關(guān)動(dòng)作，盡量維持當(dāng)前工況穩(wěn)定，安排檢查處理。

以超高壓調(diào)門(mén)為例，表3列舉了各種典型工況下流量與偏差情況的相關(guān)數(shù)據(jù)。從工況1～4可以看出，在正常負(fù)荷段，穩(wěn)定狀態(tài)下，即使發(fā)生LVDT故障也不致于觸發(fā)偏差25%條件。工況5為并網(wǎng)后帶初負(fù)荷階段，該階段僅是啟動(dòng)過(guò)程中暫態(tài)，發(fā)生LVDT故障的影響較小且即使故障對(duì)系統(tǒng)及機(jī)組影響不大，故不做考慮。

表3 各種典型工況下超高壓調(diào)門(mén)流量與偏差情況

隨著調(diào)頻、調(diào)峰市場(chǎng)要求越來(lái)越高，工況6、工況7出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高，該狀態(tài)下若發(fā)生閥位跳變，則有可能發(fā)生調(diào)門(mén)快關(guān)。故而根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況，將快關(guān)觸發(fā)條件中調(diào)門(mén)流量指令與進(jìn)汽流量反饋值＞25%調(diào)整為＞32%將有效避免風(fēng)險(xiǎn)。

由于高壓、中壓調(diào)門(mén)在200MW以上負(fù)荷，基本處于全開(kāi)狀態(tài)下，不再參與進(jìn)汽流量調(diào)節(jié)，故而當(dāng)調(diào)門(mén)發(fā)生故障，對(duì)快關(guān)保護(hù)無(wú)影響。

4.3 其他調(diào)節(jié)上控制

（1）鑒于案例事件，在快速加負(fù)荷，機(jī)組處于欠壓狀態(tài)時(shí)加強(qiáng)壓力的控制，負(fù)荷/壓力偏差值不要長(zhǎng)時(shí)間處于接近狀態(tài)，以免負(fù)荷/壓力回路頻繁激活，使得OSB取值短時(shí)間頻繁切換，發(fā)生OSB輸出異常下降。

（2）在運(yùn)行中當(dāng)閥位反饋異常時(shí)，應(yīng)盡量維持負(fù)荷工況穩(wěn)定，保證OSB輸出＞76%，另外可考慮將對(duì)應(yīng)快關(guān)保護(hù)強(qiáng)制，盡快安排檢查排除故障。

5 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生汽輪機(jī)調(diào)門(mén)快關(guān)后不可控因素較多，極易引起非停事件，對(duì)系統(tǒng)和機(jī)組本身帶來(lái)較大的沖擊。本文結(jié)合某廠非停案例對(duì)上汽汽輪機(jī)調(diào)門(mén)快關(guān)保護(hù)進(jìn)行了誘因分析，并提出了控制防范措施，對(duì)提高快關(guān)保護(hù)動(dòng)作可靠性也一定參考意義。