謝晨宇，夏鵬遠(yuǎn)

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

西門子體系汽輪機(jī)組控制理念、邏輯功能實(shí)現(xiàn)具有鮮明特點(diǎn)。通過借鑒同類型機(jī)組調(diào)門快關(guān)導(dǎo)致跳機(jī)案例以及總結(jié)分析某廠二期兩臺機(jī)組運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)一些主汽調(diào)門快關(guān)邏輯上存在著優(yōu)化的空間。結(jié)合實(shí)際情況，對相關(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。在此過程中由于機(jī)組運(yùn)行工況的微小波動，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、中壓調(diào)門實(shí)際閥位仍處于全開，滿足了高調(diào)閥流量指令與閥位反饋對應(yīng)的流量偏差大于25%的條件，所有調(diào)門快關(guān)保護(hù)動作，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動作條件，延時(shí)80ms觸發(fā)短甩負(fù)荷(KU)指令（150ms脈沖）。閥門關(guān)閉后實(shí)際壓力上升，OSB輸出上升到25%，閥門開啟9.7%，負(fù)荷上升到66MW，未超過104MW。因KU動作條件2S內(nèi)未消失，觸發(fā)長甩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)門快關(guān)保護(hù)，高中壓調(diào)門全部關(guān)閉，延遲10s后觸發(fā)再熱器保護(hù)動作，鍋爐MFT。

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

2 快關(guān)邏輯介紹

汽輪機(jī)調(diào)門快關(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，防止發(fā)生汽輪機(jī)超速[1]。

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

西門子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），通過第一次函數(shù)轉(zhuǎn)換將OSB值變?yōu)槌邏?、高壓、中壓調(diào)門流量指令（分別用OSFD、OSAF2、OSAF3表示）。汽輪機(jī)調(diào)門閥位由現(xiàn)場安裝的線性位移傳感器（LVDT）通過模數(shù)轉(zhuǎn)化而來，根據(jù)閥位反饋（GV）以一個(gè)折線函數(shù)計(jì)算出對應(yīng)的進(jìn)汽流量反饋值（超高壓、高壓、中壓調(diào)門進(jìn)汽流量反饋分別用OFD、OAF2、OAF3表示）。調(diào)門偏差大核心就是在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，比較調(diào)門流量指令與進(jìn)汽流量反饋值大小，當(dāng)偏差大于25%時(shí)，就會觸發(fā)調(diào)門快關(guān)，快關(guān)動作時(shí)，伺服閥輸出最大負(fù)電流，使快速關(guān)閉。

圖1 上汽DEH操作畫面

2.1 超高壓調(diào)門快關(guān)邏輯計(jì)算值

超高壓調(diào)門流量指令OSFD=OSB

超高壓調(diào)門進(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)門閥位與進(jìn)汽流量反饋值函數(shù)關(guān)系

2.2 高壓調(diào)門快關(guān)邏輯計(jì)算值

高壓調(diào)門流量指令OSAF2=OSB/0.7。

高壓調(diào)門進(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)門閥位異常引起HFD偏離正常值；②OSB輸出波動大引起OSFD偏離正常值。

（1）閥位反饋異常。從閥位的測量、傳輸、計(jì)算來看，大致原因可歸納為：①線路接觸不良。調(diào)門反饋LVDT傳感器信號線在各中間端子箱傳動過程中由于螺絲沒有擰緊或是由于現(xiàn)場振動大造成線路松動，使反饋信號出現(xiàn)波動；②調(diào)門反饋LVDT就地抖動大。固定LVDT的螺絲沒有擰緊或在螺絲沒有擰緊時(shí)，由于機(jī)組低負(fù)荷時(shí)振動較大，造成LVDT實(shí)際抖動大，引起信號波動；③高壓調(diào)門反饋LVDT傳感器故障。LVDT線圈故障，引起信號突變，導(dǎo)致觸發(fā)調(diào)門快關(guān)信號[2]。

（2）OSB輸出波動大。結(jié)合案例，該機(jī)組在加負(fù)荷過程中，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，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100%對應(yīng)狀態(tài)，故觸發(fā)調(diào)門快關(guān)。

4 應(yīng)對措施

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，尤其對于二次再熱機(jī)組沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)初期，由于進(jìn)汽量少易造成調(diào)門產(chǎn)生汽流激振，引起調(diào)門油動機(jī)振動大，故要在特殊工況下，加強(qiáng)機(jī)組參數(shù)調(diào)整，避免在此類工況停留較長時(shí)間。

（2）加強(qiáng)日常巡視。定期對LVDT裝置進(jìn)行檢查，重點(diǎn)查有無松動的現(xiàn)象，若有及時(shí)采取緊固措施。運(yùn)行中關(guān)注對調(diào)門反饋?zhàn)兓?，出現(xiàn)非線性的波動或小幅調(diào)動的，應(yīng)及時(shí)安排檢查，排查端子接線有無松動、LVDT固定螺絲有無松動的情況。

（3）做好停機(jī)后維護(hù)。利用機(jī)組檢修機(jī)會，對LVDT傳感器、信號線、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)門出現(xiàn)閥位跳變時(shí)，若閥位是從由大開度跳至小開度，則對快關(guān)邏輯無影響，而當(dāng)閥位是從由小開度跳至大開度，則有可能觸發(fā)快關(guān)保護(hù)動作。從運(yùn)行角度來說，當(dāng)調(diào)門反饋出現(xiàn)異常時(shí)，不希望發(fā)生調(diào)門快關(guān)動作，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，該階段僅是啟動過程中暫態(tài)，發(fā)生LVDT故障的影響較小且即使故障對系統(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)門流量與偏差情況

隨著調(diào)頻、調(diào)峰市場要求越來越高，工況6、工況7出現(xiàn)的頻率越來越高，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)門在200MW以上負(fù)荷，基本處于全開狀態(tài)下，不再參與進(jìn)汽流量調(diào)節(jié)，故而當(dāng)調(diào)門發(fā)生故障，對快關(guān)保護(hù)無影響。

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

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