劉 巖，劉耀奇，趙洪健，蔣 維

（寧夏棗泉發(fā)電有限責任公司，銀川 750409）

浙能寧夏棗泉電廠一期2×660MW超超臨界燃煤機組采用上海汽輪機廠制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、凝汽式間接空冷汽輪機，型號為NJK660-27/600 /610。該汽輪機設計兩個高壓主汽門、兩個高壓調門以及兩個中壓主汽門、兩個中壓主汽門和一個補氣閥。每個進汽門均設置單支LVDT傳感器，閥位反饋信號通過電纜傳送至DEH控制系統(tǒng)。單元機組DEH和MEH系統(tǒng)采用艾默生公司的Ovation 3.5.1控制系統(tǒng)，主要作用是實現對汽輪發(fā)電機組轉速和負荷的控制。系統(tǒng)設置VP卡（閥門控制卡），用于接收并計算處理閥位反饋信號[1]。

1 DEH系統(tǒng)概述

汽輪機組的轉速和負荷是通過改變主汽閥和調節(jié)汽閥的位置來控制的。汽輪機控制系統(tǒng)（DEH）將要求的閥位信號送至伺服油動機，并通過伺服油動機控制閥門的開度來改變進汽量。DEH接收來自汽輪機組的反饋信號（轉速、功率、主汽壓力等）及運行人員的指令，進行計算，發(fā)出輸出信號至伺服油動機。DEH系統(tǒng)主要由DEH控制柜、操作員接口、伺服油動機等組成。DEH控制系統(tǒng)的主要任務是控制通過汽輪機調節(jié)閥（CONTROL VALVE）的蒸汽流量。根據運行要求，DEH 在不同情況下的控制對象有汽輪機轉速、負荷、主汽閥前蒸汽壓力等[2]。DEH是冗余的數字式控制系統(tǒng)。轉速、負荷、主蒸汽壓力等信號通過三取二進入主控制器，輸出的閥位控制信號經放大后送到電液油動機，控制汽輪機調節(jié)閥的開度位置。

2 改造前存在的問題及在線更換LVDT安全措施

2.1 改造前信號傳輸情況

汽輪機的高、中壓調閥的閥位傳感器（LVDT）出廠配置為單個閥位傳感器，閥位信號送到DEH機柜后，再經過一分二信號分配器分兩路送VP卡，如圖1所示。實際信號并非全程冗余，并且由于高、中壓調閥的閥位信號在DEH中是作為汽機調閥的流量反饋，一旦LVDT反饋信號出現問題或流量指令比較兩者偏差大于25%時，會觸發(fā)該側調閥快關，造成汽機單側進氣。

2.2 LVDT故障導致高壓調閥異常關閉

2018年2月3日07時24分18秒， #1高壓調閥快關信號20FD1R-SGFD1-F觸發(fā)，導致#1高壓調閥的兩個快關電磁閥失電，調閥快速關閉，機組負荷由464MW瞬間降低至258MW。同時，20FD1R-STFD1R觸發(fā)將調閥指令切至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，#2機#1與#2高壓調閥DCS反饋偏差大，#1高壓調閥DCS顯示反饋24.3%，#2高壓調閥DCS顯示反饋60.42%，就地檢查機械指示兩側偏差30%左右，邏輯中20FD1R-SGFD1-F的觸發(fā)條件，AND模塊輸入端3個開關量在機組正常運行時，C21（反饋大于3%延時1s斷開）和#1高壓調閥未進行ATT試驗、快關電磁閥未動作、反饋未故障三者取或后再取反條件均為1，只有C20（流量指令與兩個反饋信號取大后換算出的開度之差大于25%）出1才會觸發(fā)該信號，故判斷當時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信號并未被記錄到。查看歷史數據#1高壓調閥快關前流量指令為60.42%，#1高壓調閥快關動作前反饋大選后為24.3%，利用插值法經f（x）換算#1高壓調閥反饋大選后應大于29.1%，此數據經過仿真機組態(tài)試驗驗證，兩者的偏差滿足C20動作條件，所以此次#1高壓調閥快關的原因是LVDT輸出電流波動導致#1高壓調閥保護信號C20觸發(fā)，進而閥門快關動作。

2.3 #1高壓調閥LVDT在線更換采取的安全措施

1）負荷降至400MW以下，保持負荷穩(wěn)定。

2）運行人員通過設置調閥閥限，逐步關小調閥至全關，就地確認閥門機械位置實際已關閉，將調閥的閥限設置為-5%。

3）操作主汽閥快關電磁閥使主汽閥快關電磁閥失電、方向閥得電，關閉主汽閥，開啟主汽閥前疏水氣動閥。

4）關閉主汽閥組EH油進油閥，并懸掛“禁止操作，有人工作”警告牌。

5）為防止LVDT拆接線時，閥門反饋劇烈跳變引起DEH邏輯中聯鎖保護動作，在主汽閥、調閥全關后，強制調閥反饋信號為當前值。

6）強制調閥快關動作信號C20為0。

3 冗余LVDT改造

3.1 改造實施的技術措施

改造后信號分配情況：汽輪機高、中壓調門各增加一支LVDT傳感器，實現每個調門均配置兩支 LVDT 傳感器，保證LVDT傳感器與VP卡傳輸信號一一對應，實現完全的冗余配置[2]。改造前，LVDT信號傳輸實際布線方式為現場調閥位移信號（接線盒編號：MAA12GA001）經過LVDT測量之后，作為信號分配器SC1的Input。SC1將4mA～20mA閥門反饋信號分成兩路，分別為Output1、Output2，Output1送至#1高調主閥位卡（VP卡），Output2送至#1高調閥副卡。信號分配器供電電源為直流24V，取自CTRL42/92柜內TB1端子排2T（+）、2B（-）端子?，F修改原DEH機柜中單輸出位移傳感器的接線，刪除DEH 42號機柜內4個位移傳感器信號分配器。將原先供于信號分配器的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直接從調門油動機端子盒內分別接入原先機柜內冗余的VP卡上。新增加的LVDT2信號電源取自信號分配器，反饋信號直接送至冗余VP卡，原LVDT1不再經過信號分配器，直接將反饋信號送至主VP卡。經過改造之后，真正意義上實現了從信號取源、信號傳輸到輸入卡件的一卡一信號冗余配置。

3.2 閥門整定

LVDT反饋裝置更換完成后，需進行閥門全行程試驗，若全開或全關反饋與實際閥位偏差超過2%，則需對閥位反饋進行整定；若偏差未超過2%，則無需整定。具體如下：

1）整定期間運行人員根據調試需要，配合設置調閥閥限至105%。

2）確認調閥C20強制為0，快關電磁閥帶電。

3）進入閥門卡調試畫面，記錄原VP卡參數，進行主卡調試，拔掉備卡。

4）調試畫面右上角REDUNDANT FLAG設為0，TOP CAL POSITION 30000，BOT CAL POSITION設為6000，DEMOD GAIN設為1675， K-SERVO設為45，K-SERVO DB設為20，然后DOWNLOAD TO CARD。

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

6）點擊“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，點擊“UP LOAD FROM CARD”，和畫面一致即可。

8）控制模式切為MAN，做10%階躍試驗；根據趨勢圖調整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）重復步驟4）～步驟8）。

11）主、備卡均調試完畢后，將主備卡都插上，將其REDUNDANT FLAG值均設置為1，分別點擊“DOWNLOAD TO CARD”。

12）對主卡給階躍指令，查看趨勢圖。若不符合要求，應重復步驟3）～步驟11）。

3.3 冗余切換試驗

在系統(tǒng)組態(tài)工作及閥門標定完成后，進行冗余擾動切換試驗，以驗證主汽門控制雙VP 卡、雙LVDT冗余改造后控制性能滿足汽輪機閥門控制標準[3]。VP卡冗余測試：兩卡運行，給40%指令；在電子間將主卡指令線解掉其中一根B14+，此時主備卡無擾切換，原PRIORITY狀態(tài)下的VP卡自動進入NORMAL&BACKUP/DISARMED，調試畫面中REDUNDANT SETTING中顯示PARTNER FAILED；恢復接線，對照趨勢圖反饋應無明顯波動，然后再將備卡指令線拆掉B14+，然后恢復，觀察到的現象應和主卡試驗時一樣；40%指令不變，在電子間將主卡反饋線解掉其中一根B10+，此時主備卡應無擾切換，原PRIMARY狀態(tài)下的VP卡自動進入NORMAL&BACKUP/DISARMED，ONBOARD CONTINGENCY顯示為FEEDBACK“A”TROUBLE；恢復接線，對照趨勢圖閥門開度應無明顯波動，然后再將備卡（此時應該顯示為主卡）反饋線拆掉，然后恢復，觀察到的現象應和主卡試驗時一樣。

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導致設備異常事件的發(fā)生，本次LVDT改造還進行了DEH/ETS系統(tǒng)電源可靠性改造，對插拔式無固定措施的跨接片增加冗余配置，如：在F21與F22開關1號觸點備用插孔處增加一個短接插片，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，導致并接在一起的接線松動情況的發(fā)生。同時#1機組汽輪機主保護ETS機柜內跳閘繼電器K02、K04、K06供電回路也存在該問題，跳閘繼電器只有一路進線，未采用直流環(huán)形連接，存在重大隱患，該電源線松動將會導致機組跳閘。為防止異常情況發(fā)生，現已在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)形連接的方式進行供電，這樣大大減小了回路中任意端子松動的影響。#1機組ETS控制柜內汽輪機高中壓主汽閥、調閥快關電磁閥供電端子排X03-9與X03-10為單路進線，該進線端子若出現松動則會導致ETS動作、機組跳閘?，F已為端子排X03-9與X03-10各增加一路電源進線，采用兩路同時供電的方式，大大提高了設備可靠性。為了提高預警，本次還將D41空開報警和集控停機按鈕、機頭停機按鈕報警點，以及磁致伸縮電源監(jiān)視增加到大屏報警，便于監(jiān)視。

4 日常維護措施

汽輪機調門波動的原因主要有：LVDT線圈絕緣不好、信號傳輸電纜屏蔽不合格、LVDT固定架松動以及信號傳輸電纜接線松動等，導致閥門反饋信號波動[4]。因此，在日常維護中要加強相關方面問題的排查，具體如下：

1）定期組織巡檢并對汽輪機各個調閥相關參數進行記錄，比如閥門開度、VP卡輸出電壓等，通過歷史趨勢進行分析判斷，發(fā)現問題及早處理，防止事故進一步擴大。

2）油動機屬于高溫、高振動區(qū)域，因此要加強對油動機巡檢力度。結合曲線分析LVDT動作情況以及是否存在信號波動，同時利用機組停機時對LVDT進行絕緣檢查，不合格直接更換，降低在線更換的安全風險。

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

4）定期對EH進行檢驗，保證EH油品質合格，并定期對伺服閥前濾網進行清洗，防止伺服閥卡澀情況的發(fā)生。

5 結論

本文對上汽西門子機型DEH系統(tǒng)調門故障原因進行分析，并提出本解決辦法及日常維護措施，為其他同類型機組提供經驗參考。通過對汽輪機高、中壓調閥雙LVDT改造，大大提高了高、中壓調閥閥位信號的可靠性，降低了因單只LVDT故障導致調門異常關閉的可能性，提高了DEH系統(tǒng)安全性。同時，還發(fā)現了DEH/ETS系統(tǒng)電源存在的隱患并利用本次改造機會完成了#1機組DEH/ETS系統(tǒng)電源可靠性改造，采用環(huán)形連接的方式進行供電，這樣大大減小了回路中任意端子松動的影響。