李庭瑜

（國(guó)能錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 神木 719300）

引言

近年來，隨著超臨界、超超臨界火電機(jī)組的不斷發(fā)展，汽動(dòng)給水泵、空預(yù)器、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)等重要輔機(jī)設(shè)備逐步采用單系列配置，同時(shí)對(duì)輔機(jī)設(shè)備自身的、控制的可靠性和穩(wěn)定性要求越來越高，任一輔機(jī)故障停運(yùn)將直接導(dǎo)致機(jī)組非停。因此，本文通過對(duì)某火電廠小汽輪機(jī)的主汽、補(bǔ)汽調(diào)閥冗余控制回路的成功改造，對(duì)其冗余控制理念和實(shí)施方案進(jìn)行簡(jiǎn)單剖析。

某火電廠汽動(dòng)給水泵為單臺(tái)100%容量配置，小汽輪機(jī)的主汽、補(bǔ)汽調(diào)門為單伺服閥（G761伺服閥）控制，運(yùn)行中如果小汽輪機(jī)主調(diào)節(jié)汽閥的伺服閥等設(shè)備出現(xiàn)故障，很可能造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大的安全隱患。保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，通過對(duì)同類設(shè)備調(diào)研和廠家指導(dǎo)意見，提出小機(jī)主汽、補(bǔ)汽調(diào)閥冗余控制改造方案。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某火電廠5號(hào)、6號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的高效超超臨界、一次中間再熱、三缸兩排汽、直接空冷汽輪機(jī)，型號(hào)為：NZK660-28/600/620。鍋爐為上海鍋爐有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為：SG-2060/29.3-M6021，超超臨界變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、鍋爐采用緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架和全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的三相、全封閉、同步發(fā)電機(jī)，采用水氫氫冷卻方式及自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，型號(hào)為QFSN-660-2。

汽動(dòng)給水泵、空預(yù)器、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)等重要輔機(jī)采用單系列配置。給水泵汽輪機(jī)為杭州汽輪機(jī)股份有限公司，型號(hào)WK63/71，汽動(dòng)給水泵為蘇爾壽，型號(hào)HPT400-420-6S。

汽動(dòng)給水泵為單臺(tái)100%容量配置，小汽輪機(jī)的主汽、補(bǔ)汽調(diào)閥為單伺服閥（G761伺服閥）控制，運(yùn)行中小汽輪機(jī)主汽調(diào)閥的伺服閥等設(shè)備出現(xiàn)故障，小機(jī)停運(yùn)造成鍋爐斷水，最終導(dǎo)致機(jī)組非停，給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大的安全隱患。

原小汽輪機(jī)主汽、補(bǔ)汽調(diào)閥油路的控制采用單伺服閥（MOOG G761）控制，其系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 原小汽輪機(jī)主汽、補(bǔ)汽調(diào)閥油路系統(tǒng)圖

其中，主汽調(diào)閥的伺服閥（MOOG G761）控制油路發(fā)生故障，無法隔離后進(jìn)行處理，就必須停小汽輪機(jī)后檢查或更換處理，將直接導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。

2 調(diào)閥油路及控制回路改造

針對(duì)以上存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，提出對(duì)小汽輪機(jī)主汽、補(bǔ)汽調(diào)閥油路的冗余控制，來提升主汽調(diào)閥和補(bǔ)汽調(diào)閥控制的可靠性[1]。

首先，將原小汽輪機(jī)主汽、補(bǔ)汽調(diào)閥油路及伺服閥進(jìn)行冗余改造，油路增加一路改為雙路，將原單路伺服閥（MOOG G761）改為直動(dòng)式伺服閥（MOOG D633）（以下簡(jiǎn)稱DDV閥），其中，MOOG D633電液轉(zhuǎn)換器為德國(guó)MOOG公司的一種直接驅(qū)動(dòng)式電液伺服閥（DDV閥），它是傳統(tǒng)的噴咀檔板式MOOG閥的換代產(chǎn)品，該型伺服閥具有以下特點(diǎn)：

1）采用高能永磁直線力馬達(dá)，自帶功放，具有強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，可直接驅(qū)動(dòng)控制滑閥。

2）取消了噴咀擋板式前置液壓放大器，解決了由此引起的伺服閥卡澀問題，大大提高抗污染能力和工作可靠性。

3）具有高分辨率、低滯環(huán)、高控制精度。

4）動(dòng)態(tài)特性與供油壓力無關(guān)，能適應(yīng)不同油源壓力的電液控制系統(tǒng)。

通過在每一油路環(huán)節(jié)上同時(shí)安裝一個(gè)DDV閥和一個(gè)隔離電磁閥，來控制調(diào)閥油動(dòng)機(jī)。改造后冗余系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 改造后的單路油路系統(tǒng)示意圖

改造后小汽輪機(jī)主汽、補(bǔ)汽調(diào)閥油路及控制回路采用冗余配置，可以實(shí)現(xiàn)一主一備或兩路冗余控制。

其次，在原調(diào)閥控制系統(tǒng)回路中增加冗余伺服閥驅(qū)動(dòng)卡（SV卡）配置，同時(shí)根據(jù)冗余方式的不同SV卡的接線方式和參數(shù)設(shè)置不同。

一主一備控制方式時(shí)，圖3中兩塊SV卡接線方式，兩塊SV卡均接受來自給水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)指令，主SV卡指令輸出去控制所帶DDV閥調(diào)節(jié)油動(dòng)機(jī)開度，但備用SV卡接受指令后不輸出，所以所帶DDV閥不動(dòng)作、不參與調(diào)閥油動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)。備用SV卡只有切為主SV卡后，才能輸出指令去控制所帶DDV閥，參與調(diào)閥油動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)。

圖3 一主一備控制方式時(shí)兩塊SV卡接線方式

兩路冗余控制方式時(shí)，兩塊SV卡獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)接受來自給水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)指令，兩路SV卡均輸出相同的指令去控制各自所帶的DDV閥，同時(shí)控制調(diào)閥油動(dòng)機(jī)的開度[2]。

另外，冗余回路中每個(gè)DDV閥配置了一個(gè)隔離電磁閥，用來切除DDV閥故障后油路的快速隔離。還有，冗余回路中每路DDV閥和隔離電磁閥油管路中的前、后各手動(dòng)隔離門，是運(yùn)行中檢修故障的DDV閥或隔離電磁閥時(shí)油路隔離使用。

3 改造后的控制邏輯

冗余獨(dú)立雙通道液壓油路系統(tǒng)改造完畢后，無論采用一主一備或兩路冗余控制方式，都必須重新修改控制邏輯和增加切換畫面，提供給運(yùn)行人員操作和監(jiān)視，下面簡(jiǎn)單介紹冗余伺服閥切換控制邏輯。

首先，兩路冗余控制方式比較簡(jiǎn)單，任一路SV卡和DDV閥工作正常，就能確保調(diào)閥油動(dòng)機(jī)動(dòng)作正常。油動(dòng)機(jī)位置控制為純比例環(huán)節(jié)，伺服閥控制信號(hào)輸出為：OUT=比例×（指令-反饋）+偏置。兩個(gè)SV卡接受相同的指令，再同時(shí)送給各自油路中控制的DDV閥。SV卡及DDV閥在經(jīng)過對(duì)油動(dòng)機(jī)整定后，SV卡上的比例系數(shù)和偏置，基本相同，所以兩個(gè)DDV閥可以同時(shí)輸出控制一個(gè)油動(dòng)機(jī)。其中，任一路SV卡或DDV閥發(fā)生故障時(shí)，油動(dòng)機(jī)控制均能無擾運(yùn)行。同時(shí)，經(jīng)過邏輯判斷將發(fā)生故障一路中的隔離電磁閥快速帶電關(guān)閉，退出該路SV卡和DDV閥控制。其次，一主一備控制方式較為復(fù)雜，需要準(zhǔn)確判斷主、備切換條件。另外，主路故障切換為備用時(shí)存在較小的擾動(dòng)，但基本不影響給水控制的調(diào)節(jié)。

3.1 主、備故障切換條件判斷

SV卡在帶電后，先恢復(fù)正常的SV卡為主卡，另外一路SV卡自動(dòng)備用，通過通訊方式進(jìn)行自動(dòng)辨別主卡、備卡，并在DCS畫面中進(jìn)行顯示。

當(dāng)主路SV卡或DDV閥發(fā)生故障時(shí)，通過對(duì)一些參數(shù)異常變化的判斷，邏輯中自動(dòng)進(jìn)行主、備SV卡切換，同時(shí)該路隔離電磁閥帶電將油路隔離，主SV卡退出控制狀態(tài)，切換至備用狀態(tài)禁止指令輸出。

以下主要參數(shù)異?；蚬收蠒r(shí)，主、備SV卡進(jìn)行自動(dòng)切換，包括：一是主SV卡DP通訊故障；二是主SV卡伺服通道故障；三是主SV卡兩路油動(dòng)機(jī)行程反饋（LVDT信號(hào)）均故障；四是SV卡輸出指令及LVDT反饋偏差大于5%，切換至備用卡件，2 s內(nèi)偏差不大于10%，卡件保持當(dāng)前主備狀態(tài)；五是SV卡輸出指令與DDV閥閥芯反饋偏差大；另外，運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，也可以選擇手動(dòng)進(jìn)行主、備SV卡切換[3]。

3.2 隔離電磁閥的邏輯控制

冗余改造油路中新增的隔離電磁閥，是在該油路中SV卡或DDV閥發(fā)生故障時(shí)，邏輯判斷使其帶電隔離該油路通道。其邏輯控制包括：一是小機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下并且當(dāng)前隔離電磁閥對(duì)應(yīng)SV卡為主卡時(shí)，發(fā)生SV卡控制回路故障或者調(diào)門指令和反饋偏差大于5%時(shí)，電磁閥得電動(dòng)作；二是 在當(dāng)前伺服卡由備卡切換至主卡時(shí)，已備用隔離電磁閥同時(shí)接受失電指令，快速保持油路暢通；三是 在當(dāng)前伺服卡由主卡切換至備卡時(shí)，主卡回路隔離電磁閥同時(shí)接受帶電指令，確保油路快速、可靠切除；四是 在小機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)前伺服卡由主卡時(shí)，主卡回路中的隔離電磁閥不能帶電；另外，運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，可以選擇手動(dòng)進(jìn)行備卡油路隔離電磁閥操作。

3.3 主卡、備卡切換操作畫面

在切卡畫面上，可以實(shí)時(shí)看到主卡、備卡，可以邏輯判斷后自動(dòng)切換，也可以提供運(yùn)行人員手動(dòng)操作帶電進(jìn)行隔離。

3.4 一主一備冗余改造后驗(yàn)收試驗(yàn)

1）其中一個(gè)SV卡斷電，對(duì)應(yīng)的截至電磁閥得電，油動(dòng)機(jī)擾動(dòng)小于1%；

2）其中一個(gè)SV卡DP通訊中斷，對(duì)應(yīng)的截至電磁閥得電，油動(dòng)機(jī)擾動(dòng)小于1%；

3）其中一個(gè)SV卡有效LVDT反饋斷線，LVDT反饋切換，油動(dòng)機(jī)擾動(dòng)小于1%，截止閥不得電。其中一個(gè)SV卡兩路LVDT反饋全斷線，對(duì)應(yīng)的截止閥得電，動(dòng)機(jī)擾動(dòng)小于1%；

4）其中一個(gè)DDV閥斷電，閥芯反饋故障，對(duì)應(yīng)的截止閥得電；

5）斷開其中一個(gè)DDV閥控制線，當(dāng)閥芯反饋與伺服指令偏差10%，對(duì)應(yīng)的截止閥得電，動(dòng)機(jī)擾動(dòng)小于1%；

6）斷開其中一個(gè)DDV閥控制線，用信號(hào)發(fā)生器給伺服發(fā)指令，模擬DDV閥卡澀，當(dāng)閥芯反饋與伺服指令偏差10%，對(duì)應(yīng)的截止閥得電，油動(dòng)機(jī)擾動(dòng)小于5%。

4 改造后解決問題

油動(dòng)機(jī)采用伺服閥控制，伺服閥對(duì)油質(zhì)的要求很高，一旦伺服閥發(fā)生堵塞，就會(huì)出現(xiàn)停機(jī)事件。因此，改造后對(duì)伺服閥采用兩路冗余控制功能，通過MEH系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠監(jiān)控，依靠控制邏輯的可靠、準(zhǔn)確判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在回路中的故障原因，再通過隔離電磁閥及手動(dòng)截止門的可靠隔離，可以實(shí)現(xiàn)故障伺服閥、伺服卡、濾芯等設(shè)備在線維護(hù)或更換，提高小機(jī)設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著火電機(jī)組重要輔機(jī)設(shè)備逐步采用單系列配置，隨之而來輔機(jī)設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性要求越來越高，本文通過對(duì)某火電廠小汽輪機(jī)的主汽、補(bǔ)汽調(diào)閥冗余控制回路的成功改造，簡(jiǎn)單刨析其冗余控制理念和實(shí)施方案，希望為單系列機(jī)組重要輔機(jī)的可靠控制提供借鑒和參考。