Ovation系統(tǒng)VP卡件可靠性研究及預(yù)控措施

張海衛(wèi)，周超泉，郭 勇，林逢春，陳榮義，陳長和，趙德虎

（浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325600）

0 引言

某電廠8號機(jī)組為660MW的超超臨界發(fā)電機(jī)組，于2016年11月投產(chǎn)。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的660MW超超臨界、中間再熱式、四缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)，采用高壓抗燃油型數(shù)字式電液調(diào)節(jié)（DEH），其控制系統(tǒng)采用了艾默生過程控制公司（原西屋公司）最新一代DEH控制系統(tǒng)OVATION，電子設(shè)備采用了上海艾默生公司同版本的OVATION系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)采用了上海輪機(jī)控制工程有限公司成套的高壓抗燃油裝置。汽輪機(jī)共有9只汽閥，它們分別是左右兩只高壓主汽閥（TV），兩只高壓調(diào)節(jié)汽閥（GV），左右兩只中壓主汽閥（RSV），及兩只中壓調(diào)節(jié)汽閥（IV），另外還有1只補(bǔ)汽閥。每只汽閥都有各自獨(dú)立的控制裝置。如圖1所示。

VP卡件在DEH OVATION控制器和電動(dòng)液壓伺服閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間提供了一個(gè)接口，VP卡件產(chǎn)生冗余的輸出信號以驅(qū)動(dòng)電液伺服閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)線圈，通過位移傳感器收集閥門的位置反饋信號并返回給VP卡件的輸入模塊，使之與閥位指令保持相等，形成閉環(huán)控制。

圖1 VP卡件工作原理圖Fig.1 Working principle diagram of VP cards

1 故障現(xiàn)象及分析

1.1 中壓調(diào)門伺服線圈短路故障

8號機(jī)組主機(jī)#1中壓調(diào)門IV1_A(SLOT1.1.6)VP卡件處于備用狀態(tài)，IV1_B(SLOT1.2.3)VP卡件處于工作狀態(tài)，備卡IV1_A伺服線圈出現(xiàn)短路報(bào)警、反饋故障、壞質(zhì)量報(bào)警，線圈電壓為0V（工作主卡IV1_B輸出伺服線圈電壓為-2.166V），表明IV1_A卡件伺服指令回路故障，#1中壓調(diào)門控制指令回路失去備用，影響機(jī)組安全運(yùn)行。經(jīng)排查為IV1_A卡件損壞，更換VP卡件后恢復(fù)正常。

1.2 高壓調(diào)門備用VP卡件故障

8號機(jī)組主機(jī)#2高壓調(diào)門GV2主VP卡件處于工作狀態(tài)，GV2備用VP卡件所有指示燈熄滅，主VP卡件線圈電壓為-0.9V，閥位顯示27%。確定GV2備用VP卡件故障，#2高壓調(diào)門控制指令回路失去備用，影響機(jī)組安全運(yùn)行。經(jīng)排查為GV2備用VP卡件故障失電，更換VP卡件后恢復(fù)正常。

1.3 高壓調(diào)門反饋異常

8號機(jī)組主機(jī)#1高壓調(diào)門GV1第二路反饋異常。查看DEH畫面和歷史曲線，發(fā)現(xiàn)GV1第二路反饋?zhàn)兂梢粭l直線，指令線圈電壓為0V。GV1調(diào)門參數(shù)調(diào)試畫面第二路報(bào)反饋故障、第二路線圈報(bào)短路故障，GV1第一路指令和反饋正常，現(xiàn)場查看該閥門沒有異常。到電子室查看GV1的VP卡件狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)GV1副卡SERVO OK燈不亮（正常應(yīng)該綠燈長亮），LVDT反饋燈不亮（正常應(yīng)該紅燈常亮）。儀控人員測量了第二路反饋電壓，電壓顯示異常。隨后，8號機(jī)組GV1第二路反饋由原來的一條直線變成跳變，第一路反饋也出現(xiàn)異常，GV1調(diào)門自動(dòng)關(guān)閉，反饋為3%。檢查歷史趨勢發(fā)現(xiàn)GV1的主卡出現(xiàn)反饋與指令偏差大故障，發(fā)生VP卡件主、輔切換，并且主卡、副卡兩塊卡件都報(bào)故障。

VP卡件是調(diào)門控制卡，不管調(diào)門處于自動(dòng)還是手動(dòng)狀態(tài)，調(diào)門控制指令均由VP卡件發(fā)出。能引起調(diào)門關(guān)閉的因素主要有：調(diào)門的SHUTDOWN指令誤發(fā)、信號屏蔽問題導(dǎo)致信號傳輸故障、VP卡件本身或者IO總線通訊故障，伺服閥本身故障。查看歷史趨勢顯示分析，沒有發(fā)現(xiàn)DEH發(fā)出強(qiáng)關(guān)指令；沒有發(fā)現(xiàn)DEH有異常信號送出；DEH一次調(diào)頻未動(dòng)作；觀察機(jī)柜中VP卡的狀態(tài)燈，有故障指示。根據(jù)VP卡件工作燈狀態(tài)（OK燈不亮）、LVDT反饋故障指示燈亮，DEH畫面顯示調(diào)門的卡件狀態(tài)為閥門報(bào)致命故障及線圈回路故障。初步判斷故障的原因可能有調(diào)門的VP卡件硬件故障、LVDT反饋?zhàn)兯推鞴收?、伺服閥指令電纜問題導(dǎo)致信號傳輸故障、伺服閥本身故障或者機(jī)柜內(nèi)反饋信號的隔離器故障。經(jīng)排查為VP卡件（大卡）壞，更換VP卡件并下裝VP卡件固件及參數(shù)后恢復(fù)正常。

2 故障處理（以中壓調(diào)門伺服線圈短路故障處理為例）

1）運(yùn)行人員撤出#8機(jī)組AGC，目標(biāo)負(fù)荷降至380MW穩(wěn)定運(yùn)行。

2）運(yùn)行人員通過閥限設(shè)置，逐步將8號機(jī)組主機(jī)#1中壓調(diào)門（IV1）關(guān)閉至全關(guān)；機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行后，關(guān)閉#1中壓主汽門。

3）運(yùn)行人員關(guān)閉#8機(jī)組EH油至#1中壓主汽門組進(jìn)油閥并掛牌。

4）儀控人員對8號機(jī)組主機(jī)#1中壓調(diào)門IV1_A(SLOT1.1.6)VP卡伺服線圈指令回路進(jìn)行檢查、處理：

①檢查VP卡接線端子是否緊固、輸出電壓是否正確。若接線松動(dòng)，緊固后確認(rèn)VP卡報(bào)警是否消除；若輸出電壓異常，則更換VP卡。儀控人員更換IV1_A(SLOT1.1.6)的VP卡件，并對卡件進(jìn)行固件下載和參數(shù)設(shè)置。更換VP卡件后，故障消除。

②檢查#1中壓調(diào)門就地接線盒內(nèi)接線是否緊固。緊固接線端子，確認(rèn)故障是否消除。

③檢查#1中壓調(diào)門伺服閥航空插頭接插是否牢靠、焊點(diǎn)接觸良好、有無斷線。緊固、重新焊接，必要時(shí)更換航空插頭，確認(rèn)故障是否消除。

④測量伺服閥兩路線圈電阻是否正常、有無接地。若伺服閥線圈損壞，則更換伺服閥，并完成VP卡參數(shù)整定。

5）在故障處理完后，確認(rèn)VP卡伺服線圈短路報(bào)警已消除，VP卡工作正常后，運(yùn)行人員逐步恢復(fù)下述各項(xiàng)安措：

①開啟#8機(jī)組EH油至#1中壓主汽門組進(jìn)油閥。

②開啟#1中壓主汽門。

③通過閥限設(shè)置，逐步開啟8號機(jī)組主機(jī)#1中壓調(diào)門（IV1），最終將閥限恢復(fù)至105%。

④投入機(jī)組AGC。

3 預(yù)控措施及防范

8號機(jī)組為2016年11月投運(yùn)，從2018年7月至2019年6月，便已發(fā)生了三起VP卡件故障，共有4塊VP卡件損壞，其中3塊為反饋故障，1塊為失電。為進(jìn)一步確認(rèn)故障起因，儀控人員對8號機(jī)組DEH系統(tǒng)進(jìn)行了檢查分析，初步得出以下4個(gè)方面導(dǎo)致8號機(jī)組VP卡件故障率較高。

圖2 VP卡分散布置前后對比圖Fig.2 Comparison of VP cards before and after distributed layout

3.1 同一柜內(nèi)VP卡件安裝過于密集

儀控人員檢查發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)機(jī)柜布局時(shí)未考慮到VP卡件散熱情況，導(dǎo)致在同一柜內(nèi)VP卡件安裝過于密集。由于VP卡件發(fā)熱量較大，過于密集的布置導(dǎo)致卡件無法及時(shí)散熱。測量發(fā)現(xiàn)，VP卡件溫度最高處可達(dá)65℃～70℃，超過了VP卡件的正常工作溫度范圍，從而使卡件內(nèi)部電子元器件加速老化，引起卡件穩(wěn)定性下降。

為解決VP卡件散熱問題，儀控人員決定將同一柜內(nèi)VP卡分散布置在其他柜內(nèi)，減少放熱源，增加散熱空間。如圖2所示，左側(cè)為分散布置前VP卡件安裝情況，右側(cè)為分散布置后VP卡件安裝情況。

將VP卡件分散布置后，儀控人員對分散布置后的VP卡件溫度進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)，最高溫度由原先的70℃降低至50℃，溫度大幅降低，散熱效果顯著改善。

3.2 VP卡件自動(dòng)重啟邏輯不完善

儀控人員檢查VP卡件冗余自動(dòng)切換及同步邏輯發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有邏輯中，當(dāng)VP卡件產(chǎn)生報(bào)警或切換至備卡時(shí)，VP卡件需手動(dòng)RERAM后才能恢復(fù)至備用狀態(tài)，導(dǎo)致卡件出現(xiàn)單卡運(yùn)行沒有備用的情況發(fā)生，影響機(jī)組安全，如圖3所示。

為解決VP卡件在出現(xiàn)報(bào)警或者切換時(shí)失去冗余的情況，對VP卡件自動(dòng)重啟邏輯進(jìn)行了修改并增加了相應(yīng)的報(bào)警邏輯，如圖4所示。當(dāng)VP卡件出現(xiàn)異常時(shí)發(fā)出報(bào)警，并在大屏上顯示。

邏輯修改完成后，儀控人員通過聯(lián)鎖試驗(yàn)檢查VP卡件實(shí)際動(dòng)作情況，在進(jìn)行VP卡件主副卡件切換重啟試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)VP卡件正常切換時(shí)自動(dòng)重啟，始終保持冗余配置，大大提高了機(jī)組安全。

圖3 修改前VP卡件報(bào)警邏輯Fig.3 VP cards alarm logic before modification

圖4 修改后VP卡件報(bào)警邏輯Fig.4 VP cards alarm logic after modification

3.3 部分VP卡性能不完善

儀控人員在對照了發(fā)生故障的4塊VP卡件的版本號后發(fā)現(xiàn)，4塊故障卡件版本號均為Rev49版本。其他未出現(xiàn)故障的版本號非Rev51，因此初步判斷版本號為Rev49的VP卡件存在一定性能不穩(wěn)定。通過排查，將所有版本號為Rev49的VP卡件更換為版本號為Rev51的VP卡件。更換后，至今未出現(xiàn)異常情況。

3.4 VP卡件參數(shù)設(shè)置不合理

儀控人員在調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，部分VP卡件內(nèi)部參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致VP卡報(bào)警頻繁發(fā)生，統(tǒng)計(jì)4臺機(jī)組VP卡件報(bào)警次數(shù)見表1。當(dāng)前參數(shù)設(shè)置為CONTINGENCY PCT（指令與反饋偏差限值）=1，POS ERR DELTA（位置偏差限值）=1，導(dǎo)致VP卡頻繁報(bào)警。

通過排查，檢查所有VP卡件內(nèi)部參數(shù)設(shè)置是否合理，并修改相應(yīng)參數(shù)。如圖5所示，使其在滿足相關(guān)規(guī)程要求的情況下，盡可能降低報(bào)警的頻次。

表1 VP卡件故障統(tǒng)計(jì)Table 1 VP cards failure statistics

圖5 VP卡件內(nèi)部參數(shù)Fig.5 Internal parameters of VP cards

4 結(jié)語

本文結(jié)合某電廠8#機(jī)組最近一年發(fā)生的三起VP卡件異常報(bào)警事件的起因、處理過程以及預(yù)控措施，提出了在VP卡件故障時(shí)的處理和分析方法。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果制定完善各類卡件在線更換的標(biāo)準(zhǔn)操作卡；對于試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的不能在線更換卡件，要考慮設(shè)備優(yōu)化的可能性；確實(shí)無法在線更換的要做好設(shè)備壽命管理，根據(jù)故障情況合理確定更換周期。