上汽西門子機型機組DEH系統(tǒng)雙LVDT改造淺析

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(shè)計兩個高壓主汽門、兩個高壓調(diào)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(shè)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(xiàn)對汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速和負荷的控制。系統(tǒng)設(shè)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(zhuǎn)速和負荷是通過改變主汽閥和調(diào)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(zhuǎn)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(wù)是控制通過汽輪機調(diào)節(jié)閥（CONTROL VALVE）的蒸汽流量。根據(jù)運行要求，DEH 在不同情況下的控制對象有汽輪機轉(zhuǎn)速、負荷、主汽閥前蒸汽壓力等[2]。DEH是冗余的數(shù)字式控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)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(jīng)放大后送到電液油動機，控制汽輪機調(diào)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(diào)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(jīng)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(diào)閥的閥位信號在DEH中是作為汽機調(diào)閥的流量反饋，一旦LVDT反饋信號出現(xiàn)問題或流量指令比較兩者偏差大于25%時，會觸發(fā)該側(cè)調(diào)閥快關(guān)，造成汽機單側(cè)進氣。

2.2 LVDT故障導致高壓調(diào)閥異常關(guān)閉

2018年2月3日07時24分18秒， #1高壓調(diào)閥快關(guān)信號20FD1R-SGFD1-F觸發(fā)，導致#1高壓調(diào)閥的兩個快關(guān)電磁閥失電，調(diào)閥快速關(guān)閉，機組負荷由464MW瞬間降低至258MW。同時，20FD1R-STFD1R觸發(fā)將調(diào)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(xiàn)，#2機#1與#2高壓調(diào)閥DCS反饋偏差大，#1高壓調(diào)閥DCS顯示反饋24.3%，#2高壓調(diào)閥DCS顯示反饋60.42%，就地檢查機械指示兩側(cè)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(guān)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(diào)閥未進行ATT試驗、快關(guān)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(shù)據(jù)#1高壓調(diào)閥快關(guān)前流量指令為60.42%，#1高壓調(diào)閥快關(guān)動作前反饋大選后為24.3%，利用插值法經(jīng)f（x）換算#1高壓調(diào)閥反饋大選后應(yīng)大于29.1%，此數(shù)據(jù)經(jīng)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(diào)閥快關(guān)的原因是LVDT輸出電流波動導致#1高壓調(diào)閥保護信號C20觸發(fā)，進而閥門快關(guān)動作。

2.3 #1高壓調(diào)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(shè)置調(diào)閥閥限，逐步關(guān)小調(diào)閥至全關(guān)，就地確認閥門機械位置實際已關(guān)閉，將調(diào)閥的閥限設(shè)置為-5%。

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

4）關(guān)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(lián)鎖保護動作，在主汽閥、調(diào)閥全關(guān)后，強制調(diào)閥反饋信號為當前值。

6）強制調(diào)閥快關(guān)動作信號C20為0。

3 冗余LVDT改造

3.1 改造實施的技術(shù)措施

改造后信號分配情況：汽輪機高、中壓調(diào)門各增加一支LVDT傳感器，實現(xiàn)每個調(diào)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(yīng)，實現(xiàn)完全的冗余配置[2]。改造前，LVDT信號傳輸實際布線方式為現(xiàn)場調(diào)閥位移信號（接線盒編號：MAA12GA001）經(jīng)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(diào)主閥位卡（VP卡），Output2送至#1高調(diào)閥副卡。信號分配器供電電源為直流24V，取自CTRL42/92柜內(nèi)TB1端子排2T（+）、2B（-）端子。現(xiàn)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(nèi)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(diào)門油動機端子盒內(nèi)分別接入原先機柜內(nèi)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(jīng)過信號分配器，直接將反饋信號送至主VP卡。經(jīng)過改造之后，真正意義上實現(xiàn)了從信號取源、信號傳輸?shù)捷斎肟囊豢ㄒ恍盘柸哂嗯渲谩?/p>

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(guān)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(jù)調(diào)試需要，配合設(shè)置調(diào)閥閥限至105%。

2）確認調(diào)閥C20強制為0，快關(guān)電磁閥帶電。

3）進入閥門卡調(diào)試畫面，記錄原VP卡參數(shù)，進行主卡調(diào)試，拔掉備卡。

4）調(diào)試畫面右上角REDUNDANT FLAG設(shè)為0，TOP CAL POSITION 30000，BOT CAL POSITION設(shè)為6000，DEMOD GAIN設(shè)為1675， K-SERVO設(shè)為45，K-SERVO DB設(shè)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(nèi)，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(jù)趨勢圖調(diào)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(diào)試完畢后，將主備卡都插上，將其REDUNDANT FLAG值均設(shè)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(yīng)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(diào)試畫面中REDUNDANT SETTING中顯示PARTNER FAILED；恢復接線，對照趨勢圖反饋應(yīng)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(xiàn)象應(yīng)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(yīng)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(yīng)無明顯波動，然后再將備卡（此時應(yīng)該顯示為主卡）反饋線拆掉，然后恢復，觀察到的現(xiàn)象應(yīng)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(shè)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(guān)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(nèi)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(xiàn)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(nèi)汽輪機高中壓主汽閥、調(diào)閥快關(guān)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(xiàn)松動則會導致ETS動作、機組跳閘?，F(xiàn)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(shè)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(diào)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(guān)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(diào)閥相關(guān)參數(shù)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(xiàn)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(jié)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(zhì)合格，并定期對伺服閥前濾網(wǎng)進行清洗，防止伺服閥卡澀情況的發(fā)生。

5 結(jié)論

本文對上汽西門子機型DEH系統(tǒng)調(diào)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(jīng)驗參考。通過對汽輪機高、中壓調(diào)閥雙LVDT改造，大大提高了高、中壓調(diào)閥閥位信號的可靠性，降低了因單只LVDT故障導致調(diào)門異常關(guān)閉的可能性，提高了DEH系統(tǒng)安全性。同時，還發(fā)現(xiàn)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。