單系列火電機組汽泵調(diào)閥控制可靠性優(yōu)化

李庭瑜

（國能錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 神木 719300）

引言

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

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

1 設(shè)備簡介

某火電廠5號、6號機組汽輪機為哈爾濱汽輪機廠有限責(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，型號為：NZK660-28/600/620。鍋爐為上海鍋爐有限公司生產(chǎn)，型號為：SG-2060/29.3-M6021，超超臨界變壓運行螺旋管圈直流爐，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)電機為哈爾濱電機有限責(zé)任公司生產(chǎn)的三相、全封閉、同步發(fā)電機，采用水氫氫冷卻方式及自并勵靜止勵磁系統(tǒng)，型號為QFSN-660-2。

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

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

原小汽輪機主汽、補汽調(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 原小汽輪機主汽、補汽調(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，無法隔離后進行處理，就必須停小汽輪機后檢查或更換處理，將直接導(dǎo)致機組停運。

2 調(diào)閥油路及控制回路改造

針對以上存在的風(fēng)險隱患，提出對小汽輪機主汽、補汽調(diào)閥油路的冗余控制，來提升主汽調(diào)閥和補汽調(diào)閥控制的可靠性[1]。

首先，將原小汽輪機主汽、補汽調(diào)閥油路及伺服閥進行冗余改造，油路增加一路改為雙路，將原單路伺服閥（MOOG G761）改為直動式伺服閥（MOOG D633）（以下簡稱DDV閥），其中，MOOG D633電液轉(zhuǎn)換器為德國MOOG公司的一種直接驅(qū)動式電液伺服閥（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：

1）采用高能永磁直線力馬達，自帶功放，具有強大的驅(qū)動力，可直接驅(qū)動控制滑閥。

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)上同時安裝一個DDV閥和一個隔離電磁閥，來控制調(diào)閥油動機。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

改造后小汽輪機主汽、補汽調(diào)閥油路及控制回路采用冗余配置，可以實現(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)動卡（SV卡）配置，同時根據(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，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)油動機開度，但備用SV卡接受指令后不輸出，所以所帶DDV閥不動作、不參與調(diào)閥油動機的調(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)閥油動機的調(diào)節(jié)。

圖3 一主一備控制方式時兩塊SV卡接線方式

兩路冗余控制方式時，兩塊SV卡獨立運行，同時接受來自給水系統(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，同時控制調(diào)閥油動機的開度[2]。

另外，冗余回路中每個DDV閥配置了一個隔離電磁閥，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、后各手動隔離門，是運行中檢修故障的DDV閥或隔離電磁閥時油路隔離使用。

3 改造后的控制邏輯

冗余獨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，提供給運行人員操作和監(jiān)視，下面簡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單，任一路SV卡和DDV閥工作正常，就能確保調(diào)閥油動機動作正常。油動機位置控制為純比例環(huán)節(jié)，伺服閥控制信號輸出為：OUT=比例×（指令-反饋）+偏置。兩個SV卡接受相同的指令，再同時送給各自油路中控制的DDV閥。SV卡及DDV閥在經(jīng)過對油動機整定后，SV卡上的比例系數(shù)和偏置，基本相同，所以兩個DDV閥可以同時輸出控制一個油動機。其中，任一路SV卡或DDV閥發(fā)生故障時，油動機控制均能無擾運行。同時，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存在較小的擾動，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卡自動備用，通過通訊方式進行自動辨別主卡、備卡，并在DCS畫面中進行顯示。

當(dāng)主路SV卡或DDV閥發(fā)生故障時，通過對一些參數(shù)異常變化的判斷，邏輯中自動進行主、備SV卡切換，同時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)異常或故障時，主、備SV卡進行自動切換，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卡兩路油動機行程反饋（LVDT信號）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，運行人員根據(jù)現(xiàn)場需求，也可以選擇手動進行主、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，邏輯判斷使其帶電隔離該油路通道。其邏輯控制包括：一是小機運行狀態(tài)下并且當(dāng)前隔離電磁閥對應(yīng)SV卡為主卡時，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，電磁閥得電動作；二是 在當(dāng)前伺服卡由備卡切換至主卡時，已備用隔離電磁閥同時接受失電指令，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，主卡回路隔離電磁閥同時接受帶電指令，確保油路快速、可靠切除；四是 在小機正常運行時，當(dāng)前伺服卡由主卡時，主卡回路中的隔離電磁閥不能帶電；另外，運行人員根據(jù)現(xiàn)場需求，可以選擇手動進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，可以實時看到主卡、備卡，可以邏輯判斷后自動切換，也可以提供運行人員手動操作帶電進行隔離。

3.4 一主一備冗余改造后驗收試驗

1）其中一個SV卡斷電，對應(yīng)的截至電磁閥得電，油動機擾動小于1%；

2）其中一個SV卡DP通訊中斷，對應(yīng)的截至電磁閥得電，油動機擾動小于1%；

3）其中一個SV卡有效LVDT反饋斷線，LVDT反饋切換，油動機擾動小于1%，截止閥不得電。其中一個SV卡兩路LVDT反饋全斷線，對應(yīng)的截止閥得電，動機擾動小于1%；

4）其中一個DDV閥斷電，閥芯反饋故障，對應(yīng)的截止閥得電；

5）斷開其中一個DDV閥控制線，當(dāng)閥芯反饋與伺服指令偏差10%，對應(yīng)的截止閥得電，動機擾動小于1%；

6）斷開其中一個DDV閥控制線，用信號發(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%，對應(yīng)的截止閥得電，油動機擾動小于5%。

4 改造后解決問題

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

5 結(jié)語

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