汽輪機(jī)調(diào)門(mén)波動(dòng)分析及整改措施

席光超

(河北邯鄲熱電股份有限公司，河北 邯鄲 056000)

0 引言

某電廠汽輪機(jī)是哈爾濱汽輪機(jī)廠提供的CC140/N220-12.7/535/535 型汽輪機(jī)，其11，12 號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)控制系統(tǒng)是由上海GE 新華提供的XDPS6.0版本的DEH 控制系統(tǒng)。

汽輪機(jī)調(diào)門(mén)的控制過(guò)程都是經(jīng)過(guò)電調(diào)伺服卡(VPC 卡)發(fā)出指令傳到伺服閥，然后伺服閥控制油動(dòng)機(jī)油缸進(jìn)、出油來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)門(mén)的開(kāi)度調(diào)整，同時(shí)每個(gè)調(diào)門(mén)上的兩支線性可變差動(dòng)變壓器(linear veriable differential transformer，LVDT)位移傳感器將調(diào)門(mén)的位置反饋傳送給伺服卡，經(jīng)過(guò)高選之后參與指令計(jì)算輸出，逐漸實(shí)現(xiàn)進(jìn)、出油平衡，從而滿足整個(gè)調(diào)門(mén)位置的調(diào)整?？刂浦械闹噶?、伺服閥、油動(dòng)機(jī)、LVDT 位移傳感器每個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)調(diào)門(mén)波動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。以下結(jié)合生產(chǎn)中遇到的單支LVDT 故障、指令側(cè)異常和兩支LVDT 異?，F(xiàn)象進(jìn)行逐一案例分析。

1 單支LVDT 故障分析

單支LVDT 故障是汽輪機(jī)調(diào)門(mén)波動(dòng)的典型故障。在LVDT 出現(xiàn)輕微故障時(shí)，會(huì)階段性地出現(xiàn)調(diào)門(mén)小幅度擺動(dòng)；在一次調(diào)頻、AGC 指令和主汽壓波動(dòng)等相關(guān)擾動(dòng)存在的情況下，給準(zhǔn)確判斷哪支LVDT 出現(xiàn)故障增加了難度。

2018-07-21T04:00:00，12 號(hào)機(jī)組在AGC 運(yùn)行方式下發(fā)電負(fù)荷小幅度擺動(dòng)后逐漸發(fā)散，最終因負(fù)荷跟遙調(diào)指令偏差大而切除AGC。調(diào)取歷史曲線發(fā)現(xiàn)，2018-07-21T04:27:49，1 號(hào)高調(diào)門(mén)反饋GV1-LVDT2 在1 號(hào)高調(diào)門(mén)指令GV1-SPO不變、發(fā)電機(jī)功率不變時(shí)出現(xiàn)突然上升的情況；04:27:50，發(fā)電機(jī)功率由148 MW 開(kāi)始下降，主汽壓由12.84 MPa 開(kāi)始上升，1 號(hào)高調(diào)門(mén)兩個(gè)反饋同時(shí)開(kāi)始降低(調(diào)門(mén)關(guān)小)；04:27:52，遙調(diào)指令開(kāi)始上升，1 號(hào)高調(diào)門(mén)指令也隨之上漲(調(diào)門(mén)開(kāi)大)，上漲到一定程度開(kāi)始出現(xiàn)反調(diào)，同時(shí)負(fù)荷上下波動(dòng)，最大偏差達(dá)13.0 MW；AGC 切除后調(diào)門(mén)停止擺動(dòng)。

根據(jù)以上歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)分析，1 號(hào)高調(diào)門(mén)GV1-LVDT2 突然升高，LVDT 反饋高選到2 號(hào)反饋GV1-LVDT2，在指令GV1-SPO 不變的情況下，伺服閥卡根據(jù)指令跟高選反饋的變化偏差量作用到伺服閥，進(jìn)行反向關(guān)閥調(diào)整(反饋?zhàn)兇髸r(shí)關(guān)、變小時(shí)開(kāi))，導(dǎo)致負(fù)荷下降。隨著負(fù)荷減少，AGC 遙調(diào)指令作用下又反向開(kāi)大高調(diào)門(mén)，如此反復(fù)導(dǎo)致調(diào)門(mén)振蕩。單依據(jù)以上現(xiàn)象可判斷為1 號(hào)高調(diào)門(mén)GV1-LVDT2 反饋突跳故障引起的調(diào)門(mén)波動(dòng)。由于調(diào)門(mén)波動(dòng)是階段性的，追根溯源發(fā)現(xiàn)GV1-LVDT2 突增現(xiàn)象出現(xiàn)過(guò)多次并伴隨調(diào)門(mén)波動(dòng)現(xiàn)象，更加明確鎖定是1 號(hào)高調(diào)門(mén)2 號(hào)反饋GV1-LVDT2 故障引起的調(diào)門(mén)波動(dòng)。

為此制定安全措施，開(kāi)始LVDT 更換作業(yè)。為避免負(fù)荷波動(dòng)，DEH 系統(tǒng)投入功率閉環(huán)回路，轉(zhuǎn)單閥控制。待切換單閥穩(wěn)定后將1 號(hào)高調(diào)門(mén)按5 %的指令逐漸關(guān)閉至0，關(guān)閉過(guò)程中注意負(fù)荷波動(dòng)情況，在負(fù)荷穩(wěn)定后開(kāi)始下一步操作，最后確認(rèn)閥門(mén)在機(jī)械零位時(shí)關(guān)閉進(jìn)油門(mén)，開(kāi)始更換作業(yè)。更換時(shí)，設(shè)定新的LVDT 零位電壓，要低于GV1-LVDT1 的電壓，讓2 號(hào)反饋?zhàn)鳛閭溥x反饋。待參數(shù)正常后，逐漸開(kāi)啟調(diào)門(mén)，轉(zhuǎn)順序閥運(yùn)行，調(diào)門(mén)波動(dòng)現(xiàn)象消除。

2 指令側(cè)異常分析

調(diào)門(mén)指令計(jì)算發(fā)生波動(dòng)時(shí)也會(huì)引起調(diào)門(mén)波動(dòng)現(xiàn)象。2019-04-01，該廠12 號(hào)機(jī)組在啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)達(dá)到3 000 r/min 的暖機(jī)試驗(yàn)階段，出現(xiàn)了4 個(gè)中調(diào)門(mén)頻繁開(kāi)關(guān)現(xiàn)象。

4 個(gè)中調(diào)門(mén)長(zhǎng)時(shí)間頻繁開(kāi)關(guān)對(duì)調(diào)門(mén)閥體、LVDT 位移傳感器及EH 油壓系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備損壞。

為了盡快消除異常現(xiàn)象，熱控人員調(diào)取控制邏輯頁(yè)中涉及中調(diào)門(mén)指令邏輯運(yùn)算的功能塊，對(duì)每個(gè)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行逐一排查，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)闊嵩贌釅毫?HRHP)處于0 位臨界點(diǎn)，頻繁出現(xiàn)0 正、0 負(fù)，導(dǎo)致邏輯頁(yè)中HRHP 被68 號(hào)塊數(shù)值2 相除后出現(xiàn)正無(wú)窮和負(fù)無(wú)窮交替變化；再經(jīng)過(guò)70 號(hào)塊高低限值塊后就會(huì)輸出3 或2 的頻繁變化；再到84 號(hào)塊選擇(未并網(wǎng)BR=0) X2作為輸出，然后與FDEM相乘轉(zhuǎn)化為中調(diào)門(mén)流量指令I(lǐng)VDEM，最終轉(zhuǎn)化到每個(gè)中調(diào)門(mén)的指令。仔細(xì)分析每個(gè)參數(shù)之后，確認(rèn)HRHP 的變化是導(dǎo)致調(diào)門(mén)指令計(jì)算發(fā)生波動(dòng)并直接導(dǎo)致中調(diào)門(mén)上下擺動(dòng)的癥結(jié)所在，故第一時(shí)間現(xiàn)將其強(qiáng)制為0.000 000,中調(diào)門(mén)擺動(dòng)的現(xiàn)象立即消除。待運(yùn)行人員將HRHP 調(diào)整為穩(wěn)定的大于0 的數(shù)值后解除強(qiáng)制，中調(diào)門(mén)未發(fā)生再次波動(dòng)現(xiàn)象，異?，F(xiàn)象消除。

3 兩支LVDT 故障分析

兩支LVDT 同時(shí)故障的現(xiàn)象很少遇到，當(dāng)兩支LVDT 均故障的情況下，調(diào)門(mén)最初現(xiàn)象是發(fā)生上下擺動(dòng)；當(dāng)兩支LVDT 均徹底故障時(shí)，調(diào)門(mén)有可能發(fā)生瞬間開(kāi)足或關(guān)嚴(yán)的現(xiàn)象。對(duì)于在運(yùn)機(jī)組而言，主汽壓、汽包水位的控制都是難以維持的，輕則滅火停爐，重則可能造成超速停機(jī)事故。因此在兩支LVDT 故障初期判斷出故障點(diǎn)，并果斷采取措施消除故障隱患，對(duì)保護(hù)汽輪機(jī)組安全尤為重要。

2020-06-16T04:30:00，熱工人員接到運(yùn)行人員通知，11 號(hào)機(jī)組多次出現(xiàn)調(diào)門(mén)擺動(dòng)大，負(fù)荷來(lái)回波動(dòng)不穩(wěn)影響負(fù)荷調(diào)整的現(xiàn)象。查詢歷史曲線發(fā)現(xiàn)，03:41:41，1 號(hào)高調(diào)門(mén)反饋GV1-LVDT1 突然向下突降，接著調(diào)門(mén)指令增加，而GV1-LVDT2反饋則在指令作用下向上開(kāi)啟，而后又向下降低，未與指令信號(hào)方向保持一致，但當(dāng)降下來(lái)后與指令趨勢(shì)基本保持一致，接著1 號(hào)高調(diào)門(mén)出現(xiàn)反復(fù)震蕩，GV1-LVDT1 偶爾出現(xiàn)與指令方向不一致的情況，故初步判斷兩支LVDT 均存在問(wèn)題。

查閱記錄發(fā)現(xiàn)，03:32:50，GV1-LVDT2 出現(xiàn)在指令基本不變時(shí)突然增大的現(xiàn)象，03:33:04，出現(xiàn)指令增加而反饋突然下降的現(xiàn)象。

翻閱其他時(shí)段曲線發(fā)現(xiàn)，LVDT2 也出現(xiàn)過(guò)與指令方向不一致的突增現(xiàn)象，故綜合判斷GV1-LVDT2 發(fā)生了輕微故障，但此時(shí)LVDT 高選為GV1-LVDT1，調(diào)門(mén)波動(dòng)并非是GV1-LVDT2 引起的。繼續(xù)反查歷史趨勢(shì)后，排除一次調(diào)頻擾動(dòng)因素。04:19:41，GV1-LVDT1 在指令GV1-SPO 上漲過(guò)程中出現(xiàn)反向突降后馬上回到原位，導(dǎo)致指令GV1-SPO 與反饋運(yùn)算偏差突然增大，伺服卡輸出增大調(diào)門(mén)的開(kāi)啟量，負(fù)荷隨之上漲，而遙調(diào)負(fù)荷指令又隨即反向調(diào)整，關(guān)小調(diào)門(mén)，如此反復(fù)產(chǎn)生調(diào)門(mén)振蕩擺動(dòng)并隨之發(fā)生負(fù)荷上下波動(dòng)現(xiàn)象，由此判斷LVDT1 也存在異常現(xiàn)象。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩支LVDT 都不能準(zhǔn)確跟蹤1 號(hào)高調(diào)門(mén)的真實(shí)反饋時(shí)，要盡快更換LVDT 以滿足生產(chǎn)調(diào)節(jié)需要。為避免負(fù)荷較大波動(dòng)，切除AGC，切除協(xié)調(diào)，改為基本運(yùn)行方式；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)為功率回路控制，切為單閥運(yùn)行方式；隨后的LVDT 更換步驟與單支故障LVDT 情況一樣，逐漸關(guān)小GV1 閥門(mén)，由5 %的階梯狀關(guān)至關(guān)嚴(yán)狀態(tài)。全部關(guān)嚴(yán)后，待汽機(jī)專(zhuān)業(yè)確認(rèn)真實(shí)調(diào)門(mén)機(jī)械0 位時(shí)，發(fā)現(xiàn)高調(diào)門(mén)1 號(hào)LVDT 電壓顯示1 V，最低0.6 V；當(dāng)拆下1號(hào)LVDT 接線檢查完畢復(fù)接后，發(fā)現(xiàn)LVDT 反饋電壓回到0 值，這種現(xiàn)象更加充分說(shuō)明1 號(hào)LVDT故障，且是導(dǎo)致調(diào)門(mén)波動(dòng)的直接原因。之后通過(guò)更換新的LVDT，設(shè)置好0 位電壓后，滿位保留原來(lái)參數(shù)，待機(jī)組滿負(fù)荷高調(diào)門(mén)指令100 時(shí)，標(biāo)定滿位電壓。更換完成后，逐漸開(kāi)啟1 號(hào)高調(diào)門(mén)，切為順序閥運(yùn)行，恢復(fù)AGC 控制模式，調(diào)門(mén)波動(dòng)現(xiàn)象自然消除。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)11，12 號(hào)機(jī)組運(yùn)行中3 種調(diào)門(mén)擺動(dòng)現(xiàn)象的原因和消除措施進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

(1) 調(diào)門(mén)LVDT 線性位移傳感器故障初期很難被發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)故障LVDT 突然被高選后，引起調(diào)門(mén)波動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象后才會(huì)引起注意。對(duì)此，運(yùn)行人員要加強(qiáng)對(duì)調(diào)門(mén)參數(shù)監(jiān)視，一有異常及時(shí)通知檢修人員查明原因；熱控人員要加強(qiáng)設(shè)備巡檢，重點(diǎn)關(guān)注調(diào)門(mén)LVDT 反饋歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變化，仔細(xì)對(duì)比是否曾經(jīng)出現(xiàn)異常突變情況，出現(xiàn)問(wèn)題及早處理，消除隱患。

(2) 邏輯組態(tài)中參數(shù)運(yùn)算出現(xiàn)異常情況會(huì)影響到調(diào)門(mén)指令的計(jì)算，熱控人員要熟練掌握指令運(yùn)算中涉及的參數(shù)和功能塊，以便在問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)能夠理清指令運(yùn)算流程，準(zhǔn)確判斷問(wèn)題所在，并果斷采取措施消除導(dǎo)致系統(tǒng)波動(dòng)的因素，從而達(dá)到減少系統(tǒng)擾動(dòng)的目的。

(3) 兩支LVDT 同時(shí)出現(xiàn)故障的情況很少出現(xiàn)，要從安裝工藝流程上嚴(yán)格把關(guān)，盡量減少LVDT 因安裝失誤導(dǎo)致嚴(yán)重磨損。LVDT 是調(diào)門(mén)參與調(diào)節(jié)的重要組成部分，安裝LVDT 時(shí)，要嚴(yán)格按照檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝。安裝前要測(cè)量LVDT阻值及絕緣情況；安裝過(guò)程中，LVDT 鐵芯盡量保持垂直中心孔安裝，底部螺絲固定位置為L(zhǎng)VDT鐵芯從LVDT 高位自由落體到固定孔洞處為準(zhǔn)，并緊固螺絲，盡量避免鐵芯同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。如此安裝能夠減少LVDT 在調(diào)門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中的磨損，增加LVDT 使用壽命，達(dá)到保障機(jī)組安全運(yùn)行的效果。