汽轮机单侧调门瞬间误关故障分析及处理.doc

//汽轮机单侧调门瞬间误关故障分析及处理
林涛 张永军 李海永 大唐运城发电有限责任公司 山西省运城市 044602
更新时间：2012-3-22

1．引言
火力发电机组容量的增大、蒸汽参数的提高，对机组的安全性、经济性及其自动控制水平的要求也愈来愈高。作为600MW的大型机组，汽轮机数字电液控制系统（DEH）已被广泛采用。汽轮机调节汽门作为DEH系统的主要执行机构，主要用来控制机组的转速和功率，其故障将会导致机组转速或者功率波动，直接影响到机组的安全经济运行。
某发电公司#1机组为600MW亚临界直接空冷燃煤发电机组，于2007年9月投产。汽轮机为哈汽NZK600-16.7／538／538亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，DCS系统采用了艾默生过程控制公司（原西屋公司）最新一代DCS控制系统OVATION－XP版。汽轮机调节系统为高压抗燃油型数字电液调节系统（DEH系统），电子设备采用了上海艾默生公司同版本的OVATION系统，液压系统采用了哈尔滨汽轮机控制工程有限公司成套的高压抗燃油EH装置。每台机组配有两个高压主汽门（TV）、四个高压调门（GV）、两个中压主汽门（RSV）和两个中压调门（IV）（其中左侧高压主汽门由电磁阀控制开关）。
2．故障现象
#1机组2011年7月28日启动，从7月30日开始五次出现部分主汽门及调门突关现象，具体现象描述如下，图1-图3为故障截图。
20011-7-30 3:28 #1机组负荷302.18MW、顺阀控制、CCS方式、AGC投入。GV4、IV2出现突然关到0位，并自行以2.5%/S的速率打开至原位，AGC工况未解除，负荷波动32MW。
20011-8-6 5:37 #1机组负荷303.29MW、 顺阀控制、CCS方式、AGC投入。RSV2出现突然关到0位，并自行以2.5%/S的速率开启至原位，AGC工况未解除，负荷波动27MW。
20011-8-10 14:14 #1机组负荷485.58MW、顺阀控制、CCS方式、AGC投入。RSV2、IV2出现突然关到0位，并自行以2.5%/S的速率打开至原位。AGC工况未解除，负荷波动10MW。
20011-8-11 19:04 #1机组负荷472.15MW、 顺阀控制、CCS方式、AGC投入。GV4出现突然关到0位，并自行以2.5%/S的速率打开至原位。AGC工况未解除，负荷波动40MW。

20011-8-12 5:56 #1机组负荷367.17MW, 顺阀控制，CCS方式，AGC投入41号控制器BRANCH2上RSV2，GV4 出现突然关到0位，并自行以2.5%/S的速率打开至原位。AGC工况未解除，负荷波动45MW。

图1

图2

图3

3．故障原因分析过程
DEH功能强大，结构复杂，各项功能紧密结合为一个有机整体，阀门控制主要通过DEH伺服控制系统实现，该系统采用高压抗燃油为工质的伺服控制系统。其阀门执行机构都是阀门位置伺服控制回路组成的闭环控制装置，DEH主控制器生成的各油动机阀位指令信号，经VP卡、电液伺服阀，形成调节油压至油动机。油动机行程由位移传感器测出，反馈至VP卡输入端，使之与该油动机阀位指令保持相等，形成闭环控制。查看历史趋势显示分析，没有发现DEH发出强关指令；没有发现DEH有异常信号送出； DEH一次调频未动作；观察自检中VP卡的状态灯，无故障指示；油压无摆动。可能引发调门误关动作的可能原因为SHUTDOWN指令误发、中间继电器故障、数据库内部数据出错导致故障、控制器内部运算出错导致误动几个方面，汽门误关故障发生频率越来越高，极大地威胁着机组的安全稳定运行。机组于2011年8月14日停机处理汽门误关故障。
3.1 外部原因分析及处理
外部能引起控制器发出关门指令的因素主要有调门的SHUTDOWN指令误发、信号屏蔽问题导致信号传输故障、VP卡件本身或者IO总线通讯故障。
调门SHUTDOWN指令主要是由OPC指令来触发，此控制站控制六个调门SHUTDOWN功能是D043P1B3S5 DO卡件16通道和D043P1B3S5 DO卡件16通道输出，带动中间继电器，将信号传到各VP卡动作，其中A17端子（PS+）和A18端子（PS-）与A4端子（VS+）和B5端子（YS-）连接为SHUTDOWN指令提供辅助电压，中间继电器常开接点接A6端子（VF+）和A7端子（DI）。对所有的VP卡作了SHUTDOWN测试功能，动作正常，阀门曲线指令与反馈都为快关快开，与事故时阀门曲线不符。而且在调门第一次误关后怀疑是SHUTDOWN回路的中间继电器故障导致调门动作已将中间继电器拔出，调门第二次误关时RSV2也误关，而且RSV2未接受SHUTDOWN信号，所以排除SHUTDOWN信号误发的可能性。
DEH主控制器中各调门VP卡的分布情况如表1，由于误动作的阀门都集中在DEH主控制器的BRANCH2中，所以初步判断为卡件或者IO通讯故障的可能性较大，但由于机组运行过程中，不能进行进一步的分析验证；另外上次机组检修时调门LVDT有过拆装，整定时直接使用FULL CALIBRTE，方法不当，但由于并不是所有阀门均出现此故障，所以整定方法不当的原因可能性不大，但也不能完全排除是因此而引发故障。
3.2 数据库数据故障原因分析及处理
停机后进行调速系统静态特性测试，与以前数据进行对比，发现静态特性没有发生变化；解体检查错油门滑阀及电液转换器滑阀，发现油口畅通；现场检查DEH系统，机柜的两路供电电压均稳定可靠，供I/O卡件的直流电源输出正常；主控制器和备用控制器运行状态良好；VP卡件指示正常，输出实时电压在正常范围内，伺服阀指令线未松动；LVDT 内部线圈未磨损或者断裂；阀门控制卡内部的增益设置合理 ；排除由于信号屏蔽不良由干扰引起信号误发的可能。
在DCS厂家技术人员指导下，热工人员认真检查历史数据，发现每次调门误关时数据库中VP卡RVPSTATUS点的第7位都会发生翻转，检查测试各VP卡RVPSTATUS点状态变化情况，查阅OVATION手册可知：RVPSTATUS点BIT7具体是1还是0没有绝对的意义，而是VP卡和控制器检测操作是否正常时互相回应的一个记录位。排除RVPSTATUS状态改变导致调门误关的可能性。
热工人员对DEH主控制器所有逻辑编译后控制逻辑下装过程中，出现因算法点DEH1_WMOUNBALCETRIP数据库与控制器不一致的情况而不能正常控制逻辑下装，删除此点后，控制逻辑下装正常。对比以前备份的部分数据库，发现此点在数据库中没有任何ALGORITHM_NAME。正常情况无用的算法点也应该有个算法名称，如ALGORITHM_NAME="AVALGEN"，次点为垃圾点，数据库中垃圾点一般不会对控制过程产生影响，故排除由于此垃圾点的原因造成调门故障。
3.3 控制器内部运算原因分析及处理
控制器内部运算主要有控制器故障导致调门误关和DEH组态不合理导致故障由于在机组第一次出现此问题时已经进行过控制器切换，之后仍出现此故障，于是排除控制器故障的可能性；对DEH主控制器及与其相关的DO,AO 信号TIMEOUT TIME进行检查，TIMEOUT TIME全部为16SEC，正常，故排除组态不合理的原因。
4．相应处理措施
经过以上的初项分析排查，针对导致故障的可能因素进行相应处理，重点41号控制器与BRANCH2的IO总线通讯接口及设备部件进行处理，主要措施如下。
1)       更换与DEH主控制器BRANCH2 IO通讯有关的设备以及相应调门的RVP卡，包括控制器底座，BRANCH2所有卡件底座，BRANCH2终端模块。
2)       对所有调门按照厂家要求方法进行重新整定。
3)       更换DEH主控制器，格式化控制器闪存，对数据库中存在的垃圾点进行处理；对控制器作格式化和控制逻辑下装工作。
5．结束语
经过以上处理后汽门误关问题已经解决，但由于报警系统、控制器故障记录系统不完善，无法确定出现此故障的具体原因，建议DCS设备厂家增加控制器对模件及重要通道的报警管理及记录手段。另外，通过本文的处理过程受到的启发，进一步加强重点设备的热工检修和维护措施，避免类似故障影响机组的安全经济稳定运行。