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。