數(shù)字電調(diào)系統(tǒng)中調(diào)門突開(kāi)原因分析

曾愛(ài)平

(湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410203)

1 數(shù)字電調(diào)系統(tǒng)概況

數(shù)字電調(diào)系統(tǒng) DEH(Digtal Electric Hydruaulic System)的主要作用是控制汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和功率，從而滿足電廠供電的要求。

機(jī)組在啟動(dòng)和正常運(yùn)行過(guò)程中，DEH接收協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS(Coordinated Control System)指令或操作人員通過(guò)人機(jī)接口所發(fā)出的增、減指令，采集汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和功率以及調(diào)節(jié)閥的位置反饋等信號(hào)，進(jìn)行分析處理，綜合運(yùn)算，輸出控制信號(hào)到電液伺服閥，改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，以控制機(jī)組的運(yùn)行。機(jī)組默認(rèn)的啟動(dòng)方式為中壓缸啟動(dòng)方式，但是，在機(jī)組已掛閘但未運(yùn)行的條件下，可根據(jù)實(shí)際情況選擇高壓缸啟動(dòng)。

機(jī)組在升速過(guò)程中(即機(jī)組沒(méi)有并網(wǎng))，DEH通過(guò)轉(zhuǎn)速控制回路來(lái)控制機(jī)組升轉(zhuǎn)速，直到實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速相等為止。當(dāng)DEH接收到在“同期請(qǐng)求”信號(hào)后，實(shí)際轉(zhuǎn)速根據(jù)自動(dòng)同期裝置來(lái)的“同期增”、“同期減”信號(hào)增減轉(zhuǎn)速，直到并網(wǎng)為止。機(jī)組并網(wǎng)以后，可通過(guò)投入功率控制回路或主汽壓力控制回路進(jìn)行升負(fù)荷。在升負(fù)荷過(guò)程中，當(dāng)中壓缸啟動(dòng)時(shí)，實(shí)際負(fù)荷增加到120MW。在高壓缸啟動(dòng)時(shí)，負(fù)荷指令增加到60MW后，可通過(guò)投入CCS來(lái)控制負(fù)荷增、減，也可以通過(guò)手動(dòng)設(shè)定閥位指令來(lái)增、減負(fù)荷。

DEH控制系統(tǒng)處理機(jī)FCP270配置為2對(duì):第1對(duì)定義為基本控制站(CP10D1)，完成超速保護(hù)和汽輪機(jī)基本控制功能;第2對(duì)定義為 ATC控制站(CP10D2)，完成汽輪機(jī)自動(dòng)溫度控制ATC(Automatic Temperature Control)和在線試驗(yàn)的功能。閥門配置為2個(gè)高壓主汽門、4個(gè)高壓調(diào)門、2個(gè)中壓主汽門、2個(gè)中壓調(diào)門。汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前，可選擇對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥閥殼預(yù)暖。當(dāng)高壓調(diào)節(jié)閥閥殼預(yù)暖功能投入時(shí)，右側(cè)高壓主汽閥微開(kāi)，可同時(shí)對(duì)4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥閥殼進(jìn)行預(yù)暖。在汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)前，DEH為轉(zhuǎn)速閉環(huán)無(wú)差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其設(shè)定點(diǎn)為給定轉(zhuǎn)速。給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之差經(jīng)PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后，通過(guò)伺服系統(tǒng)控制油動(dòng)機(jī)開(kāi)度，使實(shí)際轉(zhuǎn)速跟隨給定轉(zhuǎn)速變化。轉(zhuǎn)速控制器計(jì)算產(chǎn)生閥門的流量指令，該指令通過(guò)閥門流量曲線分配以產(chǎn)生每一高調(diào)門及中調(diào)門的開(kāi)度指令。高/中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)時(shí)，中調(diào)門一開(kāi)始就接近全開(kāi)，依靠高調(diào)門進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。中壓缸啟動(dòng)時(shí)，若選擇暖機(jī)運(yùn)行方式，機(jī)組轉(zhuǎn)速在400 r/min以下時(shí)，高調(diào)門微開(kāi)進(jìn)行高壓缸暖機(jī);當(dāng)轉(zhuǎn)速大于400 r/min時(shí)，高調(diào)門開(kāi)度不變，中調(diào)閥打開(kāi);若不選擇暖機(jī)運(yùn)行方式，則高調(diào)門不開(kāi)啟，僅開(kāi)啟中壓調(diào)門。操作員設(shè)定的升速率為 0～500(r/min)/min，操作員未設(shè)定的情況下，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)升速率為100(r/min)/min，溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)升速率為150(r/min)/min，熱態(tài)、極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)升速率為300(r/min)/min，在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)，升速率為 300(r/min)/min。

2 DEH中調(diào)門突然開(kāi)啟的過(guò)程

2009年4 月，#1機(jī)組首次大修，為了提高機(jī)組效率，在大修期間進(jìn)行了汽封間隙改造。2009年6月23日，#1機(jī)組大修后首次開(kāi)機(jī)，為了磨汽封間隙，第1次、第2次沖轉(zhuǎn)都將目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)在600 r/min。機(jī)組沖轉(zhuǎn)前投入了“暖機(jī)方式”，實(shí)際轉(zhuǎn)速超過(guò)400 r/min，暖機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，高調(diào)門開(kāi)度保持，中調(diào)門一直處于關(guān)閉狀態(tài)。過(guò)了一段時(shí)間，總的調(diào)門給定上升到一定值，中調(diào)門給定從0突然快開(kāi)，引起轉(zhuǎn)速猛增，后中壓調(diào)門又猛關(guān)，轉(zhuǎn)速仍然往上升，此時(shí)高調(diào)門開(kāi)度一直保持，轉(zhuǎn)速無(wú)法控制。最終因原因未查明，只能直接升速而未在600 r/min時(shí)停留。事后將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)給東方汽輪機(jī)有限公司自控公司，生產(chǎn)廠家答復(fù):中調(diào)門開(kāi)啟速度過(guò)快的原因是由于中調(diào)門低流量有一個(gè)預(yù)啟閥開(kāi)度所致。在中調(diào)門突開(kāi)過(guò)程中，2009－06－23 T 02:11:45，轉(zhuǎn)速為614．33 r/min。02:11:55，轉(zhuǎn)速為 821．15 r/min，升速率計(jì)算為1 236(r/min)/min，而轉(zhuǎn)速閉環(huán)回路最大升速率為500(r/min)/min。#1機(jī)組給定轉(zhuǎn)速、中調(diào)門給定、高調(diào)門給定中間值等168 h試運(yùn)行后，因歷史庫(kù)故障重裝，沒(méi)進(jìn)歷史庫(kù)而無(wú)歷史趨勢(shì)進(jìn)行分析，只能對(duì)DEH控制邏輯進(jìn)行分析并相關(guān)點(diǎn)加進(jìn)歷史庫(kù)。

2009年9月10 日，#1機(jī)組再次啟動(dòng)，此時(shí)相關(guān)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)完善，沖轉(zhuǎn)時(shí)也投入暖機(jī)方式，重復(fù)出現(xiàn)6月23日中調(diào)門突開(kāi)轉(zhuǎn)速飛升問(wèn)題。查歷史趨勢(shì)，2009－06－23 T 12:48:38轉(zhuǎn)速設(shè)定值達(dá)400 r/min，12:49:14實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)400 r/min，調(diào)門總給定為21．70%。查操作員記錄，12:48:49運(yùn)行人員按GO按鈕，設(shè)定值開(kāi)始上升，12:50:44中調(diào)門突然開(kāi)啟。

圖1為2009年6月23日凌晨沖轉(zhuǎn)過(guò)程放大趨勢(shì)，在這次中調(diào)門突然開(kāi)啟的過(guò)程中，轉(zhuǎn)速上升特別快，02:11:45，轉(zhuǎn)速為 614．33 r/min，02:11:55，轉(zhuǎn)速為821．15 r/min，升速率為1236(r/min)/min。圖2為2009－09－10 T 12:50:44中調(diào)門突然開(kāi)啟的趨勢(shì)，圖3為2009－09－10 T 12:49:44高調(diào)門開(kāi)度指令鎖定14．11%。

3 DEH相關(guān)邏輯分析

針對(duì)上述情況，對(duì)DEH相關(guān)邏輯進(jìn)行了分析解讀。在暖機(jī)運(yùn)行方式投入且實(shí)際轉(zhuǎn)速小于400 r/min時(shí)，升速率自動(dòng)切為30(r/min)/min，升速切換邏輯如圖4所示。

(1)暖機(jī)在400 r/min內(nèi)，實(shí)際轉(zhuǎn)速大于400 r/min，30 s后信號(hào)為1。暖機(jī)在400 r/min內(nèi)，保持1 min，信號(hào)為實(shí)際轉(zhuǎn)速大于400 r/min，30 s后發(fā)出一60 s脈沖，即實(shí)際轉(zhuǎn)速大于400 r/min，90 s后此信號(hào)為0，暖機(jī)邏輯如圖5所示。

(2)實(shí)際轉(zhuǎn)速大于400 r/min，90 s后暖機(jī)，發(fā)出0．2 s脈沖信號(hào)置位進(jìn)行信號(hào)，即自動(dòng)GO。暖機(jī)控制方式時(shí)給定轉(zhuǎn)速大于400 r/min時(shí)發(fā)出1 s脈沖復(fù)位進(jìn)行信號(hào)，即自動(dòng)保持，設(shè)定值將保持不變，進(jìn)行保持邏輯如圖6所示。

(3)實(shí)際轉(zhuǎn)速大于400 r/min，30 s后高調(diào)門開(kāi)度保持自鎖，閥門開(kāi)度切換邏輯如圖7所示。

上述邏輯為:中壓缸啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)，暖機(jī)控制時(shí)中調(diào)門開(kāi)度一直為0。實(shí)際轉(zhuǎn)速大于400 r/min，30 s后且設(shè)暖機(jī)400 r/min，保持在1min內(nèi)，即實(shí)際轉(zhuǎn)速大于400 r/min時(shí)，90 s后中調(diào)門開(kāi)度從0切換為調(diào)門總給定減去高調(diào)門總給定中間值。

4 轉(zhuǎn)速飛升原因分析及處理方法

圖1 鍋爐沖轉(zhuǎn)過(guò)程放大趨勢(shì)

2009－09－10 T 12:48:38，轉(zhuǎn)速設(shè)定值達(dá)400 r/min，發(fā)自動(dòng)保持指令，轉(zhuǎn)速設(shè)定值不變調(diào)門總給定為16．18%。查操作員記錄:12:48:49，運(yùn)行人員按GO按鈕，轉(zhuǎn)速設(shè)定值開(kāi)始上升，調(diào)門總給定開(kāi)始增加。12:49:14，實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)400 r/min，給定轉(zhuǎn)速412 r/min，調(diào)門總給定為17．05%，高調(diào)門給定為17．05%，中調(diào)門給定為0，升速率由強(qiáng)制30(r/min)/min切為150(r/min)/min。12:49:44，調(diào)門總給定已上升到20．43%，高調(diào)門開(kāi)度指令鎖定，此后一直為17．05%，中調(diào)門給定為 0．90 s，12:50:44，中調(diào)門給定指令從0切為調(diào)門總給定減去高調(diào)門給定。12:50:45，中調(diào)門給定切為 14．86%，12:50:46，中調(diào)門給定15．22%，此時(shí)轉(zhuǎn)速飛升上揚(yáng)，因轉(zhuǎn)速PID閉環(huán)控制，12:50:48，中調(diào)門開(kāi)度為0，給定轉(zhuǎn)速645．73 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)483．96 r/min。12:50:49，中調(diào)門開(kāi)度為12．58%，實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)489．10 r/min。12:50:50，中調(diào)門開(kāi)度為 23．65%，實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)650．73 r/min。12:50:51，中調(diào)門開(kāi)度為 29．00%，實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)653．23 r/min。隨后中調(diào)門開(kāi)始關(guān)閉，但轉(zhuǎn)速無(wú)法控制仍在上升，12:50:56，中調(diào)門開(kāi)度為20．82%，實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)945 r/min，最后手動(dòng)打閘停轉(zhuǎn)。

圖7 閥門開(kāi)度切換邏輯

結(jié)合邏輯分析，在2次沖轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的中調(diào)門突然開(kāi)啟導(dǎo)致升速過(guò)快的原因大致如下:在暖機(jī)運(yùn)行方式投入期間，運(yùn)行人員在自動(dòng)暖機(jī)在1min保持期間內(nèi)人工干預(yù)，點(diǎn)擊“自動(dòng)控制”畫面的“進(jìn)行/保持”按鈕，將其置為“進(jìn)行”狀態(tài)，此后給定轉(zhuǎn)速自動(dòng)以設(shè)定的升速向目標(biāo)轉(zhuǎn)速逼近上升，總調(diào)門給定一直往上增加，而實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)400 r/min，30 s后高調(diào)門給定被邏輯鎖定，即總調(diào)門給定與高調(diào)門給定之差一直在增加，暖機(jī)1min結(jié)束后，中調(diào)門給定由0切換為總調(diào)門給定與高調(diào)門給定之差，故中調(diào)門快速開(kāi)啟，轉(zhuǎn)速急劇上升，轉(zhuǎn)速控制回路動(dòng)作，關(guān)閉中調(diào)門后，轉(zhuǎn)速仍無(wú)法下降。若沒(méi)有運(yùn)行人為干預(yù)，在給定轉(zhuǎn)速400 r/min時(shí)自動(dòng)保持，設(shè)定值將保持不變，總調(diào)門給定值保持不變，實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)400 r/min，30 s后，高調(diào)門鎖定為總調(diào)門給定值，中調(diào)門給定為零，這樣實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)400 r/min，90 s后，中調(diào)門切換前后均為零，無(wú)擾切換，只有發(fā)出自動(dòng)進(jìn)行信號(hào)，轉(zhuǎn)速給定值按相應(yīng)升速率變化時(shí)，中調(diào)門才緩慢開(kāi)起控制轉(zhuǎn)速。

廠家說(shuō)明書中指出了汽機(jī)暖機(jī)轉(zhuǎn)速通常定為1500 r/min和3000 r/min，故目標(biāo)值通常設(shè)為1 500 r/min和3000 r/min，到達(dá)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值后，可自動(dòng)停止升速進(jìn)行暖機(jī)。若在升速過(guò)程中，需暫時(shí)停止升速，可由操作員發(fā)“保持”指令。在中壓缸啟動(dòng)方式下，可投入“暖機(jī)運(yùn)行”方式。在“自動(dòng)控制”畫面上點(diǎn)擊“暖機(jī)運(yùn)行”，在彈出的窗口中選擇“投入”;再點(diǎn)擊“自動(dòng)/手動(dòng)”按鈕，將控制狀態(tài)改為“自動(dòng)”。但說(shuō)明書中沒(méi)有說(shuō)明“暖機(jī)運(yùn)行”投入時(shí)，轉(zhuǎn)速給定值達(dá)400 r/min會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)保持狀態(tài)，而暖機(jī)1min后程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，故運(yùn)行人員看到自動(dòng)保持后點(diǎn)擊“自動(dòng)控制”畫面的“進(jìn)行/保持”按鈕，將其置為“進(jìn)行”狀態(tài)，從而導(dǎo)致“暖機(jī)運(yùn)行”投入時(shí)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)中調(diào)門突然開(kāi)啟呈現(xiàn)轉(zhuǎn)速飛升的異常情況。

事故分析結(jié)束后，在DEH畫面中增加了“暖機(jī)正在進(jìn)行”顯示，對(duì)運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行了完善，增加了暖機(jī)運(yùn)行過(guò)程的說(shuō)明和操作要求，“暖機(jī)運(yùn)行”投入時(shí)嚴(yán)禁運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)，直至暖機(jī)結(jié)束。

5 結(jié)論

2010年，#2機(jī)組大修結(jié)束，在磨汽封過(guò)程中，投入“暖機(jī)運(yùn)行”，暖機(jī)結(jié)束后，中調(diào)門沒(méi)有出現(xiàn)突然開(kāi)啟的情況，也沒(méi)有出現(xiàn)異常升速的情況，轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定。事實(shí)證明，暖風(fēng)邏輯合理，事故原因分析準(zhǔn)確。