300 MW機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制故障分析和處理措施

李興照，宋國鋒，陳淑琴，海廣星

(河南第一火電建設(shè)公司，河南 鄭州 450012)

1 數(shù)字電液控制系統(tǒng)概況

鞏義豫聯(lián)電廠#6機(jī)組(300 MW)汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的 C300/264－16.7/1.0/537/537型亞臨界中間再熱、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEH(Digital Electro-Hydraulic Control System)由東方電氣自動控制工程有限公司供貨，采用Symphony分散控制系統(tǒng)。

1.1 DEH轉(zhuǎn)速控制組成

DEH轉(zhuǎn)速控制由轉(zhuǎn)速控制PID、就地轉(zhuǎn)速信號、目標(biāo)值、升速率、轉(zhuǎn)速設(shè)定值、流量指令(%)、閥門曲線、伺服閥和調(diào)門組成。

(1)轉(zhuǎn)速控制PID:運(yùn)算轉(zhuǎn)速設(shè)定值與就地轉(zhuǎn)速信號的偏差并消除偏差的比例積分控制器。

(2)就地轉(zhuǎn)速信號:測量汽輪機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，為確保測量可靠、防止干擾，為三取中值處理過的轉(zhuǎn)速信號。

(3)目標(biāo)值:汽輪機(jī)要達(dá)到的轉(zhuǎn)速值，由運(yùn)行人員根據(jù)需要輸入。

(4)升速率:每分鐘所要求的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速改變值，由運(yùn)行人員根據(jù)需要輸入。

(5)轉(zhuǎn)速設(shè)定值:由目標(biāo)值向新目標(biāo)值變化的中間值，由升速率決定其改變的快慢，在邏輯運(yùn)算中它與就地轉(zhuǎn)速信號相比較，其偏差值由PID來運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為流量指令，用此決定調(diào)門的開或關(guān)。

(6)流量指令:汽輪機(jī)的蒸汽流量需求量，其值為0%～100%。

(7)閥門曲線:流量指令分配各個調(diào)門開度的函數(shù)，流量指令通過每個調(diào)門的閥門曲線對應(yīng)出其調(diào)門開度指令(0% ～100%)。

(8)伺服閥:接受調(diào)門開度指令來驅(qū)動就地調(diào)門。

(9)調(diào)門:包含閥體及液壓控制部分，由伺服閥來驅(qū)動開或關(guān)。

1.2 DEH轉(zhuǎn)速控制操作步驟

(1)點(diǎn)擊“復(fù)位”按鈕，汽輪機(jī)復(fù)位(即掛閘)。

(2)點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，開主汽門與中壓主汽門。

(3)點(diǎn)擊“自動”按鈕，選擇自動方式。

(4)輸入目標(biāo)值、升速率。

(5)點(diǎn)擊“進(jìn)行”按鈕，汽輪機(jī)開始按照所設(shè)定的升速率向新目標(biāo)值靠近，操作完成。

2 故障現(xiàn)象

#6機(jī)組在進(jìn)行汽輪機(jī)超速保護(hù)控制單元OPC(Overspeed Protect Controller)試驗(yàn)時，機(jī)組轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)定，OPC反復(fù)動作3次，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到3 105 r/min，導(dǎo)致手動打閘停機(jī)。在汽輪機(jī)惰走期間決定再次掛閘啟動，出現(xiàn)汽輪機(jī)“掛閘”復(fù)位后，點(diǎn)擊“自動”指令，還沒有輸入“轉(zhuǎn)速目標(biāo)值”和點(diǎn)擊“進(jìn)行”按鈕，就地調(diào)門卻突然開啟，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速隨之飛升，變化曲線如圖1所示。

3 故障分析

作者通過故障現(xiàn)象分析認(rèn)為，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速飛升的原因主要有就地轉(zhuǎn)速信號擾動、就地調(diào)門/油系統(tǒng)異常、伺服閥異常和內(nèi)部邏輯錯誤等。

按照以上所列原因逐一進(jìn)行檢查和排查:

(1)檢查就地轉(zhuǎn)速測量回路，正確可靠;查看各個轉(zhuǎn)速測量的歷史曲線，沒有發(fā)現(xiàn)擾動現(xiàn)象，此原因排除;

(2)檢查就地油系統(tǒng)、調(diào)門，結(jié)果正常;在關(guān)閉主汽門、中壓主汽門后，依次單個實(shí)際開關(guān)就地調(diào)門，結(jié)果正常，此原因排除;

圖1 變化曲線

(3)檢查伺服閥信號正常;在關(guān)閉主汽門、中壓主汽門后，依次單個實(shí)際開關(guān)就地調(diào)門，結(jié)果正常，此原因排除;

(4)再次分析事故曲線發(fā)現(xiàn)，“掛閘”、“運(yùn)行”都沒問題，點(diǎn)擊“自動”時流量指令有個階躍，調(diào)門開啟轉(zhuǎn)速隨之飛升，證明問題出現(xiàn)在邏輯內(nèi)部。

作者做仿真試驗(yàn)且多次模擬汽輪機(jī)惰走工況，在不同轉(zhuǎn)速下點(diǎn)擊“復(fù)位”－“運(yùn)行”－“自動”按鈕，DEH畫面顯示目標(biāo)值、設(shè)定值自動置為當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速值(即汽輪機(jī)惰走時的轉(zhuǎn)速)，但邏輯內(nèi)部流量指令階躍一直存在，說明問題出在邏輯的PID運(yùn)算部分。隨即對PID運(yùn)算邏輯進(jìn)行重點(diǎn)檢查，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)擊“自動”按鈕PID開始運(yùn)算的瞬時，轉(zhuǎn)速設(shè)定值仍為零(實(shí)際應(yīng)為汽輪機(jī)惰走時的轉(zhuǎn)速)，這樣PID運(yùn)算的偏差就為實(shí)際轉(zhuǎn)速，偏差很大，所以PID的輸出值就會產(chǎn)生一個很大的階躍。

產(chǎn)生這個現(xiàn)象的原因是DEH組態(tài)內(nèi)部的運(yùn)算有個周期，1個周期為250 ms，在這個運(yùn)算周期內(nèi)其各個功能塊的執(zhí)行也有個先后順序(即時序)，在這里也就是其先執(zhí)行了PID的自動運(yùn)算功能，然后才把轉(zhuǎn)速設(shè)定值選為實(shí)際轉(zhuǎn)速值;DEH畫面顯示及圖1曲線所顯示的目標(biāo)值、設(shè)定值自動置為當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速值，是因?yàn)楫嬅媾c曲線的更新速度慢(更新速度為1 s)，所以才產(chǎn)生了這樣一個故障現(xiàn)象，導(dǎo)致單從邏輯組態(tài)的正確與否方面很難發(fā)現(xiàn)其問題。汽輪機(jī)第1次沖轉(zhuǎn)正常，是因?yàn)闄C(jī)組從零轉(zhuǎn)速開始升速，掩蓋了該問題。

4 故障處理措施

正確的DEH控制邏輯是當(dāng)汽輪機(jī)掉閘后，目標(biāo)值、設(shè)定值、流量指令全部為零，汽輪機(jī)運(yùn)行方式為手動，PID運(yùn)算控制器輸出值強(qiáng)制跟蹤為零，即此時流量指令值為零。當(dāng)汽輪機(jī)“復(fù)位”、“運(yùn)行”后需要點(diǎn)擊“自動”按鈕來選擇自動方式，此時目標(biāo)值、設(shè)定值自動置為當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速值，PID運(yùn)算控制器開始運(yùn)算，這樣流量指令、調(diào)門就不會發(fā)生突變。

根據(jù)事故分析結(jié)果可知，要消除該故障現(xiàn)象，就要把轉(zhuǎn)速設(shè)定值選為實(shí)際轉(zhuǎn)速的執(zhí)行時序放在轉(zhuǎn)速控制PID置為自動之前。

(1)處理要求:在“自動”按鈕所觸發(fā)的置PID自動指令后面加1個時間滯后塊，時間滯后的長短既要使轉(zhuǎn)速設(shè)定值選為實(shí)際轉(zhuǎn)速的執(zhí)行時序放在轉(zhuǎn)速控制PID置為自動之前，又要使設(shè)定值與實(shí)際轉(zhuǎn)速不能偏差太大(期間汽輪機(jī)一直在惰走)。

(2)處理措施:通過仿真模擬試驗(yàn)后，最終確定滯后時間為0.1 s。

(3)處理效果:邏輯修改后，#6機(jī)組于2009年7月2日再次啟動，汽輪機(jī)OPC試驗(yàn)正常，轉(zhuǎn)速控制良好。其控制曲線如圖2所示。

圖2 邏輯修改后的控制曲線

5 結(jié)束語

此次DEH轉(zhuǎn)速控制故障是由DEH組態(tài)內(nèi)部的功能塊運(yùn)算時序不合理引起的，所以，在審查邏輯組態(tài)時，不但要檢查組態(tài)的正確性，而且要檢查各功能塊執(zhí)行時序的合理性(即功能塊的塊號合理性)，以避免此類故障的發(fā)生。

［1］畢華南，李紅艷.給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用及啟動中的問題分析［J］.華電技術(shù)，2009，31(7):50－52.