600MW汽輪機DEH故障分析及處理

瞿七九

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 惠來 515223)

汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)是控制汽輪機啟動、升速和發(fā)電運行的設(shè)備。該系統(tǒng)以數(shù)字計算機作為控制器，以電液轉(zhuǎn)換器、高壓抗燃油系統(tǒng)和油動機作為執(zhí)行器，對汽輪機實行自動控制。其主要功能包括：啟動前的準備控制，運行方式的選擇，轉(zhuǎn)速、負荷控制以及機組保護等。如果DEH系統(tǒng)發(fā)生異常，將嚴重影響機組的安全和穩(wěn)定運行。對機組運行過程中DEH系統(tǒng)的常見問題進行分析，指出導致故障的原因，并給出應采取的措施，保證DEH系統(tǒng)的正常運行，為在建電廠和運行中的機組提供借鑒。

1 機組中壓聯(lián)合汽閥活動試驗不成功

1.1 故障現(xiàn)象

2008-05-05，某廠2號機組做中壓聯(lián)合汽閥活動試驗。在做左側(cè)試驗時，當閥門關(guān)到7 %時，右側(cè)中壓調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，1 s以后又重新開啟，閥門活動試驗失敗。

1.2 原因分析

閥門活動試驗過程如下:左側(cè)試驗時，ICVL以10 %/s的速率從全開位向全關(guān)位動作，當關(guān)到10 %時，快關(guān)閥帶電，全關(guān)到零位。接著，RSVL試驗電磁閥帶電，RSVL從全開位向全關(guān)位動作。當RSVL關(guān)到10 %時，RSVL快關(guān)閥帶電，全關(guān)到零位。然后，RSVL試驗電磁閥及快關(guān)閥失電，RSVL從全關(guān)位向全開位動作。接著，ICVL快關(guān)閥失電，ICVL以10 %/s的速率從全關(guān)位向全開位動作。右側(cè)活動試驗同左側(cè)。

在做左側(cè)閥門活動時,ICVL以10 %/s的速率從全開位關(guān)到10 %,此時快關(guān)電磁閥帶電，右側(cè)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。結(jié)合2008-01-23和2008-02-09做右側(cè)閥門活動試驗時，ICVR以10 %/s的速率從全開位關(guān)到10 %時，快關(guān)電磁閥帶電，左側(cè)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的情況可以推斷：左、右側(cè)調(diào)節(jié)閥的快關(guān)電磁閥的接線接反了。

1.3 防范措施

(1) 檢查左、右側(cè)快關(guān)電磁閥的接線是否正確。

(2) 檢查閥門活動試驗邏輯是否完整。

(3) 在閥門活動試驗時，減小指令的變化速率，使閥位反饋能采集到在10 %位置時的信號。

2 機組高壓主汽閥活動試驗時跳閘

2.1 故障現(xiàn)象

2009-02-16，2號機組負荷為299 MW，主汽壓為14.66 MPa，鍋爐給水流量為807 t/h，給煤量為116 t/h，主汽溫度為567 ℃，A，B小機運行，A，C，D，F(xiàn)磨煤機運行，其他輔機正常運行。13:22～13:26，主機做左、右側(cè)中壓聯(lián)合閥門活動試驗，閥門動作正常。13:27:16，開始做右側(cè)高壓主汽門閥門活動試驗；當右側(cè)高壓主汽門關(guān)到位時，發(fā)電機跳閘，汽輪機跳閘，同時鍋爐MFT動作，其他輔機跳閘正常。隨后查看報警信息和趨勢圖發(fā)現(xiàn)，汽輪機首先跳閘，連跳發(fā)電機，使鍋爐MFT動作。

2.2 原因分析

事故發(fā)生后，熱控人員迅速查看報警信息、趨勢圖和相關(guān)的邏輯。查看汽輪機已跳閘信號的邏輯：汽輪機已跳閘(DEH的EH油壓力低于3.9 MPa，“三取二”作為跳閘信號)；任一中壓主汽門關(guān)，同時任一高壓主汽門關(guān)。當上述任一信號觸發(fā)時，將作為汽輪機已跳閘信號，并連跳發(fā)電機。汽輪機跳閘后，發(fā)現(xiàn)A側(cè)中壓主汽門的關(guān)限位信號一直存在。13:27:16，做右側(cè)高壓主汽門閥門活動試驗時關(guān)到位信號觸發(fā)，滿足“任一中壓主汽門關(guān)，同時任一高壓主汽門關(guān)”的觸發(fā)邏輯，觸發(fā)汽輪機已跳閘信號，導致發(fā)電機跳閘，同時連跳汽輪機，鍋爐MFT動作。

對A側(cè)中壓主汽門的關(guān)限位開關(guān)進行檢查發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部有水滴。此時測量常開觸點的電阻為240 Ω，觸點閉合。更換新的限位開關(guān)后工作正常，并對有泄漏的地方進行了封堵。初步分析，開關(guān)內(nèi)部有水滴的原因為：該閥門旁邊有BDV閥，機組運行時此閥門漏汽，長時間積累且水蒸氣凝結(jié)，導致開關(guān)觸點誤閉合。

2.3 防范措施

(1) 中壓主汽門和高壓主汽門的就地開、關(guān)的限位開關(guān)分為2路，分別接到DCS系統(tǒng)和DEH系統(tǒng)。DEH系統(tǒng)的開、關(guān)反饋在畫面上只是作為顯示用，而DCS系統(tǒng)的關(guān)反饋經(jīng)過邏輯運算后作為汽輪機已跳閘信號，同時也作為再熱器保護中“主汽門關(guān)信號”。由于DCS畫面沒有顯示，不利于運行人員的監(jiān)視，因此應在DCS系統(tǒng)邏輯中增加各調(diào)節(jié)閥和主汽閥的開、關(guān)網(wǎng)點，同時在DCS畫面上增加監(jiān)視點。

（2) 對高壓主汽門和高壓調(diào)節(jié)閥做閥門活動試驗時，需滿足：

① 所有HSS03卡件正常；

② 負荷在250～350 MW；

③ 機組不在鍋爐主控方式；

④ 發(fā)電機出口斷路器閉合；

⑤ 所有高壓和中壓主汽門全開；

⑥ DEH在自動方式。

其中第⑤條中所引用的是現(xiàn)場到DEH系統(tǒng)的測點，因此把現(xiàn)場到DCS的測點也添加到此條件中，從而防止信號誤動作引起的機組跳閘。

(3) 對主機的主汽門和調(diào)節(jié)門的限位開關(guān)進行全面檢查，看是否存在同樣的問題。若存在同樣的問題，則對有問題的開關(guān)進行更換，并檢查其密封性是否良好。

3 機組閥門活動時閥門跳變

3.1 故障現(xiàn)象

2009-03-02，2號機組負荷為299 MW，汽輪機為本地功率回路自動方式，主汽壓為14 MPa，鍋爐給水流量為807 t/h，給煤量為116 t/h，主汽溫度為566 ℃，A，B小機運行，其他輔機運行正常。14:10～14:58，主機做閥門活動試驗，在高壓調(diào)節(jié)閥閥門活動試驗結(jié)束時，該閥門的閥位發(fā)生跳變，后恢復正常。CV2，CV3，CV4都出現(xiàn)過同樣的問題，同時在2009-02-23做閥門活動試驗時也存在同樣的情況。

3.2 原因分析

CV閥活動試驗過程：在PGP操作員站上按下“試驗按鈕”和“CV活動試驗按鈕”后，閥門活動試驗開始。該CV閥指令鎖定當前值，然后以0.333 %/s的速率關(guān)閉閥門。當閥位關(guān)到10 %時，該閥的快關(guān)電磁閥得電，全關(guān)到零位，閥門活動試驗結(jié)束。隨后，該閥的快關(guān)閥失電，CV閥以0.333 %/s的速率從全關(guān)位開到該閥的鎖定位置，同時切換到正常調(diào)節(jié)回路，接受“手動參考指令”。

主機在做閥門活動試驗過程中，投入功率回路，維持機組負荷穩(wěn)定。當鍋爐燃燒不穩(wěn)或汽輪機的調(diào)節(jié)閥在做閥門活動試驗時，都對負荷有擾動，在投入功率回路的情況下，“手動參考指令”不能維持穩(wěn)定，當閥門活動試驗結(jié)束，該閥切換到正常調(diào)節(jié)回路時，指令存在跳變的情況，導致閥門波動。

3.3 防范措施

為了維持機組負荷穩(wěn)定，同時也防止閥門指令跳變，在閥門活動試驗結(jié)束，該閥切換到正常調(diào)節(jié)回路時，增加速率限制(改為0.333 %/s，對CV1，CV2，CV3，CV4），這樣在“手動參考指令”發(fā)生變化時，閥門指令不會跳變，而是緩慢變化，同時也不影響機組正常負荷調(diào)節(jié)。

4 機組DEH調(diào)門、主汽門突關(guān)

4.1 故障現(xiàn)象

2010-03-12T11:22:38，1號機組DEH調(diào)門、主汽門突然關(guān)閉了一下，約2 s后自動恢復正常，對機組負荷未造成影響。

調(diào)門和主汽門的關(guān)閉使機組的CCS切除、AGC退出、VV閥打開。經(jīng)查記錄發(fā)現(xiàn)，DEH的左側(cè)主汽門指令由原來的98.15 %關(guān)到-1.5 %，REFERENCE、LOAD REFERENCE由原來的86 %關(guān)到0、手動參考指令MANUALREF由原來的86 %關(guān)到0，EH油壓有微小的波動(11.29～10.92 MPa)，其他相關(guān)變量未查到記錄。

4.2 原因分析

由于可查到的記錄量太少，無法直接找到原因，通過排除法分析可能是一個RUN信號發(fā)生通訊翻轉(zhuǎn)造成本次的調(diào)門、主汽門突關(guān)一下。同時，RUN信號由M4控制器通訊到M2時，在M2控制器內(nèi)用了2個DI/B塊來取同一個RUN，這種設(shè)計是不允許的，可能會引起意想不到的情況發(fā)生。經(jīng)檢查，還有其他信號采用這種通訊方式，這是不允許的，根據(jù)編譯有“Input reference has already been accessed”報警信號。這個報警是不能忽略的，應該處理好(經(jīng)查，M2控制器有6處；M4控制器有8處)。這可能是當初將3對控制器改為2對控制器后，邏輯合并時沒有理順造成的。

因引起主汽門關(guān)閉的原因較少，可以從主汽門著手查找排除。由邏輯分析可以看到，RUN信號由M4控制器通訊到M2控制器時，在M2控制器內(nèi)用了2個DI/B塊來取同一個RUN，這種設(shè)計是不允許的。當M2控制器第1個DI/B(塊號564，送到M2控制器后交叉參考為：RUN OSP)讀取M4控制器的RUN信號后，其通訊內(nèi)部可能會清零。當M2控制器第2個DI/B(塊號614,送到M2控制器后交叉參考為：RUN AUTO)再讀取M4控制器的RUN信號，就有可能會出錯。當RUN AUTO信號發(fā)生短暫翻轉(zhuǎn)時，就會出現(xiàn)與本次現(xiàn)象一樣的調(diào)門和左側(cè)主汽門突關(guān)到0的情況。

4.3 防范措施

(1) 更正DEH不同控制器間不恰當?shù)耐ㄓ嵎绞?。當同一個控制器通過多個DI/B(或DI/L，AI/B等)取另一個控制的同一個變量時，會造成數(shù)據(jù)通訊的不穩(wěn)定，往往會造成排在后面塊號的DI/B取不到數(shù)據(jù)而變得不穩(wěn)定。

(2) 邏輯修改原則。刪除多余的DI/B或AI/B塊，保留塊號較小的那個塊，以實現(xiàn)DEH邏輯運算的順序不會改變。這點非常重要，因為DEH對塊的執(zhí)行順序是有嚴格要求的，DEH的塊號順序改變后，會引起不正確的邏輯發(fā)生。

5 機組GV3故障報警

5.1 故障現(xiàn)象

2011年5～6月，1號機組DEH系統(tǒng)的3號調(diào)門(GV3)控制卡(HSS03卡)相繼出現(xiàn)了3次故障。在采取了更換卡件、LVDT、預制電纜，并對GV3相關(guān)接線進行了搖絕緣測試等措施后，故障依然無法消除，對機組安全運行造成威脅。

GV3調(diào)門各種報警信號的邏輯處理原理如圖1所示。

圖1 調(diào)門狀態(tài)報警信號的邏輯處理原理

2011-05-22晚，1號機組DEH系統(tǒng)GV3發(fā)出SEC1，SEC2故障的報警，現(xiàn)場GV3調(diào)門全開。SEC1，SEC2故障是指現(xiàn)場反饋回來的LVDT次級線圈信號在HSS03卡內(nèi)部判斷出現(xiàn)異常。處理時，更換了GV3控制卡(HSS03)后正常。

2011-06-07，1號機組DEH系統(tǒng)GV3發(fā)出A/D、D/A狀態(tài)故障。其故障特點是經(jīng)常出現(xiàn)一個異常故障，然后又能自動恢復正常，而現(xiàn)場的調(diào)門則沒有太大變化。處理時，更換了GV3閥門控制卡HSS03、LVDT傳感器、伺服閥；對GV3的控制接線、LVDT接線等進行了搖絕緣檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，可排除接線問題；在DEH機柜側(cè)測量2路伺服閥控制線圈電阻，電阻值正常且阻值穩(wěn)定，沒有異常，可排除接線不穩(wěn)定問題。經(jīng)處理后，GV3恢復正常。

2011-06-08，GV3又偶爾發(fā)出輸出1狀態(tài)、輸出2狀態(tài)同時故障，有時還伴有微處理器故障(為HSS03卡離線后的卡件硬手動控制方式)。其故障特點是故障報警閃一下，持續(xù)時間不超過2 s，又自動恢復正常。

5.2 原因分析

從各次故障的處理情況來看，更換了HSS03卡、LVDT、伺服閥、預制電纜，測量接線過絕緣電阻，測量過伺服閥線圈及其接線連成的回路電阻，均沒有發(fā)現(xiàn)問題。從故障的類型來看，3次各不相同，沒有共同點。綜合分析后認為，很可能是卡件質(zhì)量不穩(wěn)定，或是卡件背板不穩(wěn)定，造成GV3頻頻故障。若是接線端子板存在故障，則不會出現(xiàn)卡件離線的故障，故端子板故障的可能性不大。

由于ABB的HSS03卡電路設(shè)計太過復雜，電源設(shè)計與現(xiàn)場沒有很好地匹配，除受到現(xiàn)場因素的影響外，本身的功耗也較高，所以其故障率較高來應對。

5.3 防范措施

卡件故障的根本原因是卡件的質(zhì)量或背板有問題，造成卡件出現(xiàn)短時離線，建議采取如下對策。

（1) 因為HSS03卡本身設(shè)計就存在較多缺陷，質(zhì)量不穩(wěn)定，建議采用檢測過程嚴格、質(zhì)量較好的正規(guī)公司的全新的HSS03卡，不建議使用返修卡。

（2) 在機組2010年底的小修過程中，對HSS03卡進行了調(diào)整，設(shè)置了2路LVDT自動切換功能，調(diào)高了LVDT的激勵電壓。由于國產(chǎn)LVDT的內(nèi)阻較大，會大幅度增加HSS03卡的功耗，故障的幾率，因此在運行中要注意觀察；若發(fā)現(xiàn)HSS03卡故障率較高，則建議調(diào)低LVDT激勵電壓，同時也可以降低控制輸出電流的幅度，如原來設(shè)計的±40 mA輸出，可以改為±32 mA或更低，以降低HSS03卡的功耗。

1 盛賽斌．控制設(shè)備及系統(tǒng)[D].武漢：武漢大學2005(07).

2 上海新華公司．電站汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)-DEH[M].北京：中國電力出版社，2005.