一起汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥指令波動(dòng)事件原因分析

趙昌智

(中國(guó)大唐集團(tuán)有限公司廣東分公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

目前火電機(jī)組的汽輪機(jī)大都采用數(shù)字電液調(diào)速控制系統(tǒng)(digital electric hydraulic control system,簡(jiǎn)稱DEH)進(jìn)行控制，DEH提供了閥門管理功能[1]。閥門管理程序內(nèi)包含了表征汽輪機(jī)閥門流量特性的相關(guān)函數(shù)，同時(shí)也保證DEH在手自動(dòng)切換、單順閥切換時(shí)閥門控制指令的無(wú)擾。DEH中設(shè)置的汽輪機(jī)閥門流量特性參數(shù)與實(shí)際的閥門流量特性相匹配時(shí)，汽輪機(jī)能表現(xiàn)出較好的調(diào)節(jié)性能，因此在機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行或者閥門解體檢修以后，需要根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)重新計(jì)算并優(yōu)化DEH中的閥門流量特性函數(shù)[2-5]，此時(shí)相應(yīng)的切換、跟蹤回路中的參數(shù)設(shè)置，也應(yīng)與優(yōu)化后的DEH閥門流量特性函數(shù)相匹配。

本文所述事件發(fā)生在某330MW亞臨界發(fā)電機(jī)組，其汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)美國(guó)西屋公司技術(shù)制造的N330-16.7/538/538型汽輪機(jī)，該型汽輪機(jī)為亞臨界、中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)。DEH采用新華電站控制工程有限公司生產(chǎn)的DEH-IIIa型數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。汽輪機(jī)有兩個(gè)高壓主汽閥(TV1/TV2)、四個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥(GV1/GV2/GV3/GV4)、兩個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥(IV1/IV2)。

1 事件過(guò)程

該機(jī)組于2019年2月在降負(fù)荷停機(jī)過(guò)程中，197 MW單閥控制工況時(shí)，工作人員進(jìn)行更換高壓主汽門TV2的閥門伺服控制卡(VCC卡件)的檢修工作，此時(shí)因所有高調(diào)門開度突變導(dǎo)致汽輪機(jī)系統(tǒng)主參數(shù)發(fā)生大幅波動(dòng)，如圖1所示。

圖1 事件過(guò)程參數(shù)變化趨勢(shì)

由圖1可以看出，更換VCC卡后，TV2的卡件故障信號(hào)(TV2F)由0變?yōu)?，各高壓調(diào)節(jié)閥(GV1～GV4)的控制狀態(tài)隨即由自動(dòng)切換至手動(dòng)狀態(tài)(TM信號(hào)由0變?yōu)?)。在切換過(guò)程中，GV1～GV4指令輸出發(fā)生了大幅的突變，如圖1所示，GV的流量修正前指令從故障前的80.13%降至36.18%，GV的跟蹤流量指令從故障前的61.13%降至36.18%，GV閥位輸出指令GVSPO從故障前的26.88%降至9.79%，汽輪機(jī)閥門隨即大幅減小開度，期間由于無(wú)相應(yīng)操作接口，運(yùn)行人員無(wú)法進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷從197MW突降至128MW。

2 DEH控制機(jī)理

在本次異常事件過(guò)程中，出現(xiàn)了高壓調(diào)節(jié)閥GV1～GV4由自動(dòng)狀態(tài)切至手動(dòng)狀態(tài)和GV輸出指令突變導(dǎo)致負(fù)荷突降的現(xiàn)象，以下依次對(duì)兩個(gè)現(xiàn)象出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析。

2.1 高壓調(diào)節(jié)閥切手動(dòng)邏輯

DEH中高壓調(diào)節(jié)閥切手動(dòng)邏輯如圖2所示，切手動(dòng)信號(hào)為REQMAN，當(dāng)REQMAN=1時(shí)，DEH系統(tǒng)被切換至手動(dòng)狀態(tài)。

REQMAN邏輯中，高壓主汽閥TV1/TV2任意一個(gè)處于故障狀態(tài)，或IV1/IV2/GV1/GV2/GV3/ GV4中任意兩個(gè)處于故障狀態(tài)，則DEH系統(tǒng)認(rèn)為此時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)回路已無(wú)法滿足控制需求，信號(hào)REQMAN被置為1。本文所述事件中，即因更換高主閥TV2的VCC卡，TV2的控制裝置發(fā)出故障信號(hào)(TV2F)，導(dǎo)致REQMAN觸發(fā)為1。

圖2 高壓調(diào)節(jié)閥切手動(dòng)邏輯

圖3 閥位指令回路簡(jiǎn)化邏輯

2.2 高壓調(diào)節(jié)閥閥位指令回路

高壓調(diào)節(jié)閥閥位指令(GVSPO)簡(jiǎn)化邏輯如圖3所示。圖中F1(x)為高調(diào)門流量特性函數(shù)，目的為根據(jù)調(diào)門特性以修正各個(gè)高調(diào)門的流量指令，GV1SPO即為DEH輸出的高調(diào)門實(shí)際指令(以GV1為例)。該處邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，為防止因調(diào)門控制切手動(dòng)后，高調(diào)門流量特性函數(shù)前后的指令不對(duì)應(yīng)導(dǎo)致切換時(shí)指令波動(dòng)，故設(shè)置了圖3中的函數(shù)F2(x)，該函數(shù)F2(x)為F1(x)的反函數(shù)。當(dāng)REQMAN變?yōu)?、系統(tǒng)切至汽機(jī)手動(dòng)方式(TM=1)后，調(diào)門的閥位輸出指令GVSPO由GVCMD切到調(diào)門流量跟蹤值GVTRK，此時(shí)F1(x)前后應(yīng)根據(jù)函數(shù)計(jì)算保持一致，確保GVSPO保持不變，實(shí)現(xiàn)手自動(dòng)狀態(tài)的無(wú)擾切換。

3 負(fù)荷突降原因分析

根據(jù)前述對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥門控制機(jī)理的分析，可以還原負(fù)荷突降的過(guò)程：在更換高主閥GV2的VCC卡過(guò)程中，VCC卡件發(fā)出故障信號(hào)TV2F，從而觸發(fā)手動(dòng)請(qǐng)求信號(hào)REQMAN，REQMAN=1導(dǎo)致DEH系統(tǒng)切至手動(dòng)方式(TM=1)。當(dāng)汽輪機(jī)切至手動(dòng)后，調(diào)門的閥位輸出指令GVSPO切到調(diào)門流量跟蹤值GVTRK經(jīng)過(guò)閥門流量特性函數(shù)的輸出。

本機(jī)組DEH中F1(x)、F2(x)參數(shù)設(shè)置如表1所示，調(diào)門指令GVCMD從0～100，對(duì)應(yīng)的調(diào)門流量跟蹤值 GVTRK如圖4所示，可以看出二者之間本應(yīng)為正反函數(shù)的關(guān)系，卻存在較大偏差，因此在任意時(shí)刻發(fā)生切換，均無(wú)法實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)計(jì)的無(wú)擾切換，反而會(huì)造成或者放大出現(xiàn)高調(diào)門指令的變化，從而導(dǎo)致負(fù)荷的振蕩。

本次事件后根據(jù)機(jī)組DEH中各高調(diào)門的流量特性函數(shù)對(duì)指令跟蹤回路的反函數(shù)進(jìn)行了修改，并進(jìn)行了手自動(dòng)切換的多次試驗(yàn)，切換過(guò)程調(diào)門指令保持平穩(wěn)，未再發(fā)生同類事件。

圖4 GVCMD與GVTRK對(duì)應(yīng)關(guān)系

4 總結(jié)

本次事件中，機(jī)組負(fù)荷的異常波動(dòng)是由于DEH切手動(dòng)，高調(diào)門流量特性函數(shù)與生成高調(diào)門流量跟蹤值的流量特性反函數(shù)特性不一致造成的。事件的分析、解決對(duì)于行業(yè)內(nèi)開展DEH高調(diào)門流量特性測(cè)試及優(yōu)化工作具有較強(qiáng)的借鑒意義，即注意每次修改調(diào)門流量特性函數(shù)時(shí)，應(yīng)修改其高調(diào)門指令跟蹤回路的反函數(shù)，保證DEH發(fā)生手自動(dòng)切換時(shí)，高調(diào)門開度指令平穩(wěn)、無(wú)擾。