数字电调系统中调门突开原因分析

2011-07-30曾爱平

综合智慧能源 2011年11期

曾爱平

(湖南华电长沙发电有限公司，湖南长沙 410203)

1 数字电调系统概况

数字电调系统 DEH(Digtal Electric Hydruaulic System)的主要作用是控制汽轮发电机组的转速和功率，从而满足电厂供电的要求。

机组在启动和正常运行过程中，DEH接收协调控制系统CCS(Coordinated Control System)指令或操作人员通过人机接口所发出的增、减指令，采集汽轮机发电机组的转速和功率以及调节阀的位置反馈等信号，进行分析处理，综合运算，输出控制信号到电液伺服阀，改变调节阀的开度，以控制机组的运行。机组默认的启动方式为中压缸启动方式，但是，在机组已挂闸但未运行的条件下，可根据实际情况选择高压缸启动。

机组在升速过程中(即机组没有并网)，DEH通过转速控制回路来控制机组升转速，直到实际转速和目标转速相等为止。当DEH接收到在“同期请求”信号后，实际转速根据自动同期装置来的“同期增”、“同期减”信号增减转速，直到并网为止。机组并网以后，可通过投入功率控制回路或主汽压力控制回路进行升负荷。在升负荷过程中，当中压缸启动时，实际负荷增加到120MW。在高压缸启动时，负荷指令增加到60MW后，可通过投入CCS来控制负荷增、减，也可以通过手动设定阀位指令来增、减负荷。

DEH控制系统处理机FCP270配置为2对:第1对定义为基本控制站(CP10D1)，完成超速保护和汽轮机基本控制功能;第2对定义为 ATC控制站(CP10D2)，完成汽轮机自动温度控制ATC(Automatic Temperature Control)和在线试验的功能。阀门配置为2个高压主汽门、4个高压调门、2个中压主汽门、2个中压调门。汽轮机冲转前，可选择对高压调节阀阀壳预暖。当高压调节阀阀壳预暖功能投入时，右侧高压主汽阀微开，可同时对4个高压调节阀阀壳进行预暖。在汽轮发电机组并网前，DEH为转速闭环无差调节系统，其设定点为给定转速。给定转速与实际转速之差经PID调节器运算后，通过伺服系统控制油动机开度，使实际转速跟随给定转速变化。转速控制器计算产生阀门的流量指令，该指令通过阀门流量曲线分配以产生每一高调门及中调门的开度指令。高/中压缸联合启动时，中调门一开始就接近全开，依靠高调门进行转速调节。中压缸启动时，若选择暖机运行方式，机组转速在400 r/min以下时，高调门微开进行高压缸暖机;当转速大于400 r/min时，高调门开度不变，中调阀打开;若不选择暖机运行方式，则高调门不开启，仅开启中压调门。操作员设定的升速率为 0～500(r/min)/min，操作员未设定的情况下，冷态启动时升速率为100(r/min)/min，温态启动时升速率为150(r/min)/min，热态、极热态启动时升速率为300(r/min)/min，在临界转速区内，升速率为 300(r/min)/min。

2 DEH中调门突然开启的过程

2009年4 月，#1机组首次大修，为了提高机组效率，在大修期间进行了汽封间隙改造。2009年6月23日，#1机组大修后首次开机，为了磨汽封间隙，第1次、第2次冲转都将目标转速设在600 r/min。机组冲转前投入了“暖机方式”，实际转速超过400 r/min，暖机转速继续上升，高调门开度保持，中调门一直处于关闭状态。过了一段时间，总的调门给定上升到一定值，中调门给定从0突然快开，引起转速猛增，后中压调门又猛关，转速仍然往上升，此时高调门开度一直保持，转速无法控制。最终因原因未查明，只能直接升速而未在600 r/min时停留。事后将相关数据发给东方汽轮机有限公司自控公司，生产厂家答复:中调门开启速度过快的原因是由于中调门低流量有一个预启阀开度所致。在中调门突开过程中，2009－06－23 T 02:11:45，转速为614．33 r/min。02:11:55，转速为 821．15 r/min，升速率计算为1 236(r/min)/min，而转速闭环回路最大升速率为500(r/min)/min。#1机组给定转速、中调门给定、高调门给定中间值等168 h试运行后，因历史库故障重装，没进历史库而无历史趋势进行分析，只能对DEH控制逻辑进行分析并相关点加进历史库。

2009年9月10 日，#1机组再次启动，此时相关历史数据库已经完善，冲转时也投入暖机方式，重复出现6月23日中调门突开转速飞升问题。查历史趋势，2009－06－23 T 12:48:38转速设定值达400 r/min，12:49:14实际转速达400 r/min，调门总给定为21．70%。查操作员记录，12:48:49运行人员按GO按钮，设定值开始上升，12:50:44中调门突然开启。

图1为2009年6月23日凌晨冲转过程放大趋势，在这次中调门突然开启的过程中，转速上升特别快，02:11:45，转速为 614．33 r/min，02:11:55，转速为821．15 r/min，升速率为1236(r/min)/min。图2为2009－09－10 T 12:50:44中调门突然开启的趋势，图3为2009－09－10 T 12:49:44高调门开度指令锁定14．11%。

3 DEH相关逻辑分析

针对上述情况，对DEH相关逻辑进行了分析解读。在暖机运行方式投入且实际转速小于400 r/min时，升速率自动切为30(r/min)/min，升速切换逻辑如图4所示。

(1)暖机在400 r/min内，实际转速大于400 r/min，30 s后信号为1。暖机在400 r/min内，保持1 min，信号为实际转速大于400 r/min，30 s后发出一60 s脉冲，即实际转速大于400 r/min，90 s后此信号为0，暖机逻辑如图5所示。

(2)实际转速大于400 r/min，90 s后暖机，发出0．2 s脉冲信号置位进行信号，即自动GO。暖机控制方式时给定转速大于400 r/min时发出1 s脉冲复位进行信号，即自动保持，设定值将保持不变，进行保持逻辑如图6所示。

(3)实际转速大于400 r/min，30 s后高调门开度保持自锁，阀门开度切换逻辑如图7所示。

上述逻辑为:中压缸启动冲转，暖机控制时中调门开度一直为0。实际转速大于400 r/min，30 s后且设暖机400 r/min，保持在1min内，即实际转速大于400 r/min时，90 s后中调门开度从0切换为调门总给定减去高调门总给定中间值。

4 转速飞升原因分析及处理方法

图1 锅炉冲转过程放大趋势

2009－09－10 T 12:48:38，转速设定值达400 r/min，发自动保持指令，转速设定值不变调门总给定为16．18%。查操作员记录:12:48:49，运行人员按GO按钮，转速设定值开始上升，调门总给定开始增加。12:49:14，实际转速达400 r/min，给定转速412 r/min，调门总给定为17．05%，高调门给定为17．05%，中调门给定为0，升速率由强制30(r/min)/min切为150(r/min)/min。12:49:44，调门总给定已上升到20．43%，高调门开度指令锁定，此后一直为17．05%，中调门给定为 0．90 s，12:50:44，中调门给定指令从0切为调门总给定减去高调门给定。12:50:45，中调门给定切为 14．86%，12:50:46，中调门给定15．22%，此时转速飞升上扬，因转速PID闭环控制，12:50:48，中调门开度为0，给定转速645．73 r/min，实际转速达483．96 r/min。12:50:49，中调门开度为12．58%，实际转速达489．10 r/min。12:50:50，中调门开度为 23．65%，实际转速达650．73 r/min。12:50:51，中调门开度为 29．00%，实际转速达653．23 r/min。随后中调门开始关闭，但转速无法控制仍在上升，12:50:56，中调门开度为20．82%，实际转速达945 r/min，最后手动打闸停转。

图7 阀门开度切换逻辑

结合逻辑分析，在2次冲转过程中出现的中调门突然开启导致升速过快的原因大致如下:在暖机运行方式投入期间，运行人员在自动暖机在1min保持期间内人工干预，点击“自动控制”画面的“进行/保持”按钮，将其置为“进行”状态，此后给定转速自动以设定的升速向目标转速逼近上升，总调门给定一直往上增加，而实际转速达400 r/min，30 s后高调门给定被逻辑锁定，即总调门给定与高调门给定之差一直在增加，暖机1min结束后，中调门给定由0切换为总调门给定与高调门给定之差，故中调门快速开启，转速急剧上升，转速控制回路动作，关闭中调门后，转速仍无法下降。若没有运行人为干预，在给定转速400 r/min时自动保持，设定值将保持不变，总调门给定值保持不变，实际转速达400 r/min，30 s后，高调门锁定为总调门给定值，中调门给定为零，这样实际转速达400 r/min，90 s后，中调门切换前后均为零，无扰切换，只有发出自动进行信号，转速给定值按相应升速率变化时，中调门才缓慢开起控制转速。

厂家说明书中指出了汽机暖机转速通常定为1500 r/min和3000 r/min，故目标值通常设为1 500 r/min和3000 r/min，到达目标转速值后，可自动停止升速进行暖机。若在升速过程中，需暂时停止升速，可由操作员发“保持”指令。在中压缸启动方式下，可投入“暖机运行”方式。在“自动控制”画面上点击“暖机运行”，在弹出的窗口中选择“投入”;再点击“自动/手动”按钮，将控制状态改为“自动”。但说明书中没有说明“暖机运行”投入时，转速给定值达400 r/min会出现自动保持状态，而暖机1min后程序会自动进行，故运行人员看到自动保持后点击“自动控制”画面的“进行/保持”按钮，将其置为“进行”状态，从而导致“暖机运行”投入时冲转过程中出现中调门突然开启呈现转速飞升的异常情况。

事故分析结束后，在DEH画面中增加了“暖机正在进行”显示，对运行规程进行了完善，增加了暖机运行过程的说明和操作要求，“暖机运行”投入时严禁运行人员手动干预，直至暖机结束。