Ovation系统VP卡件可靠性研究及预控措施

张海卫，周超泉，郭 勇，林逢春，陈荣义，陈长和，赵德虎

（浙江浙能温州发电有限公司，浙江 温州 325600）

0 引言

某电厂8号机组为660MW的超超临界发电机组，于2016年11月投产。汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的660MW超超临界、中间再热式、四缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机，采用高压抗燃油型数字式电液调节（DEH），其控制系统采用了艾默生过程控制公司（原西屋公司）最新一代DEH控制系统OVATION，电子设备采用了上海艾默生公司同版本的OVATION系统，液压系统采用了上海轮机控制工程有限公司成套的高压抗燃油装置。汽轮机共有9只汽阀，它们分别是左右两只高压主汽阀（TV），两只高压调节汽阀（GV），左右两只中压主汽阀（RSV），及两只中压调节汽阀（IV），另外还有1只补汽阀。每只汽阀都有各自独立的控制装置。如图1所示。

VP卡件在DEH OVATION控制器和电动液压伺服阀执行机构之间提供了一个接口，VP卡件产生冗余的输出信号以驱动电液伺服阀执行机构线圈，通过位移传感器收集阀门的位置反馈信号并返回给VP卡件的输入模块，使之与阀位指令保持相等，形成闭环控制。

图1 VP卡件工作原理图Fig.1 Working principle diagram of VP cards

1 故障现象及分析

1.1 中压调门伺服线圈短路故障

8号机组主机#1中压调门IV1_A(SLOT1.1.6)VP卡件处于备用状态，IV1_B(SLOT1.2.3)VP卡件处于工作状态，备卡IV1_A伺服线圈出现短路报警、反馈故障、坏质量报警，线圈电压为0V（工作主卡IV1_B输出伺服线圈电压为-2.166V），表明IV1_A卡件伺服指令回路故障，#1中压调门控制指令回路失去备用，影响机组安全运行。经排查为IV1_A卡件损坏，更换VP卡件后恢复正常。

1.2 高压调门备用VP卡件故障

8号机组主机#2高压调门GV2主VP卡件处于工作状态，GV2备用VP卡件所有指示灯熄灭，主VP卡件线圈电压为-0.9V，阀位显示27%。确定GV2备用VP卡件故障，#2高压调门控制指令回路失去备用，影响机组安全运行。经排查为GV2备用VP卡件故障失电，更换VP卡件后恢复正常。

1.3 高压调门反馈异常

8号机组主机#1高压调门GV1第二路反馈异常。查看DEH画面和历史曲线，发现GV1第二路反馈变成一条直线，指令线圈电压为0V。GV1调门参数调试画面第二路报反馈故障、第二路线圈报短路故障，GV1第一路指令和反馈正常，现场查看该阀门没有异常。到电子室查看GV1的VP卡件状态，发现GV1副卡SERVO OK灯不亮（正常应该绿灯长亮），LVDT反馈灯不亮（正常应该红灯常亮）。仪控人员测量了第二路反馈电压，电压显示异常。随后，8号机组GV1第二路反馈由原来的一条直线变成跳变，第一路反馈也出现异常，GV1调门自动关闭，反馈为3%。检查历史趋势发现GV1的主卡出现反馈与指令偏差大故障，发生VP卡件主、辅切换，并且主卡、副卡两块卡件都报故障。

VP卡件是调门控制卡，不管调门处于自动还是手动状态，调门控制指令均由VP卡件发出。能引起调门关闭的因素主要有：调门的SHUTDOWN指令误发、信号屏蔽问题导致信号传输故障、VP卡件本身或者IO总线通讯故障，伺服阀本身故障。查看历史趋势显示分析，没有发现DEH发出强关指令；没有发现DEH有异常信号送出；DEH一次调频未动作；观察机柜中VP卡的状态灯，有故障指示。根据VP卡件工作灯状态（OK灯不亮）、LVDT反馈故障指示灯亮，DEH画面显示调门的卡件状态为阀门报致命故障及线圈回路故障。初步判断故障的原因可能有调门的VP卡件硬件故障、LVDT反馈变送器故障、伺服阀指令电缆问题导致信号传输故障、伺服阀本身故障或者机柜内反馈信号的隔离器故障。经排查为VP卡件（大卡）坏，更换VP卡件并下装VP卡件固件及参数后恢复正常。

2 故障处理（以中压调门伺服线圈短路故障处理为例）

1）运行人员撤出#8机组AGC，目标负荷降至380MW稳定运行。

2）运行人员通过阀限设置，逐步将8号机组主机#1中压调门（IV1）关闭至全关；机组稳定运行后，关闭#1中压主汽门。

3）运行人员关闭#8机组EH油至#1中压主汽门组进油阀并挂牌。

4）仪控人员对8号机组主机#1中压调门IV1_A(SLOT1.1.6)VP卡伺服线圈指令回路进行检查、处理：

①检查VP卡接线端子是否紧固、输出电压是否正确。若接线松动，紧固后确认VP卡报警是否消除；若输出电压异常，则更换VP卡。仪控人员更换IV1_A(SLOT1.1.6)的VP卡件，并对卡件进行固件下载和参数设置。更换VP卡件后，故障消除。

②检查#1中压调门就地接线盒内接线是否紧固。紧固接线端子，确认故障是否消除。

③检查#1中压调门伺服阀航空插头接插是否牢靠、焊点接触良好、有无断线。紧固、重新焊接，必要时更换航空插头，确认故障是否消除。

④测量伺服阀两路线圈电阻是否正常、有无接地。若伺服阀线圈损坏，则更换伺服阀，并完成VP卡参数整定。

5）在故障处理完后，确认VP卡伺服线圈短路报警已消除，VP卡工作正常后，运行人员逐步恢复下述各项安措：

①开启#8机组EH油至#1中压主汽门组进油阀。

②开启#1中压主汽门。

③通过阀限设置，逐步开启8号机组主机#1中压调门（IV1），最终将阀限恢复至105%。

④投入机组AGC。

3 预控措施及防范

8号机组为2016年11月投运，从2018年7月至2019年6月，便已发生了三起VP卡件故障，共有4块VP卡件损坏，其中3块为反馈故障，1块为失电。为进一步确认故障起因，仪控人员对8号机组DEH系统进行了检查分析，初步得出以下4个方面导致8号机组VP卡件故障率较高。

图2 VP卡分散布置前后对比图Fig.2 Comparison of VP cards before and after distributed layout

3.1 同一柜内VP卡件安装过于密集

仪控人员检查发现在设计机柜布局时未考虑到VP卡件散热情况，导致在同一柜内VP卡件安装过于密集。由于VP卡件发热量较大，过于密集的布置导致卡件无法及时散热。测量发现，VP卡件温度最高处可达65℃～70℃，超过了VP卡件的正常工作温度范围，从而使卡件内部电子元器件加速老化，引起卡件稳定性下降。

为解决VP卡件散热问题，仪控人员决定将同一柜内VP卡分散布置在其他柜内，减少放热源，增加散热空间。如图2所示，左侧为分散布置前VP卡件安装情况，右侧为分散布置后VP卡件安装情况。

将VP卡件分散布置后，仪控人员对分散布置后的VP卡件温度进行测量发现，最高温度由原先的70℃降低至50℃，温度大幅降低，散热效果显著改善。

3.2 VP卡件自动重启逻辑不完善

仪控人员检查VP卡件冗余自动切换及同步逻辑发现，在现有逻辑中，当VP卡件产生报警或切换至备卡时，VP卡件需手动RERAM后才能恢复至备用状态，导致卡件出现单卡运行没有备用的情况发生，影响机组安全，如图3所示。

为解决VP卡件在出现报警或者切换时失去冗余的情况，对VP卡件自动重启逻辑进行了修改并增加了相应的报警逻辑，如图4所示。当VP卡件出现异常时发出报警，并在大屏上显示。

逻辑修改完成后，仪控人员通过联锁试验检查VP卡件实际动作情况，在进行VP卡件主副卡件切换重启试验后发现：当VP卡件正常切换时自动重启，始终保持冗余配置，大大提高了机组安全。

图3 修改前VP卡件报警逻辑Fig.3 VP cards alarm logic before modification

图4 修改后VP卡件报警逻辑Fig.4 VP cards alarm logic after modification

3.3 部分VP卡性能不完善

仪控人员在对照了发生故障的4块VP卡件的版本号后发现，4块故障卡件版本号均为Rev49版本。其他未出现故障的版本号非Rev51，因此初步判断版本号为Rev49的VP卡件存在一定性能不稳定。通过排查，将所有版本号为Rev49的VP卡件更换为版本号为Rev51的VP卡件。更换后，至今未出现异常情况。

3.4 VP卡件参数设置不合理

仪控人员在调查后发现，部分VP卡件内部参数设置不合理，导致VP卡报警频繁发生，统计4台机组VP卡件报警次数见表1。当前参数设置为CONTINGENCY PCT（指令与反馈偏差限值）=1，POS ERR DELTA（位置偏差限值）=1，导致VP卡频繁报警。

通过排查，检查所有VP卡件内部参数设置是否合理，并修改相应参数。如图5所示，使其在满足相关规程要求的情况下，尽可能降低报警的频次。

表1 VP卡件故障统计Table 1 VP cards failure statistics

图5 VP卡件内部参数Fig.5 Internal parameters of VP cards

4 结语

本文结合某电厂8#机组最近一年发生的三起VP卡件异常报警事件的起因、处理过程以及预控措施，提出了在VP卡件故障时的处理和分析方法。根据试验结果制定完善各类卡件在线更换的标准操作卡；对于试验发现的不能在线更换卡件，要考虑设备优化的可能性；确实无法在线更换的要做好设备寿命管理，根据故障情况合理确定更换周期。