1 050 MW机组汽轮机调门冗余LVDT传感器改造

2021-05-06李文杰

青海电力 2021年1期

李文杰

(浙江浙能台州第二发电有限责任公司，浙江台州 317100)

0 引言

某1 050 MW超(超)临界机组采用上海汽轮机厂制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，型号为N1050-27/600/600。该汽轮机设计两个高压主汽门、两个高压调门以及两个中压主汽门、两个中压主汽门，分别布置在高、中压缸左右两侧。每个进汽门均设置单支LVDT传感器，阀位反馈信号通过电缆传送至DEH控制系统。DEH控制系统采用艾默生OVATION系统，系统设置VP卡(阀门控制卡)，用于接收并计算处理阀位反馈信号。

本次改造主要针对汽轮机高、中压调门LVDT传感器，实现高、中压调门LVDT传感器冗余配置，并完成相关调试工作。

1 调门LVDT传感器冗余改造必要性

改造前，汽轮机高、中压调门均各自配置单支LVDT传感器，LVDT传感器将调门阀位反馈信号转换为电量信号后，通过电缆传送至一个对应的信号隔离器，经信号隔离器处理后，一分为二，分别送至对应的VP卡。正常运行时，同一调门的两块VP卡互为冗余配置，即两者处于一主一备状态。

以A侧高压调门为例，阀位反馈信号传输示意图(改造前)如图1所示。

如图1所示，由于单一调门阀位反馈信号是经过信号隔离器一分为二后再分别接至两块VP卡，因此调门阀位反馈信号并非真正意义上的冗余。虽然两块VP卡已实现冗余配置，但是信号来源只有一个，当发生就地LVDT传感器、就地电缆或信号隔离器故障时，均会影响调门阀位反馈信号正常显示。另一方面，由于高、中压调门阀位反馈信号参与汽轮机进汽流量反馈计算，其计算值与进汽流量指令值比较，如果阀位信号异常导致两者偏差较大时，将会触发该侧调门快关动作，会造成汽轮机单侧进汽的异常状况；而且，高、中压调门阀位反馈信号同时也作为对应调门全关的判断条件，参与锅炉再热器保护逻辑判断，阀位反馈信号指示异常可能会造成该保护误动作。

综上，实现高、中压调门LVDT传感器冗余配置，提高调门阀位反馈信号稳定性及可靠性，对于DEH控制系统安全运行极为重要。

2 调门LVDT传感器冗余改造及优化过程

2.1 改造后调门冗余LVDT传感器布置及信号传输情况

改造后，汽轮机高、中压调门各增加一支LVDT传感器，实现每个调门均配置两支LVDT传感器，保证LVDT传感器与VP卡一一对应传输信号，实现完全的冗余配置。

以A侧高压调门为例，阀位反馈信号传输示意图(改造后)如图2所示。

如图2所示，单一调门的冗余LVDT传感器各生成一路阀位反馈信号，并通过电缆直接送至对应VP卡。

2.2 调试过程中存在的问题

完成LVDT传感器安装、电缆敷设与接线、VP卡参数整定等工作后，进行高、中压调门静态调试。调试结果表明，在调门静态开启、关闭的过程中，同一调门两支LVDT传感器的阀位反馈信号无较大偏差，且与调门就地机械阀位指示相同。

但是，在调门静态开启、关闭的过程中，发现同一调门对应的两块冗余VP卡存在主备状态不定期切换的问题。

以A侧高压调门为例，任意选取两个时间间隔同为1小时的历史曲线，如图3、图4所示。

分析冗余VP卡主备状态切换情况可以得出：

1)冗余VP卡主备状态切换频率呈现随机性。比较相同时间间隔(1 h)内切换次数，在图3所示工况区间内，冗余VP卡主备状态共发生18次切换；在图4所示工况区间内，冗余VP卡主备状态共发生7次切换。

2)冗余VP卡主备状态切换时间点与调门状态无必然关联。无论调门开度稳定在某一定值(0%、20%或90%)，还是处于开启、关闭的变化过程中，冗余VP卡主备状态均有可能发生切换。

3)冗余VP卡主备状态切换过程中，同一调门LVDT(1)、LVDT(2)反馈信号均未发生变化，并不影响同一调门两支LVDT传感器信号传输与显示。

基于以上分析可以得出如下结论，冗余VP卡主备状态切换对LVDT传感器信号传输影响较小。冗余VP卡主备状态切换时，调门阀位反馈信号基本运行平稳，未出现信号跳变、抖动、变为坏质量等异常现象。但是，考虑调试试验数据样本相对较小，且调试试验时调门处于静态，调门阀位状态未频繁变化。另一方面，由于DEH控制系统历史数据采集精度为1 s，不排除在数据采集死区(小于1 s)内，调门阀位反馈信号存在瞬时跳变、抖动、变为坏质量的可能。需要关注的是，DEH控制系统逻辑页面扫描周期均为毫秒级，极短时间的阀位反馈信号异常就会影响逻辑回路的计算结果。汽轮机正常运行时，尤其当机组处于升降负荷工况或一次调频动作区间，高压调门大幅度开启或关闭，冗余VP卡主备状态切换频率所呈现出来的随机性，给汽轮机安全运行带来了隐患。

2.3 异常原因分析

通过对改造后的汽轮机调门阀位反馈信号传输回路分析，分别对就地LVDT传感器、传输电缆、VP卡等设备依次进行故障排查。具体检查内容及结果如下：

1)检查冗余LVDT传感器安装牢固，测量其供电电压处于正常范围，线圈电阻值正常。

2)测量传输电缆对地、相间绝缘正常，无异常现象，接线端子处无接线松动、虚接等问题。

3)检查冗余VP卡状态，卡件指示灯正常，无报警指示。DEH系统控制柜内控制器、电源、卡件底板等部件无异常。

在排除设备硬件故障的前提下，分析造成冗余VP卡主备状态不定期切换可能原因为外部干扰信号串入，使得同一调门单支LVDT传感器信号瞬时变化或两支LVDT传感器信号瞬时不一致变化，冗余VP卡检测到两个LVDT传感器信号之间存在不一致情况，随即发生冗余VP卡主备状态切换现象。由于这种瞬时不一致情况持续时间较短，时间间隔处于DEH控制系统历史站数据采集死区内，因此出现历史曲线未记录到调门阀位反馈信号异常变化，但是冗余VP卡发生主备状态切换的情况。

比较改造前、后调门阀位反馈信号传输回路内设备情况异同，分析外部干扰信号串入原因为改造后传输回路内取消了信号隔离器。

2.4 优化措施

基于上述分析，在调门阀位反馈信号传输回路中重新增加信号隔离器。以A侧高压调门为例，阀位反馈信号传输示意图(优化后)如图5所示。

经过调门阀位反馈信号传输回路优化后，按照上述调试过程完成调门静态开启、关闭试验，通过一段时间观察后，未发生冗余VP卡主备状态切换的问题。同时，在汽轮机冲转以及并网运行期间，尤其机组处于升降负荷阶段以及一次调频动作区间，调门冗余LVDT传感器系统均能正常工作。事实证明，经优化后的阀位反馈信号传输回路满足汽轮机运行的各个工况需求。