汽轮机调门波动分析及整改措施

席光超

(河北邯郸热电股份有限公司，河北 邯郸 056000)

0 引言

某电厂汽轮机是哈尔滨汽轮机厂提供的CC140/N220-12.7/535/535 型汽轮机，其11，12 号机组汽轮机控制系统是由上海GE 新华提供的XDPS6.0版本的DEH 控制系统。

汽轮机调门的控制过程都是经过电调伺服卡(VPC 卡)发出指令传到伺服阀，然后伺服阀控制油动机油缸进、出油来实现调门的开度调整，同时每个调门上的两支线性可变差动变压器(linear veriable differential transformer，LVDT)位移传感器将调门的位置反馈传送给伺服卡，经过高选之后参与指令计算输出，逐渐实现进、出油平衡，从而满足整个调门位置的调整。控制中的指令、伺服阀、油动机、LVDT 位移传感器每个环节出现问题都会导致汽轮机调门波动现象的发生。以下结合生产中遇到的单支LVDT 故障、指令侧异常和两支LVDT 异常现象进行逐一案例分析。

1 单支LVDT 故障分析

单支LVDT 故障是汽轮机调门波动的典型故障。在LVDT 出现轻微故障时，会阶段性地出现调门小幅度摆动；在一次调频、AGC 指令和主汽压波动等相关扰动存在的情况下，给准确判断哪支LVDT 出现故障增加了难度。

2018-07-21T04:00:00，12 号机组在AGC 运行方式下发电负荷小幅度摆动后逐渐发散，最终因负荷跟遥调指令偏差大而切除AGC。调取历史曲线发现，2018-07-21T04:27:49，1 号高调门反馈GV1-LVDT2 在1 号高调门指令GV1-SPO不变、发电机功率不变时出现突然上升的情况；04:27:50，发电机功率由148 MW 开始下降，主汽压由12.84 MPa 开始上升，1 号高调门两个反馈同时开始降低(调门关小)；04:27:52，遥调指令开始上升，1 号高调门指令也随之上涨(调门开大)，上涨到一定程度开始出现反调，同时负荷上下波动，最大偏差达13.0 MW；AGC 切除后调门停止摆动。

根据以上历史趋势数据分析，1 号高调门GV1-LVDT2 突然升高，LVDT 反馈高选到2 号反馈GV1-LVDT2，在指令GV1-SPO 不变的情况下，伺服阀卡根据指令跟高选反馈的变化偏差量作用到伺服阀，进行反向关阀调整(反馈变大时关、变小时开)，导致负荷下降。随着负荷减少，AGC 遥调指令作用下又反向开大高调门，如此反复导致调门振荡。单依据以上现象可判断为1 号高调门GV1-LVDT2 反馈突跳故障引起的调门波动。由于调门波动是阶段性的，追根溯源发现GV1-LVDT2 突增现象出现过多次并伴随调门波动现象，更加明确锁定是1 号高调门2 号反馈GV1-LVDT2 故障引起的调门波动。

为此制定安全措施，开始LVDT 更换作业。为避免负荷波动，DEH 系统投入功率闭环回路，转单阀控制。待切换单阀稳定后将1 号高调门按5 %的指令逐渐关闭至0，关闭过程中注意负荷波动情况，在负荷稳定后开始下一步操作，最后确认阀门在机械零位时关闭进油门，开始更换作业。更换时，设定新的LVDT 零位电压，要低于GV1-LVDT1 的电压，让2 号反馈作为备选反馈。待参数正常后，逐渐开启调门，转顺序阀运行，调门波动现象消除。

2 指令侧异常分析

调门指令计算发生波动时也会引起调门波动现象。2019-04-01，该厂12 号机组在启动冲转达到3 000 r/min 的暖机试验阶段，出现了4 个中调门频繁开关现象。

4 个中调门长时间频繁开关对调门阀体、LVDT 位移传感器及EH 油压系统都会产生一定的负面影响，甚至会导致设备损坏。

为了尽快消除异常现象，热控人员调取控制逻辑页中涉及中调门指令逻辑运算的功能块，对每个计算参数进行逐一排查，发现是因为热再热压力(HRHP)处于0 位临界点，频繁出现0 正、0 负，导致逻辑页中HRHP 被68 号块数值2 相除后出现正无穷和负无穷交替变化；再经过70 号块高低限值块后就会输出3 或2 的频繁变化；再到84 号块选择(未并网BR=0) X2作为输出，然后与FDEM相乘转化为中调门流量指令IVDEM，最终转化到每个中调门的指令。仔细分析每个参数之后，确认HRHP 的变化是导致调门指令计算发生波动并直接导致中调门上下摆动的症结所在，故第一时间现将其强制为0.000 000,中调门摆动的现象立即消除。待运行人员将HRHP 调整为稳定的大于0 的数值后解除强制，中调门未发生再次波动现象，异常现象消除。

3 两支LVDT 故障分析

两支LVDT 同时故障的现象很少遇到，当两支LVDT 均故障的情况下，调门最初现象是发生上下摆动；当两支LVDT 均彻底故障时，调门有可能发生瞬间开足或关严的现象。对于在运机组而言，主汽压、汽包水位的控制都是难以维持的，轻则灭火停炉，重则可能造成超速停机事故。因此在两支LVDT 故障初期判断出故障点，并果断采取措施消除故障隐患，对保护汽轮机组安全尤为重要。

2020-06-16T04:30:00，热工人员接到运行人员通知，11 号机组多次出现调门摆动大，负荷来回波动不稳影响负荷调整的现象。查询历史曲线发现，03:41:41，1 号高调门反馈GV1-LVDT1 突然向下突降，接着调门指令增加，而GV1-LVDT2反馈则在指令作用下向上开启，而后又向下降低，未与指令信号方向保持一致，但当降下来后与指令趋势基本保持一致，接着1 号高调门出现反复震荡，GV1-LVDT1 偶尔出现与指令方向不一致的情况，故初步判断两支LVDT 均存在问题。

查阅记录发现，03:32:50，GV1-LVDT2 出现在指令基本不变时突然增大的现象，03:33:04，出现指令增加而反馈突然下降的现象。

翻阅其他时段曲线发现，LVDT2 也出现过与指令方向不一致的突增现象，故综合判断GV1-LVDT2 发生了轻微故障，但此时LVDT 高选为GV1-LVDT1，调门波动并非是GV1-LVDT2 引起的。继续反查历史趋势后，排除一次调频扰动因素。04:19:41，GV1-LVDT1 在指令GV1-SPO 上涨过程中出现反向突降后马上回到原位，导致指令GV1-SPO 与反馈运算偏差突然增大，伺服卡输出增大调门的开启量，负荷随之上涨，而遥调负荷指令又随即反向调整，关小调门，如此反复产生调门振荡摆动并随之发生负荷上下波动现象，由此判断LVDT1 也存在异常现象。

当发现两支LVDT 都不能准确跟踪1 号高调门的真实反馈时，要尽快更换LVDT 以满足生产调节需要。为避免负荷较大波动，切除AGC，切除协调，改为基本运行方式；汽轮机转为功率回路控制，切为单阀运行方式；随后的LVDT 更换步骤与单支故障LVDT 情况一样，逐渐关小GV1 阀门，由5 %的阶梯状关至关严状态。全部关严后，待汽机专业确认真实调门机械0 位时，发现高调门1 号LVDT 电压显示1 V，最低0.6 V；当拆下1号LVDT 接线检查完毕复接后，发现LVDT 反馈电压回到0 值，这种现象更加充分说明1 号LVDT故障，且是导致调门波动的直接原因。之后通过更换新的LVDT，设置好0 位电压后，满位保留原来参数，待机组满负荷高调门指令100 时，标定满位电压。更换完成后，逐渐开启1 号高调门，切为顺序阀运行，恢复AGC 控制模式，调门波动现象自然消除。

4 结论

通过对11，12 号机组运行中3 种调门摆动现象的原因和消除措施进行分析，得出以下结论。

(1) 调门LVDT 线性位移传感器故障初期很难被发现，只有当故障LVDT 突然被高选后，引起调门波动时，出现摆动现象后才会引起注意。对此，运行人员要加强对调门参数监视，一有异常及时通知检修人员查明原因；热控人员要加强设备巡检，重点关注调门LVDT 反馈历史数据和实时数据变化，仔细对比是否曾经出现异常突变情况，出现问题及早处理，消除隐患。

(2) 逻辑组态中参数运算出现异常情况会影响到调门指令的计算，热控人员要熟练掌握指令运算中涉及的参数和功能块，以便在问题出现时能够理清指令运算流程，准确判断问题所在，并果断采取措施消除导致系统波动的因素，从而达到减少系统扰动的目的。

(3) 两支LVDT 同时出现故障的情况很少出现，要从安装工艺流程上严格把关，尽量减少LVDT 因安装失误导致严重磨损。LVDT 是调门参与调节的重要组成部分，安装LVDT 时，要严格按照检修工艺标准进行安装。安装前要测量LVDT阻值及绝缘情况；安装过程中，LVDT 铁芯尽量保持垂直中心孔安装，底部螺丝固定位置为LVDT铁芯从LVDT 高位自由落体到固定孔洞处为准，并紧固螺丝，尽量避免铁芯同轴转动。如此安装能够减少LVDT 在调门开关过程中的磨损，增加LVDT 使用寿命，达到保障机组安全运行的效果。