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概述热电联产机组汽轮机阀门控制系统改造

0 概述

中国华电青岛发电有限公司3号机组为2005年投产的热电联产机组,采用的DEH控制系统是由上海汽轮机厂配供西屋公司的OVATION系统。现场主汽门、高调门、中调门及EGV阀共11只调节阀位置反馈(LVDT)均为单信号反馈。由于现场震动大、工作环境恶劣,一旦单回路任一点故障,均会造成停机或降负荷事故。3号机组投运以来EGV阀已发生过数次位置反馈故障造成降负荷的异常,尤为严重的是2007年6月1日1时30分,3号机组EGV因位置反馈装置松动造成EGV关下,负荷由180MW降到50MW,投油四只稳燃,运行人员及时手动将EGV阀打开。根据多方咨询,凡是近年来由上海汽轮机厂配供的热电联产机组,LVDT为单回路配置的用户,都对该回路的不合理设计而困扰,一旦该回路任一环节故障,都会造成停机事故或降负荷事故。

1 改造方案

改造方案分为现场阀门反馈、DEH系统、DEH软件组态三部分。

1.1 阀门反馈部分

主汽门、高调门、中调门位置反馈改造。现场主汽门、高调门、中调门共有10只,均为单上汽厂配供的双线圈六线制LVDT,每只故障,均会造成对应阀门动作异常。

在每个阀门上增加了一个LVDT,为了避免LVDT的激励频率互相干扰,新增加的LVDT和原LVDT150mm以上。新增LVDT重新敷设6×1的分组屏蔽控制电缆,接线注意要把LVDT两根初级线圈接到同一屏蔽层内,其余四线接线无特殊要求。

现场EGV阀置反馈改造。上海汽轮机厂配供的抽汽调节阀(EGV)为ADAMS-ABB-DSK进口阀门,阀门现场温度高于70℃,阀门上的定位器在高温环境下,最长只能运行3个月左右,故障后,EGV阀门会自动关闭,造成机组停机。

在定位器上设计上冷却风罩,加仪用空气冷却风,风管上加装空气过滤减压阀,空气压力可设为0.2~0.3MPa,加冷却风后,定位器温度降到40℃以下,定位器在该温度范围内可长期稳定运行。

1.2EH系统部分

1.2.1主汽门、高调门、中调门系统

在DEH机柜内增加了10块VP卡(伺服卡),每块卡各自对应一个LVDT。新伺服卡与旧伺服卡为硬件冗余配置。由DEH系统按照下列条件高速(硬件)判定伺服卡和其对应的LVDT的工作状态,进行主控卡和副控卡(冗余备用)的切换:

(1)VP卡硬件故障。

(2)LVDT故障。

(3)伺服线圈故障(短路或开路)且备用VP工作正常时,备用VP卡切换到主。

1.2.2 VP卡配置过程

(1)在IO-Builder中增加VP卡配置,然后在Point Builder中加入伺服线圈(Channel 5)和阀位反馈(Channel 4)的点。对于冗余VP卡,每一个VP对应于一个LVDT和一个伺服线圈。

(2)将VP卡对于得MASTATION的Redundant RVP cards设置为yes,并且HWA中填入第二块VP卡的硬件地址。关于如何计算硬件地址,请参看REF-1100 Ovation Algorithms Reference Manual。

(3)为每一块增加的VP卡在逻辑图sh003加入一个RVPSTATUS算法块,设置正确的卡件硬件地址,并为每一个VP卡的RVPSTATUS增加一个命名的$STAT点(LP)。这个点的第10位指示卡件主备状态(0-Primay,1-Backup)。第12位表示Armed/DisArmed状态0-Armed,1-DisArmed)。

(4)在VP卡校验画面(1001)VP卡增加调用校验画面的按钮,并且增加卡件主备状态/伺服线圈电压/阀位反馈的画面显示。

(5)修改逻辑图sh050,VP卡的阀位指示根据卡件主备状态及点的质量切换。增加sh067,在发生VP卡主备切换或者两个VP都在Primary/Backup时,报警。

(6)冗余VP卡之间的互连线要采用屏蔽双绞线。接线方式见图1。

(7)在VP卡校验画面上,将原来VP卡的redundantFlag设置为1(1-冗余,0-非冗余),将coilCount设置为1,Download置VP卡。设置完成后,要将VP卡重启以使冗余配置生效。Ovation的VP冗余是每一个VP卡分别接一个伺服线圈和一个LVDT,因此要将原来接的第二对伺服线圈调整到新加入的VP卡。插上新的VP卡后,同样将redundantFlag和coilCount设置为1,并且重启VP卡。注意,在线更换卡时,需要先将VP卡的redundantFlag设置为1,所以在线更换VP卡时,应该先将新的VP放在一个未接线的BASE上,先将redundantFlag设置为1后,再更换。

图1 冗余VP卡互连接线图

(8)所有的VP卡必须要全部重新校验。由于在冗余方式下,只能校验Primary的VP卡,所以将另一块拔出后校验。

(9)Ovation的冗余VP工作方式为一主一备备用VP复制主卡的伺服线圈输出。当发生VP卡硬件故障,LVDT故障,伺服线圈故障(短路或开路)时,且备用VP工作正常时,备用VP卡切换到主。具体参考REF-1150 Ovation I/O Reference Manual。

1.2.3EGV阀系统

原系统是用功放板通过基地调节方式控制的,反馈信号直接引入功放板,如果反馈信号故障,输出指令会发关指令,造成严重后果。本次改造在DEH机柜内增加AI板及AO板各一块,将反馈信号引进DEH控制系统,进行特定逻辑运算,再将输出指令通过AO送到功放板上。

1.3逻辑组态部分

1.3.1主汽门、高调门、中调门系统

在DEH系统(软件)下面增加了如下功能:在运行人员操作站上增加了一幅有10个LVDT状态的显示画面,运行人员通过该画面可以观察当前LVDT的工作状态、主控/副控状态等。如果主控/副控状态发生切换,则画面上会弹出一个报警标志,只有在运行人员确认后,该标志才消失。然后,运行人员可以通知热工人员在DEH历史库中查找主控/副控切换的时间和原因,从而判定LVDT是否有隐患或故障。

1.3.2EGV阀系统

在机组正常运行中,DEH系统一直在对EGV阀的位置反馈进行故障判定,一旦满足位置反馈的两个故障特征矢量:即EGV阀的指令和位置反馈超过动作时间(阀的滞后时间),同时该指令和位置反馈的偏差也超过EGV阀的动作死区,就可以判定EGV阀的位置反馈出现故障,DEH系统就将EGV阀的位置反馈信号作为指令施加到EGV阀的伺服放大器上,由于EGV阀的伺服放大器此时的指令等于位置反馈,没有偏差,伺服放大器就没有输出,从而使得EGV阀保位。在EGV阀位置反馈信号一旦恢复正常,该保位功能会自动退出。同时,在EGV阀保位的情况下,在工程师站上有一个故障手操器,通过该手操器,可以手动操作EGV阀开启或关闭。每操作按钮1次,EGV阀开启或关闭(动作)3s,然后继续恢复EGV阀新的开度下的保位状态。

2 项目实施

该项目实施主要分四部分:现场LVDT等设备安装及电缆加装、DEH系统增加卡件、DEH逻辑组态、系统调试。

2.1 现场LVDT安装及电缆加装

(1)首先对汽机主汽门、高调门、中调门10只阀门进行了反复测绘,加工了对应的连接件,因LVDT是双线圈六线制带电工作模式,特意使两只LVDT安装垂直距离有150cm。

(2)再敷设新加LVDT到DEH柜的新增控制电缆,电缆为六芯,三线一屏蔽,外加总屏蔽,其中,两初级线圈线要在同一屏蔽层内。

(3)对EGV加装冷却风罩,并加装对应冷却风管及空气过滤装置。

2.2 DEH系统增加卡件

(1)利用原DEH柜内空位,增加10块VP卡,一块AI卡,一块AO卡。

(2)将新增卡件与就地控缆接好;接好冗余VP卡连线。

2.3 DEH逻辑组态

(1)在DEH系统上对新增卡件进行编址定义并进行卡件校验。

(2)完成LVDT画面组态,并增加LVDT切换报警功能。

(3)增加EGV反馈故障保位逻辑。

2.4 系统调试

(1)TV、GV、IV进行了冗余切换试验。

(2)伺服线圈短路,断路试验。

(3)LVDT断线试验,分别是断开初级线圈,次级线圈。

(4)VP故障试验,通过拔出主卡试验。

(5)汽机挂闸后,对每个阀门的主/备VP卡件进行校验。

(6)对EGV阀进行动态试验。

3 调试结果

3.1 TV、GV、IV进行冗余切换试验

(1)伺服线圈短路,断路试验。在这种情况下,VP卡切换几乎无扰。

(2)LVDT断线试验,分别是断开初级线圈,次级线圈A,次级线圈B。这几种情况VP卡切换同样几乎无阀扰。

(3)VP故障试验,通过拔出主卡试验。这种情况下,扰动较大,试验测得最小3%,最大15%。由于VP故障时,备用VP卡需要一个控制周期完成切换,且此种情况下VP需要检验多种状态和等待多个Timers(定时器)超时,所以这种情况下的扰动也与阀门本身特性有关(即伺服阀失电情况下阀门自行关闭的时间相关)。

(4)本次试验未发现相邻两个GV的LVDT有明显干扰现象。

3.2 阀门的主/备VP卡件校验

汽机挂闸后,对每个阀门的主/备VP卡件进行校验,正常。全部阀门强制开到50%后,进行VP卡故障切换试验。分别进行拔掉主卡、解除LVDT线圈、解除伺服阀线圈等工况操作,VP卡件能够正常切换。阀门开度扰动最大9%。

3.3 EGV阀动态试验

汽机挂闸后,EGV阀在30s内全开。在位反正常情况下,EGV阀的位反按运行人员的操作开启或关闭;若位反故障,运行人员对EGV阀发指令,当指令与反馈有±4%的偏差时,EGV阀的指令马上与位反保持一致,该情况下,操作故障手操器,可以继续操作EGV阀开启或关闭。通过实验,DEH可以实现EGV阀不因为位反故障而影响机组安全运行的功能。

4投运后状况

(1)机组启动后,发现三次LVDT切换报警,检查发现GV5阀VP卡冗余切换系数偏小,待有停机机会,重新调整。

(2)LVDT指示稳定,未发现相互干扰情况。

(3)EGV阀运行状况正常,就地位置反馈温度明显降到设备允许范围内。

5注意的问题

VP卡有3种工作状态案:a代表PRIMARY(主控),b代表BACKUP/ARMED(备用/就位),c代表BACKUP/DISARMED(备用/未就位)。
注意只有在b种情况下,备用中的VP在主卡出问题时切换过去,而在c种情况下不具备这种能力。通常情况下,主卡工作在a、b,当故障发生时,备用卡切换至a,主卡切换至c。这是DE主画面有阀门切换报警产生,在确认故障后,除了将阀门切换报警复位外,还需要在VP校验画面上将备用卡REARM成b状态,但是在REAR之前,请务必确认故障状态且已被处理修复。在汽机突然打闸时,由于阀门迅速关闭,指令反馈偏差大,有可能会造成VP卡切换,也就是说在汽机启动后,不再进行打闸试验后,检查有无VP在c状态,有的话,将其REARM成b备用/就位状态。在日常巡检时,建议观察1001号图,检查有无卡件在Backup/DisArme状态,以及各个阀门的LVDT反馈偏差是否有过大的情况。以免出现不必要的问题。