李文杰
(浙江浙能臺州第二發(fā)電有限責任公司,浙江 臺州 317100)
某1 050 MW超(超)臨界機組采用上海汽輪機廠制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機,型號為N1050-27/600/600。該汽輪機設(shè)計兩個高壓主汽門、兩個高壓調(diào)門以及兩個中壓主汽門、兩個中壓主汽門,分別布置在高、中壓缸左右兩側(cè)。每個進汽門均設(shè)置單支LVDT傳感器,閥位反饋信號通過電纜傳送至DEH控制系統(tǒng)。DEH控制系統(tǒng)采用艾默生OVATION系統(tǒng),系統(tǒng)設(shè)置VP卡(閥門控制卡),用于接收并計算處理閥位反饋信號。
本次改造主要針對汽輪機高、中壓調(diào)門LVDT傳感器,實現(xiàn)高、中壓調(diào)門LVDT傳感器冗余配置,并完成相關(guān)調(diào)試工作。
改造前,汽輪機高、中壓調(diào)門均各自配置單支LVDT傳感器,LVDT傳感器將調(diào)門閥位反饋信號轉(zhuǎn)換為電量信號后,通過電纜傳送至一個對應(yīng)的信號隔離器,經(jīng)信號隔離器處理后,一分為二,分別送至對應(yīng)的VP卡。正常運行時,同一調(diào)門的兩塊VP卡互為冗余配置,即兩者處于一主一備狀態(tài)。
以A側(cè)高壓調(diào)門為例,閥位反饋信號傳輸示意圖(改造前)如圖1所示。
如圖1所示,由于單一調(diào)門閥位反饋信號是經(jīng)過信號隔離器一分為二后再分別接至兩塊VP卡,因此調(diào)門閥位反饋信號并非真正意義上的冗余。雖然兩塊VP卡已實現(xiàn)冗余配置,但是信號來源只有一個,當發(fā)生就地LVDT傳感器、就地電纜或信號隔離器故障時,均會影響調(diào)門閥位反饋信號正常顯示。另一方面,由于高、中壓調(diào)門閥位反饋信號參與汽輪機進汽流量反饋計算,其計算值與進汽流量指令值比較,如果閥位信號異常導(dǎo)致兩者偏差較大時,將會觸發(fā)該側(cè)調(diào)門快關(guān)動作,會造成汽輪機單側(cè)進汽的異常狀況;而且,高、中壓調(diào)門閥位反饋信號同時也作為對應(yīng)調(diào)門全關(guān)的判斷條件,參與鍋爐再熱器保護邏輯判斷,閥位反饋信號指示異??赡軙斐稍摫Wo誤動作。
綜上,實現(xiàn)高、中壓調(diào)門LVDT傳感器冗余配置,提高調(diào)門閥位反饋信號穩(wěn)定性及可靠性,對于DEH控制系統(tǒng)安全運行極為重要。
改造后,汽輪機高、中壓調(diào)門各增加一支LVDT傳感器,實現(xiàn)每個調(diào)門均配置兩支LVDT傳感器,保證LVDT傳感器與VP卡一一對應(yīng)傳輸信號,實現(xiàn)完全的冗余配置。
以A側(cè)高壓調(diào)門為例,閥位反饋信號傳輸示意圖(改造后)如圖2所示。
如圖2所示,單一調(diào)門的冗余LVDT傳感器各生成一路閥位反饋信號,并通過電纜直接送至對應(yīng)VP卡。
完成LVDT傳感器安裝、電纜敷設(shè)與接線、VP卡參數(shù)整定等工作后,進行高、中壓調(diào)門靜態(tài)調(diào)試。調(diào)試結(jié)果表明,在調(diào)門靜態(tài)開啟、關(guān)閉的過程中,同一調(diào)門兩支LVDT傳感器的閥位反饋信號無較大偏差,且與調(diào)門就地機械閥位指示相同。
但是,在調(diào)門靜態(tài)開啟、關(guān)閉的過程中,發(fā)現(xiàn)同一調(diào)門對應(yīng)的兩塊冗余VP卡存在主備狀態(tài)不定期切換的問題。
以A側(cè)高壓調(diào)門為例,任意選取兩個時間間隔同為1小時的歷史曲線,如圖3、圖4所示。
分析冗余VP卡主備狀態(tài)切換情況可以得出:
1)冗余VP卡主備狀態(tài)切換頻率呈現(xiàn)隨機性。比較相同時間間隔(1 h)內(nèi)切換次數(shù),在圖3所示工況區(qū)間內(nèi),冗余VP卡主備狀態(tài)共發(fā)生18次切換;在圖4所示工況區(qū)間內(nèi),冗余VP卡主備狀態(tài)共發(fā)生7次切換。
2)冗余VP卡主備狀態(tài)切換時間點與調(diào)門狀態(tài)無必然關(guān)聯(lián)。無論調(diào)門開度穩(wěn)定在某一定值(0%、20%或90%),還是處于開啟、關(guān)閉的變化過程中,冗余VP卡主備狀態(tài)均有可能發(fā)生切換。
3)冗余VP卡主備狀態(tài)切換過程中,同一調(diào)門LVDT(1)、LVDT(2)反饋信號均未發(fā)生變化,并不影響同一調(diào)門兩支LVDT傳感器信號傳輸與顯示。
基于以上分析可以得出如下結(jié)論,冗余VP卡主備狀態(tài)切換對LVDT傳感器信號傳輸影響較小。冗余VP卡主備狀態(tài)切換時,調(diào)門閥位反饋信號基本運行平穩(wěn),未出現(xiàn)信號跳變、抖動、變?yōu)閴馁|(zhì)量等異?,F(xiàn)象。但是,考慮調(diào)試試驗數(shù)據(jù)樣本相對較小,且調(diào)試試驗時調(diào)門處于靜態(tài),調(diào)門閥位狀態(tài)未頻繁變化。另一方面,由于DEH控制系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)采集精度為1 s,不排除在數(shù)據(jù)采集死區(qū)(小于1 s)內(nèi),調(diào)門閥位反饋信號存在瞬時跳變、抖動、變?yōu)閴馁|(zhì)量的可能。需要關(guān)注的是,DEH控制系統(tǒng)邏輯頁面掃描周期均為毫秒級,極短時間的閥位反饋信號異常就會影響邏輯回路的計算結(jié)果。汽輪機正常運行時,尤其當機組處于升降負荷工況或一次調(diào)頻動作區(qū)間,高壓調(diào)門大幅度開啟或關(guān)閉,冗余VP卡主備狀態(tài)切換頻率所呈現(xiàn)出來的隨機性,給汽輪機安全運行帶來了隱患。
通過對改造后的汽輪機調(diào)門閥位反饋信號傳輸回路分析,分別對就地LVDT傳感器、傳輸電纜、VP卡等設(shè)備依次進行故障排查。具體檢查內(nèi)容及結(jié)果如下:
1)檢查冗余LVDT傳感器安裝牢固,測量其供電電壓處于正常范圍,線圈電阻值正常。
2)測量傳輸電纜對地、相間絕緣正常,無異常現(xiàn)象,接線端子處無接線松動、虛接等問題。
3)檢查冗余VP卡狀態(tài),卡件指示燈正常,無報警指示。DEH系統(tǒng)控制柜內(nèi)控制器、電源、卡件底板等部件無異常。
在排除設(shè)備硬件故障的前提下,分析造成冗余VP卡主備狀態(tài)不定期切換可能原因為外部干擾信號串入,使得同一調(diào)門單支LVDT傳感器信號瞬時變化或兩支LVDT傳感器信號瞬時不一致變化,冗余VP卡檢測到兩個LVDT傳感器信號之間存在不一致情況,隨即發(fā)生冗余VP卡主備狀態(tài)切換現(xiàn)象。由于這種瞬時不一致情況持續(xù)時間較短,時間間隔處于DEH控制系統(tǒng)歷史站數(shù)據(jù)采集死區(qū)內(nèi),因此出現(xiàn)歷史曲線未記錄到調(diào)門閥位反饋信號異常變化,但是冗余VP卡發(fā)生主備狀態(tài)切換的情況。
比較改造前、后調(diào)門閥位反饋信號傳輸回路內(nèi)設(shè)備情況異同,分析外部干擾信號串入原因為改造后傳輸回路內(nèi)取消了信號隔離器。
基于上述分析,在調(diào)門閥位反饋信號傳輸回路中重新增加信號隔離器。以A側(cè)高壓調(diào)門為例,閥位反饋信號傳輸示意圖(優(yōu)化后)如圖5所示。
經(jīng)過調(diào)門閥位反饋信號傳輸回路優(yōu)化后,按照上述調(diào)試過程完成調(diào)門靜態(tài)開啟、關(guān)閉試驗,通過一段時間觀察后,未發(fā)生冗余VP卡主備狀態(tài)切換的問題。同時,在汽輪機沖轉(zhuǎn)以及并網(wǎng)運行期間,尤其機組處于升降負荷階段以及一次調(diào)頻動作區(qū)間,調(diào)門冗余LVDT傳感器系統(tǒng)均能正常工作。事實證明,經(jīng)優(yōu)化后的閥位反饋信號傳輸回路滿足汽輪機運行的各個工況需求。
通過汽輪機冗余LVDT改造調(diào)試過程中異常問題的原因分析及優(yōu)化處理,實現(xiàn)了汽輪機冗余調(diào)門閥位反饋信號長周期穩(wěn)定運行。同時,驗證了信號隔離器在高精度信號回路中發(fā)揮的重要作用,為同類型設(shè)備的選型與改造提供參考。