數字電調系統中調門突開原因分析

曾愛平

(湖南華電長沙發電有限公司，湖南 長沙 410203)

1 數字電調系統概況

數字電調系統 DEH(Digtal Electric Hydruaulic System)的主要作用是控制汽輪發電機組的轉速和功率，從而滿足電廠供電的要求。

機組在啟動和正常運行過程中，DEH接收協調控制系統CCS(Coordinated Control System)指令或操作人員通過人機接口所發出的增、減指令，采集汽輪機發電機組的轉速和功率以及調節閥的位置反饋等信號，進行分析處理，綜合運算，輸出控制信號到電液伺服閥，改變調節閥的開度，以控制機組的運行。機組默認的啟動方式為中壓缸啟動方式，但是，在機組已掛閘但未運行的條件下，可根據實際情況選擇高壓缸啟動。

機組在升速過程中(即機組沒有并網)，DEH通過轉速控制回路來控制機組升轉速，直到實際轉速和目標轉速相等為止。當DEH接收到在“同期請求”信號后，實際轉速根據自動同期裝置來的“同期增”、“同期減”信號增減轉速，直到并網為止。機組并網以后，可通過投入功率控制回路或主汽壓力控制回路進行升負荷。在升負荷過程中，當中壓缸啟動時，實際負荷增加到120MW。在高壓缸啟動時，負荷指令增加到60MW后，可通過投入CCS來控制負荷增、減，也可以通過手動設定閥位指令來增、減負荷。

DEH控制系統處理機FCP270配置為2對:第1對定義為基本控制站(CP10D1)，完成超速保護和汽輪機基本控制功能;第2對定義為 ATC控制站(CP10D2)，完成汽輪機自動溫度控制ATC(Automatic Temperature Control)和在線試驗的功能。閥門配置為2個高壓主汽門、4個高壓調門、2個中壓主汽門、2個中壓調門。汽輪機沖轉前，可選擇對高壓調節閥閥殼預暖。當高壓調節閥閥殼預暖功能投入時，右側高壓主汽閥微開，可同時對4個高壓調節閥閥殼進行預暖。在汽輪發電機組并網前，DEH為轉速閉環無差調節系統，其設定點為給定轉速。給定轉速與實際轉速之差經PID調節器運算后，通過伺服系統控制油動機開度，使實際轉速跟隨給定轉速變化。轉速控制器計算產生閥門的流量指令，該指令通過閥門流量曲線分配以產生每一高調門及中調門的開度指令。高/中壓缸聯合啟動時，中調門一開始就接近全開，依靠高調門進行轉速調節。中壓缸啟動時，若選擇暖機運行方式，機組轉速在400 r/min以下時，高調門微開進行高壓缸暖機;當轉速大于400 r/min時，高調門開度不變，中調閥打開;若不選擇暖機運行方式，則高調門不開啟，僅開啟中壓調門。操作員設定的升速率為 0～500(r/min)/min，操作員未設定的情況下，冷態啟動時升速率為100(r/min)/min，溫態啟動時升速率為150(r/min)/min，熱態、極熱態啟動時升速率為300(r/min)/min，在臨界轉速區內，升速率為 300(r/min)/min。

2 DEH中調門突然開啟的過程

2009年4 月，#1機組首次大修，為了提高機組效率，在大修期間進行了汽封間隙改造。2009年6月23日，#1機組大修后首次開機，為了磨汽封間隙，第1次、第2次沖轉都將目標轉速設在600 r/min。機組沖轉前投入了“暖機方式”，實際轉速超過400 r/min，暖機轉速繼續上升，高調門開度保持，中調門一直處于關閉狀態。過了一段時間，總的調門給定上升到一定值，中調門給定從0突然快開，引起轉速猛增，后中壓調門又猛關，轉速仍然往上升，此時高調門開度一直保持，轉速無法控制。最終因原因未查明，只能直接升速而未在600 r/min時停留。事后將相關數據發給東方汽輪機有限公司自控公司，生產廠家答復:中調門開啟速度過快的原因是由于中調門低流量有一個預啟閥開度所致。在中調門突開過程中，2009－06－23 T 02:11:45，轉速為614．33 r/min。02:11:55，轉速為 821．15 r/min，升速率計算為1 236(r/min)/min，而轉速閉環回路最大升速率為500(r/min)/min。#1機組給定轉速、中調門給定、高調門給定中間值等168 h試運行后，因歷史庫故障重裝，沒進歷史庫而無歷史趨勢進行分析，只能對DEH控制邏輯進行分析并相關點加進歷史庫。

2009年9月10 日，#1機組再次啟動，此時相關歷史數據庫已經完善，沖轉時也投入暖機方式，重復出現6月23日中調門突開轉速飛升問題。查歷史趨勢，2009－06－23 T 12:48:38轉速設定值達400 r/min，12:49:14實際轉速達400 r/min，調門總給定為21．70%。查操作員記錄，12:48:49運行人員按GO按鈕，設定值開始上升，12:50:44中調門突然開啟。

圖1為2009年6月23日凌晨沖轉過程放大趨勢，在這次中調門突然開啟的過程中，轉速上升特別快，02:11:45，轉速為 614．33 r/min，02:11:55，轉速為821．15 r/min，升速率為1236(r/min)/min。圖2為2009－09－10 T 12:50:44中調門突然開啟的趨勢，圖3為2009－09－10 T 12:49:44高調門開度指令鎖定14．11%。

3 DEH相關邏輯分析

針對上述情況，對DEH相關邏輯進行了分析解讀。在暖機運行方式投入且實際轉速小于400 r/min時，升速率自動切為30(r/min)/min，升速切換邏輯如圖4所示。

(1)暖機在400 r/min內，實際轉速大于400 r/min，30 s后信號為1。暖機在400 r/min內，保持1 min，信號為實際轉速大于400 r/min，30 s后發出一60 s脈沖，即實際轉速大于400 r/min，90 s后此信號為0，暖機邏輯如圖5所示。

(2)實際轉速大于400 r/min，90 s后暖機，發出0．2 s脈沖信號置位進行信號，即自動GO。暖機控制方式時給定轉速大于400 r/min時發出1 s脈沖復位進行信號，即自動保持，設定值將保持不變，進行保持邏輯如圖6所示。

(3)實際轉速大于400 r/min，30 s后高調門開度保持自鎖，閥門開度切換邏輯如圖7所示。

上述邏輯為:中壓缸啟動沖轉，暖機控制時中調門開度一直為0。實際轉速大于400 r/min，30 s后且設暖機400 r/min，保持在1min內，即實際轉速大于400 r/min時，90 s后中調門開度從0切換為調門總給定減去高調門總給定中間值。

4 轉速飛升原因分析及處理方法

圖1 鍋爐沖轉過程放大趨勢

2009－09－10 T 12:48:38，轉速設定值達400 r/min，發自動保持指令，轉速設定值不變調門總給定為16．18%。查操作員記錄:12:48:49，運行人員按GO按鈕，轉速設定值開始上升，調門總給定開始增加。12:49:14，實際轉速達400 r/min，給定轉速412 r/min，調門總給定為17．05%，高調門給定為17．05%，中調門給定為0，升速率由強制30(r/min)/min切為150(r/min)/min。12:49:44，調門總給定已上升到20．43%，高調門開度指令鎖定，此后一直為17．05%，中調門給定為 0．90 s，12:50:44，中調門給定指令從0切為調門總給定減去高調門給定。12:50:45，中調門給定切為 14．86%，12:50:46，中調門給定15．22%，此時轉速飛升上揚，因轉速PID閉環控制，12:50:48，中調門開度為0，給定轉速645．73 r/min，實際轉速達483．96 r/min。12:50:49，中調門開度為12．58%，實際轉速達489．10 r/min。12:50:50，中調門開度為 23．65%，實際轉速達650．73 r/min。12:50:51，中調門開度為 29．00%，實際轉速達653．23 r/min。隨后中調門開始關閉，但轉速無法控制仍在上升，12:50:56，中調門開度為20．82%，實際轉速達945 r/min，最后手動打閘停轉。

圖7 閥門開度切換邏輯

結合邏輯分析，在2次沖轉過程中出現的中調門突然開啟導致升速過快的原因大致如下:在暖機運行方式投入期間，運行人員在自動暖機在1min保持期間內人工干預，點擊“自動控制”畫面的“進行/保持”按鈕，將其置為“進行”狀態，此后給定轉速自動以設定的升速向目標轉速逼近上升，總調門給定一直往上增加，而實際轉速達400 r/min，30 s后高調門給定被邏輯鎖定，即總調門給定與高調門給定之差一直在增加，暖機1min結束后，中調門給定由0切換為總調門給定與高調門給定之差，故中調門快速開啟，轉速急劇上升，轉速控制回路動作，關閉中調門后，轉速仍無法下降。若沒有運行人為干預，在給定轉速400 r/min時自動保持，設定值將保持不變，總調門給定值保持不變，實際轉速達400 r/min，30 s后，高調門鎖定為總調門給定值，中調門給定為零，這樣實際轉速達400 r/min，90 s后，中調門切換前后均為零，無擾切換，只有發出自動進行信號，轉速給定值按相應升速率變化時，中調門才緩慢開起控制轉速。

廠家說明書中指出了汽機暖機轉速通常定為1500 r/min和3000 r/min，故目標值通常設為1 500 r/min和3000 r/min，到達目標轉速值后，可自動停止升速進行暖機。若在升速過程中，需暫時停止升速，可由操作員發“保持”指令。在中壓缸啟動方式下，可投入“暖機運行”方式。在“自動控制”畫面上點擊“暖機運行”，在彈出的窗口中選擇“投入”;再點擊“自動/手動”按鈕，將控制狀態改為“自動”。但說明書中沒有說明“暖機運行”投入時，轉速給定值達400 r/min會出現自動保持狀態，而暖機1min后程序會自動進行，故運行人員看到自動保持后點擊“自動控制”畫面的“進行/保持”按鈕，將其置為“進行”狀態，從而導致“暖機運行”投入時沖轉過程中出現中調門突然開啟呈現轉速飛升的異常情況。

事故分析結束后，在DEH畫面中增加了“暖機正在進行”顯示，對運行規程進行了完善，增加了暖機運行過程的說明和操作要求，“暖機運行”投入時嚴禁運行人員手動干預，直至暖機結束。

5 結論

2010年，#2機組大修結束，在磨汽封過程中，投入“暖機運行”，暖機結束后，中調門沒有出現突然開啟的情況，也沒有出現異常升速的情況，轉速控制穩定。事實證明，暖風邏輯合理，事故原因分析準確。