300 MW機組汽輪機轉速控制故障分析和處理措施

李興照，宋國鋒，陳淑琴，海廣星

(河南第一火電建設公司，河南 鄭州 450012)

1 數字電液控制系統概況

鞏義豫聯電廠#6機組(300 MW)汽輪機為東方汽輪機廠生產的 C300/264－16.7/1.0/537/537型亞臨界中間再熱、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式汽輪機。汽輪機數字電液控制系統DEH(Digital Electro-Hydraulic Control System)由東方電氣自動控制工程有限公司供貨，采用Symphony分散控制系統。

1.1 DEH轉速控制組成

DEH轉速控制由轉速控制PID、就地轉速信號、目標值、升速率、轉速設定值、流量指令(%)、閥門曲線、伺服閥和調門組成。

(1)轉速控制PID:運算轉速設定值與就地轉速信號的偏差并消除偏差的比例積分控制器。

(2)就地轉速信號:測量汽輪機的實際轉速，為確保測量可靠、防止干擾，為三取中值處理過的轉速信號。

(3)目標值:汽輪機要達到的轉速值，由運行人員根據需要輸入。

(4)升速率:每分鐘所要求的汽輪機轉速改變值，由運行人員根據需要輸入。

(5)轉速設定值:由目標值向新目標值變化的中間值，由升速率決定其改變的快慢，在邏輯運算中它與就地轉速信號相比較，其偏差值由PID來運算，運算結果為流量指令，用此決定調門的開或關。

(6)流量指令:汽輪機的蒸汽流量需求量，其值為0%～100%。

(7)閥門曲線:流量指令分配各個調門開度的函數，流量指令通過每個調門的閥門曲線對應出其調門開度指令(0% ～100%)。

(8)伺服閥:接受調門開度指令來驅動就地調門。

(9)調門:包含閥體及液壓控制部分，由伺服閥來驅動開或關。

1.2 DEH轉速控制操作步驟

(1)點擊“復位”按鈕，汽輪機復位(即掛閘)。

(2)點擊“運行”按鈕，開主汽門與中壓主汽門。

(3)點擊“自動”按鈕，選擇自動方式。

(4)輸入目標值、升速率。

(5)點擊“進行”按鈕，汽輪機開始按照所設定的升速率向新目標值靠近，操作完成。

2 故障現象

#6機組在進行汽輪機超速保護控制單元OPC(Overspeed Protect Controller)試驗時，機組轉速控制不穩定，OPC反復動作3次，最高轉速達到3 105 r/min，導致手動打閘停機。在汽輪機惰走期間決定再次掛閘啟動，出現汽輪機“掛閘”復位后，點擊“自動”指令，還沒有輸入“轉速目標值”和點擊“進行”按鈕，就地調門卻突然開啟，汽輪機轉速隨之飛升，變化曲線如圖1所示。

3 故障分析

作者通過故障現象分析認為，導致轉速飛升的原因主要有就地轉速信號擾動、就地調門/油系統異常、伺服閥異常和內部邏輯錯誤等。

按照以上所列原因逐一進行檢查和排查:

(1)檢查就地轉速測量回路，正確可靠;查看各個轉速測量的歷史曲線，沒有發現擾動現象，此原因排除;

(2)檢查就地油系統、調門，結果正常;在關閉主汽門、中壓主汽門后，依次單個實際開關就地調門，結果正常，此原因排除;

圖1 變化曲線

(3)檢查伺服閥信號正常;在關閉主汽門、中壓主汽門后，依次單個實際開關就地調門，結果正常，此原因排除;

(4)再次分析事故曲線發現，“掛閘”、“運行”都沒問題，點擊“自動”時流量指令有個階躍，調門開啟轉速隨之飛升，證明問題出現在邏輯內部。

作者做仿真試驗且多次模擬汽輪機惰走工況，在不同轉速下點擊“復位”－“運行”－“自動”按鈕，DEH畫面顯示目標值、設定值自動置為當前實際轉速值(即汽輪機惰走時的轉速)，但邏輯內部流量指令階躍一直存在，說明問題出在邏輯的PID運算部分。隨即對PID運算邏輯進行重點檢查，發現點擊“自動”按鈕PID開始運算的瞬時，轉速設定值仍為零(實際應為汽輪機惰走時的轉速)，這樣PID運算的偏差就為實際轉速，偏差很大，所以PID的輸出值就會產生一個很大的階躍。

產生這個現象的原因是DEH組態內部的運算有個周期，1個周期為250 ms，在這個運算周期內其各個功能塊的執行也有個先后順序(即時序)，在這里也就是其先執行了PID的自動運算功能，然后才把轉速設定值選為實際轉速值;DEH畫面顯示及圖1曲線所顯示的目標值、設定值自動置為當前實際轉速值，是因為畫面與曲線的更新速度慢(更新速度為1 s)，所以才產生了這樣一個故障現象，導致單從邏輯組態的正確與否方面很難發現其問題。汽輪機第1次沖轉正常，是因為機組從零轉速開始升速，掩蓋了該問題。

4 故障處理措施

正確的DEH控制邏輯是當汽輪機掉閘后，目標值、設定值、流量指令全部為零，汽輪機運行方式為手動，PID運算控制器輸出值強制跟蹤為零，即此時流量指令值為零。當汽輪機“復位”、“運行”后需要點擊“自動”按鈕來選擇自動方式，此時目標值、設定值自動置為當前實際轉速值，PID運算控制器開始運算，這樣流量指令、調門就不會發生突變。

根據事故分析結果可知，要消除該故障現象，就要把轉速設定值選為實際轉速的執行時序放在轉速控制PID置為自動之前。

(1)處理要求:在“自動”按鈕所觸發的置PID自動指令后面加1個時間滯后塊，時間滯后的長短既要使轉速設定值選為實際轉速的執行時序放在轉速控制PID置為自動之前，又要使設定值與實際轉速不能偏差太大(期間汽輪機一直在惰走)。

(2)處理措施:通過仿真模擬試驗后，最終確定滯后時間為0.1 s。

(3)處理效果:邏輯修改后，#6機組于2009年7月2日再次啟動，汽輪機OPC試驗正常，轉速控制良好。其控制曲線如圖2所示。

圖2 邏輯修改后的控制曲線

5 結束語

此次DEH轉速控制故障是由DEH組態內部的功能塊運算時序不合理引起的，所以，在審查邏輯組態時，不但要檢查組態的正確性，而且要檢查各功能塊執行時序的合理性(即功能塊的塊號合理性)，以避免此類故障的發生。

［1］畢華南，李紅艷.給水泵汽輪機控制系統應用及啟動中的問題分析［J］.華電技術，2009，31(7):50－52.