上汽1000MW二次再熱機組調門快關保護簡析

謝晨宇，夏鵬遠

（國家能源集團泰州發電有限公司，江蘇 泰州 215300）

西門子體系汽輪機組控制理念、邏輯功能實現具有鮮明特點。通過借鑒同類型機組調門快關導致跳機案例以及總結分析某廠二期兩臺機組運行情況，發現一些主汽調門快關邏輯上存在著優化的空間。結合實際情況，對相關邏輯進行適當優化，以提高設備可靠性和安全性。

1 案例介紹

某廠汽輪機型號為N660-25/600/600，超超臨界、一次中間再熱，單軸、四缸四汽、凝氣式汽輪機，DEH控制系統為西門子T3000控制系統。

某日該機組在協調控制方式下根據調度負荷曲線開始連續升負荷，由于鍋爐燃燒慣性大，主汽壓力上升緩慢，致使實際壓力偏低較多，壓力拉回回路起作用。在此過程中由于機組運行工況的微小波動，導致壓力控制器、轉速/負荷控制器交替起作用，經壓力控制器、轉速/負荷控制器之間的快速、多次切換后，汽輪機進汽流量設定值（OSB）快速下降。因高壓調門、中壓調門實際閥位仍處于全開，滿足了高調閥流量指令與閥位反饋對應的流量偏差大于25%的條件，所有調門快關保護動作，機組由372MW甩負荷降至0MW。當負荷低于104MW時滿足KU動作條件，延時80ms觸發短甩負荷(KU)指令（150ms脈沖）。閥門關閉后實際壓力上升，OSB輸出上升到25%，閥門開啟9.7%，負荷上升到66MW，未超過104MW。因KU動作條件2S內未消失，觸發長甩LAW，（轉速/負荷控制器由負荷控制模式切為轉速控制模式，轉速/負荷控制器的輸出立即降為4.4%（對應高調閥流量指令5.5%），滿足了高調閥流量指令與當時閥位反饋對應的流量指令（32.5%）偏差大于25%的條件，再次觸發調門快關保護，高中壓調門全部關閉，延遲10s后觸發再熱器保護動作，鍋爐MFT。

通過上述案例可以看出，此次機組異常發生直接原因為鍋爐再熱器保護動作，而誘因就是汽輪機調門快關保護動作。

2 快關邏輯介紹

汽輪機調門快關是汽輪機一種自我保護系統，當發生故障時，迅速關閉進汽調門，防止發生汽輪機超速[1]。

通過分析某廠二期1000MW二次再熱汽輪機調門快關邏輯，其動作條件有三個：①汽輪機跳閘信號來；②機組甩負荷保護動作；③調門流量偏差大；任一條件滿足時，均會觸發。造成案例中該廠調門快關的原因就是調門流量大。結合案例，本文主要圍繞調門流量偏差大，重點分析該條件邏輯的構成。

西門子DEH控制系統中汽輪機調節系統根據壓力回路控制輸出、負荷控制輸出、轉速控制輸出三選取小產生汽輪機進汽流量設定值（OSB），通過第一次函數轉換將OSB值變為超高壓、高壓、中壓調門流量指令（分別用OSFD、OSAF2、OSAF3表示）。汽輪機調門閥位由現場安裝的線性位移傳感器（LVDT）通過模數轉化而來，根據閥位反饋（GV）以一個折線函數計算出對應的進汽流量反饋值（超高壓、高壓、中壓調門進汽流量反饋分別用OFD、OAF2、OAF3表示）。調門偏差大核心就是在汽輪機運行過程中，比較調門流量指令與進汽流量反饋值大小，當偏差大于25%時，就會觸發調門快關，快關動作時，伺服閥輸出最大負電流，使快速關閉。

圖1 上汽DEH操作畫面

2.1 超高壓調門快關邏輯計算值

超高壓調門流量指令OSFD=OSB

超高壓調門進汽流量反饋值OFD=F（GV），其折線函數如下表所示。

表1 超高壓調門閥位與進汽流量反饋值函數關系

2.2 高壓調門快關邏輯計算值

高壓調門流量指令OSAF2=OSB/0.7。

高壓調門進汽流量反饋值OAF2=F（GV），其折線函數如下表所示。

表2 高壓調門閥位與進汽流量反饋值函數關系

3 流量偏差大原因分析

造成流量偏差大原因主要有：①調門閥位異常引起HFD偏離正常值；②OSB輸出波動大引起OSFD偏離正常值。

（1）閥位反饋異常。從閥位的測量、傳輸、計算來看，大致原因可歸納為：①線路接觸不良。調門反饋LVDT傳感器信號線在各中間端子箱傳動過程中由于螺絲沒有擰緊或是由于現場振動大造成線路松動，使反饋信號出現波動；②調門反饋LVDT就地抖動大。固定LVDT的螺絲沒有擰緊或在螺絲沒有擰緊時，由于機組低負荷時振動較大，造成LVDT實際抖動大，引起信號波動；③高壓調門反饋LVDT傳感器故障。LVDT線圈故障，引起信號突變，導致觸發調門快關信號[2]。

（2）OSB輸出波動大。結合案例，該機組在加負荷過程中，由于爐側滯后導致主蒸汽壓力偏離設定壓力較多，在壓力偏差>0.9Mpa時，壓力拉回回路開始起作用，逐步將壓力控制輸出值降低直至小于負荷控制輸出值，使三選值輸出取自壓力控制輸出值，若壓力不回頭，壓力控制輸出有效且繼續減小，迫使OSB輸出減小。在壓力控制輸出有效作用期間，為實現無擾切換負荷控制輸出上限受壓力控制輸出受限制，同步減小。當隨著AGC指令波動，實際負荷大于負荷指令時，負荷控制器輸出與壓力控制輸出接近，某一瞬間因在機組擾動作用下的壓力控制器、負荷控制器即可發生多次交替切換，并且每次由負荷控制切換到壓力控制回路都會出現壓力控制器輸出值減小一個計算值（經此時壓力偏差值測算約3%）。正是在多次切換下，OSB輸出瞬間從82%快速向20%下降。此時HFD仍在閥門100%對應狀態，故觸發調門快關。

4 應對措施

4.1 硬件上的預防

（1）降低LVDT運行中故障率。LVDT異常一方面是自身原因，從測量到傳輸中間中轉越多，故障發生可能性也越高，故在設計過程中，盡量減少中間端子連接；另一方面是外界影響，例如機組振動，尤其對于二次再熱機組沖轉、并網初期，由于進汽量少易造成調門產生汽流激振，引起調門油動機振動大，故要在特殊工況下，加強機組參數調整，避免在此類工況停留較長時間。

（2）加強日常巡視。定期對LVDT裝置進行檢查，重點查有無松動的現象，若有及時采取緊固措施。運行中關注對調門反饋變化，出現非線性的波動或小幅調動的，應及時安排檢查，排查端子接線有無松動、LVDT固定螺絲有無松動的情況。

（3）做好停機后維護。利用機組檢修機會，對LVDT傳感器、信號線、端子盒進行檢查，必要時進行更換，保證設備的可靠性。

4.2 邏輯上的優化

當調門出現閥位跳變時，若閥位是從由大開度跳至小開度，則對快關邏輯無影響，而當閥位是從由小開度跳至大開度，則有可能觸發快關保護動作。從運行角度來說，當調門反饋出現異常時，不希望發生調門快關動作，盡量維持當前工況穩定，安排檢查處理。

以超高壓調門為例，表3列舉了各種典型工況下流量與偏差情況的相關數據。從工況1～4可以看出，在正常負荷段，穩定狀態下，即使發生LVDT故障也不致于觸發偏差25%條件。工況5為并網后帶初負荷階段，該階段僅是啟動過程中暫態，發生LVDT故障的影響較小且即使故障對系統及機組影響不大，故不做考慮。

表3 各種典型工況下超高壓調門流量與偏差情況

隨著調頻、調峰市場要求越來越高，工況6、工況7出現的頻率越來越高，該狀態下若發生閥位跳變，則有可能發生調門快關。故而根據實際運行工況，將快關觸發條件中調門流量指令與進汽流量反饋值＞25%調整為＞32%將有效避免風險。

由于高壓、中壓調門在200MW以上負荷，基本處于全開狀態下，不再參與進汽流量調節，故而當調門發生故障，對快關保護無影響。

4.3 其他調節上控制

（1）鑒于案例事件，在快速加負荷，機組處于欠壓狀態時加強壓力的控制，負荷/壓力偏差值不要長時間處于接近狀態，以免負荷/壓力回路頻繁激活，使得OSB取值短時間頻繁切換，發生OSB輸出異常下降。

（2）在運行中當閥位反饋異常時，應盡量維持負荷工況穩定，保證OSB輸出＞76%，另外可考慮將對應快關保護強制，盡快安排檢查排除故障。

5 結語

在機組實際運行過程中，發生汽輪機調門快關后不可控因素較多，極易引起非停事件，對系統和機組本身帶來較大的沖擊。本文結合某廠非停案例對上汽汽輪機調門快關保護進行了誘因分析，并提出了控制防范措施，對提高快關保護動作可靠性也一定參考意義。