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。