上汽西门子机型机组DEH系统双LVDT改造浅析

刘 岩，刘耀奇，赵洪健，蒋 维

（宁夏枣泉发电有限责任公司，银川 750409）

浙能宁夏枣泉电厂一期2×660MW超超临界燃煤机组采用上海汽轮机厂制造的超超临界、一次中间再热、单轴、三缸两排汽、凝汽式间接空冷汽轮机，型号为NJK660-27/600 /610。该汽轮机设计两个高压主汽门、两个高压调门以及两个中压主汽门、两个中压主汽门和一个补气阀。每个进汽门均设置单支LVDT传感器，阀位反馈信号通过电缆传送至DEH控制系统。单元机组DEH和MEH系统采用艾默生公司的Ovation 3.5.1控制系统，主要作用是实现对汽轮发电机组转速和负荷的控制。系统设置VP卡（阀门控制卡），用于接收并计算处理阀位反馈信号[1]。

1 DEH系统概述

汽轮机组的转速和负荷是通过改变主汽阀和调节汽阀的位置来控制的。汽轮机控制系统（DEH）将要求的阀位信号送至伺服油动机，并通过伺服油动机控制阀门的开度来改变进汽量。DEH接收来自汽轮机组的反馈信号（转速、功率、主汽压力等）及运行人员的指令，进行计算，发出输出信号至伺服油动机。DEH系统主要由DEH控制柜、操作员接口、伺服油动机等组成。DEH控制系统的主要任务是控制通过汽轮机调节阀（CONTROL VALVE）的蒸汽流量。根据运行要求，DEH 在不同情况下的控制对象有汽轮机转速、负荷、主汽阀前蒸汽压力等[2]。DEH是冗余的数字式控制系统。转速、负荷、主蒸汽压力等信号通过三取二进入主控制器，输出的阀位控制信号经放大后送到电液油动机，控制汽轮机调节阀的开度位置。

2 改造前存在的问题及在线更换LVDT安全措施

2.1 改造前信号传输情况

汽轮机的高、中压调阀的阀位传感器（LVDT）出厂配置为单个阀位传感器，阀位信号送到DEH机柜后，再经过一分二信号分配器分两路送VP卡，如图1所示。实际信号并非全程冗余，并且由于高、中压调阀的阀位信号在DEH中是作为汽机调阀的流量反馈，一旦LVDT反馈信号出现问题或流量指令比较两者偏差大于25%时，会触发该侧调阀快关，造成汽机单侧进气。

2.2 LVDT故障导致高压调阀异常关闭

2018年2月3日07时24分18秒， #1高压调阀快关信号20FD1R-SGFD1-F触发，导致#1高压调阀的两个快关电磁阀失电，调阀快速关闭，机组负荷由464MW瞬间降低至258MW。同时，20FD1R-STFD1R触发将调阀指令切至0%。VP卡发生主备切换，由B5卡切换到A4卡，且A4 VP卡输出指令电压异常突增至4.223V。查看历史曲线发现，#2机#1与#2高压调阀DCS反馈偏差大，#1高压调阀DCS显示反馈24.3%，#2高压调阀DCS显示反馈60.42%，就地检查机械指示两侧偏差30%左右，逻辑中20FD1R-SGFD1-F的触发条件，AND模块输入端3个开关量在机组正常运行时，C21（反馈大于3%延时1s断开）和#1高压调阀未进行ATT试验、快关电磁阀未动作、反馈未故障三者取或后再取反条件均为1，只有C20（流量指令与两个反馈信号取大后换算出的开度之差大于25%）出1才会触发该信号，故判断当时C20触发了，但是由于Ovation历史记录为采样保持回路且采样周期为1s，C20信号并未被记录到。查看历史数据#1高压调阀快关前流量指令为60.42%，#1高压调阀快关动作前反馈大选后为24.3%，利用插值法经f（x）换算#1高压调阀反馈大选后应大于29.1%，此数据经过仿真机组态试验验证，两者的偏差满足C20动作条件，所以此次#1高压调阀快关的原因是LVDT输出电流波动导致#1高压调阀保护信号C20触发，进而阀门快关动作。

2.3 #1高压调阀LVDT在线更换采取的安全措施

1）负荷降至400MW以下，保持负荷稳定。

2）运行人员通过设置调阀阀限，逐步关小调阀至全关，就地确认阀门机械位置实际已关闭，将调阀的阀限设置为-5%。

3）操作主汽阀快关电磁阀使主汽阀快关电磁阀失电、方向阀得电，关闭主汽阀，开启主汽阀前疏水气动阀。

4）关闭主汽阀组EH油进油阀，并悬挂“禁止操作，有人工作”警告牌。

5）为防止LVDT拆接线时，阀门反馈剧烈跳变引起DEH逻辑中联锁保护动作，在主汽阀、调阀全关后，强制调阀反馈信号为当前值。

6）强制调阀快关动作信号C20为0。

3 冗余LVDT改造

3.1 改造实施的技术措施

改造后信号分配情况：汽轮机高、中压调门各增加一支LVDT传感器，实现每个调门均配置两支 LVDT 传感器，保证LVDT传感器与VP卡传输信号一一对应，实现完全的冗余配置[2]。改造前，LVDT信号传输实际布线方式为现场调阀位移信号（接线盒编号：MAA12GA001）经过LVDT测量之后，作为信号分配器SC1的Input。SC1将4mA～20mA阀门反馈信号分成两路，分别为Output1、Output2，Output1送至#1高调主阀位卡（VP卡），Output2送至#1高调阀副卡。信号分配器供电电源为直流24V，取自CTRL42/92柜内TB1端子排2T（+）、2B（-）端子。现修改原DEH机柜中单输出位移传感器的接线，删除DEH 42号机柜内4个位移传感器信号分配器。将原先供于信号分配器的24V DC电源分别接入在新增的位移传感器上。双输出位移传感器反馈信号直接从调门油动机端子盒内分别接入原先机柜内冗余的VP卡上。新增加的LVDT2信号电源取自信号分配器，反馈信号直接送至冗余VP卡，原LVDT1不再经过信号分配器，直接将反馈信号送至主VP卡。经过改造之后，真正意义上实现了从信号取源、信号传输到输入卡件的一卡一信号冗余配置。

3.2 阀门整定

LVDT反馈装置更换完成后，需进行阀门全行程试验，若全开或全关反馈与实际阀位偏差超过2%，则需对阀位反馈进行整定；若偏差未超过2%，则无需整定。具体如下：

1）整定期间运行人员根据调试需要，配合设置调阀阀限至105%。

2）确认调阀C20强制为0，快关电磁阀带电。

3）进入阀门卡调试画面，记录原VP卡参数，进行主卡调试，拔掉备卡。

4）调试画面右上角REDUNDANT FLAG设为0，TOP CAL POSITION 30000，BOT CAL POSITION设为6000，DEMOD GAIN设为1675， K-SERVO设为45，K-SERVO DB设为20，然后DOWNLOAD TO CARD。

5）控制模式切为AUTO，点击“CAL ZERO”，MODE由NORMAL变为CAL，再变为NORMAL。

6）点击“CAL HUNDRED”，MODE由NORMAL变为CAL，再变为NORMAL。

7）校完零、满位之后，若TOP CAL POSITION值在20000左右，BOT CAL POSITION值在10000多，即都在10000～30000内，点击“UP LOAD FROM CARD”，和画面一致即可。

8）控制模式切为MAN，做10%阶跃试验；根据趋势图调整PI GAIN 及PI RESET的值，直至合格。

9）主卡完成，将备卡插上去，带电后将主卡拔掉。

10）重复步骤4）～步骤8）。

11）主、备卡均调试完毕后，将主备卡都插上，将其REDUNDANT FLAG值均设置为1，分别点击“DOWNLOAD TO CARD”。

12）对主卡给阶跃指令，查看趋势图。若不符合要求，应重复步骤3）～步骤11）。

3.3 冗余切换试验

在系统组态工作及阀门标定完成后，进行冗余扰动切换试验，以验证主汽门控制双VP 卡、双LVDT冗余改造后控制性能满足汽轮机阀门控制标准[3]。VP卡冗余测试：两卡运行，给40%指令；在电子间将主卡指令线解掉其中一根B14+，此时主备卡无扰切换，原PRIORITY状态下的VP卡自动进入NORMAL&BACKUP/DISARMED，调试画面中REDUNDANT SETTING中显示PARTNER FAILED；恢复接线，对照趋势图反馈应无明显波动，然后再将备卡指令线拆掉B14+，然后恢复，观察到的现象应和主卡试验时一样；40%指令不变，在电子间将主卡反馈线解掉其中一根B10+，此时主备卡应无扰切换，原PRIMARY状态下的VP卡自动进入NORMAL&BACKUP/DISARMED，ONBOARD CONTINGENCY显示为FEEDBACK“A”TROUBLE；恢复接线，对照趋势图阀门开度应无明显波动，然后再将备卡（此时应该显示为主卡）反馈线拆掉，然后恢复，观察到的现象应和主卡试验时一样。

3.4 DEH/ETS系统电源可靠性改造

为防止由于插针式跨接片松动导致设备异常事件的发生，本次LVDT改造还进行了DEH/ETS系统电源可靠性改造，对插拔式无固定措施的跨接片增加冗余配置，如：在F21与F22开关1号触点备用插孔处增加一个短接插片，与原短接插片形成冗余。此举措可有效避免新增短接线与原配线径不一致，导致并接在一起的接线松动情况的发生。同时#1机组汽轮机主保护ETS机柜内跳闸继电器K02、K04、K06供电回路也存在该问题，跳闸继电器只有一路进线，未采用直流环形连接，存在重大隐患，该电源线松动将会导致机组跳闸。为防止异常情况发生，现已在X06继电器A1端子至L+A端子之间增加一路电源线，采用环形连接的方式进行供电，这样大大减小了回路中任意端子松动的影响。#1机组ETS控制柜内汽轮机高中压主汽阀、调阀快关电磁阀供电端子排X03-9与X03-10为单路进线，该进线端子若出现松动则会导致ETS动作、机组跳闸。现已为端子排X03-9与X03-10各增加一路电源进线，采用两路同时供电的方式，大大提高了设备可靠性。为了提高预警，本次还将D41空开报警和集控停机按钮、机头停机按钮报警点，以及磁致伸缩电源监视增加到大屏报警，便于监视。

4 日常维护措施

汽轮机调门波动的原因主要有：LVDT线圈绝缘不好、信号传输电缆屏蔽不合格、LVDT固定架松动以及信号传输电缆接线松动等，导致阀门反馈信号波动[4]。因此，在日常维护中要加强相关方面问题的排查，具体如下：

1）定期组织巡检并对汽轮机各个调阀相关参数进行记录，比如阀门开度、VP卡输出电压等，通过历史趋势进行分析判断，发现问题及早处理，防止事故进一步扩大。

2）油动机属于高温、高振动区域，因此要加强对油动机巡检力度。结合曲线分析LVDT动作情况以及是否存在信号波动，同时利用机组停机时对LVDT进行绝缘检查，不合格直接更换，降低在线更换的安全风险。

3）定期进行端子紧固，以及对LVDT固定牢固性进行检查，防止接线松动、固定不牢固引发信号波动。

4）定期对EH进行检验，保证EH油品质合格，并定期对伺服阀前滤网进行清洗，防止伺服阀卡涩情况的发生。

5 结论

本文对上汽西门子机型DEH系统调门故障原因进行分析，并提出本解决办法及日常维护措施，为其他同类型机组提供经验参考。通过对汽轮机高、中压调阀双LVDT改造，大大提高了高、中压调阀阀位信号的可靠性，降低了因单只LVDT故障导致调门异常关闭的可能性，提高了DEH系统安全性。同时，还发现了DEH/ETS系统电源存在的隐患并利用本次改造机会完成了#1机组DEH/ETS系统电源可靠性改造，采用环形连接的方式进行供电，这样大大减小了回路中任意端子松动的影响。