上汽全周进汽机型调门振动异常分析

上汽全周进汽机型调门振动异常分析

曹小中

曹小中

（广州粤能电力科技开发有限公司）

摘要：采用西门子技术的上汽全周进汽系列的汽轮机只有两个高调门，一旦发生单侧进汽故障，根据设备说明最多只能运行4小时，再加上引进的西门子技术的DEH控制策略中设计了非常多的交叉闭锁、控制及保护回路，系统非常复杂，一旦出现问题无法在线进行阀门软硬隔离，存在极大的安全生产风险。本文根据同时对西门子技术的DEH控制原理进行分析，给该类型机组的调试、安全生产提供借鉴。

关键词：高中压调门；振动异常；单侧进汽

源自西门子技术的上汽汽轮机控制调节器是DEH的核心部分。它通过控制一个或多个高、中压调门的开度来调整进入汽轮机的蒸汽量，达到调节汽轮机转速、负荷或主汽门前压力的目的。因此调门设备、系统、控制策略的可靠性直接关系到机组的安全运行。上汽DEH是将转速/负荷调节器、压力调节器和启动装置限制器TAB的三路输出信号通过中央小选模块，形成有效的允许设定值（流量指令OSB）去作用高、中压调门。将各调节器的输出指令进行小选的目的是为了保证安全，这样即使某个调节器失灵也能确保高、中压调门不会不可控的开大。输出指令最小的控制器被小选模块选种后，DEH认为该调节器处于有效状态。为了汽轮机的安全和控制品质的优化，高、中压调门允许进汽设定值还要进行三次不同的处理和修正，才形成最终的调门开度指令。

一、上汽全周进汽机型DEH控制特点

1.1电液控制系统特点：

调门全周进汽、滑压运行、无阀门管理、调门启动主汽门全开、无自动停机总管（AST）和超速保护总管（OPC），每个油动机上安装两个冗余的快关电磁阀。

1.2控制策略特点：

汽轮机调节器DTC与汽轮机开环系统的汽轮机自启动程控SGCST、汽轮机保护系统ETS、机组协调控制BLE、热应力评估TSE、阀门自动试验ATT以及液压控制回路EHA等系统或模块存在信息和信号的交互与传输。

1.3流量指令OSB

OSB输出的指令YR与高压叶片压力限制调节器的输出取小后成为高压调门的设定值。YR减去高排温度限制调节器的输出YHATR后成为中压调门的设定值。各调门的设定值再经过调门通流特性的线性化处理后形成调门的开度指令。

1.4高调门阀位控调节器FDR

高调门的阀位调节器把调节器的输出处理成两个独立的指令分别送到伺服阀的两个操作线圈，同时对两个指令的通道进行监视。当由于某种原因导致阀位指令消失或失电后，为防止调门失控，在调门的液压控回路设置了一个偏置信号会使调门一直朝关闭的方向动作。在正常工况下，需要对这个偏置进行补偿，因此在阀位控制器输出指令的基础上叠加一个所谓的运行点FD1AP。另外，在机组稳定运行时，调门可能长期处在某个位置不变，容易卡涉，为此在阀位指令上增加了一个高频信号。使调门时时刻刻都在做松动试验，以此抵消调门粘性摩擦造成的影响。

当汽轮机甩负荷时，汽轮机的调门必须快速关闭以防超速。此时利用正常的通过调节器的输出来动作伺服阀使调门关闭，是无法满足快速关闭的要求。为此需要调节器发出一个调门快关信号，去动作调门的跳闸电磁阀，使其失电快速泄去EH油压，从而达到快速关闭调门的目的。调门开关信号的生成需满足以下两个条件：当调门实际阀位大于3％时，OSB来的高调门允许进汽设定值OSFD1比经过反修正的阀位开度小25％以上将触发阀位调节器发出快关指令SGFD1。

调门快关和ETS动作时的调门关闭是有区别的。前者直接作用在电磁阀供电回路上，快关信号一发，调门的跳闸电磁阀立即失电，快关信号消失立即恢复供电，跳闸电磁阀关闭调门的EH油压重新建立，并在伺服阀作用下缓慢开启。而ETS动作则通过一个触发器进行，此时跳闸指令被储存，必须等到汽轮机重新挂闸后才能将该指令复位。在跳闸指令阀位前，跳闸电磁阀始终失电无法关闭油路。高调门的快关指令会发给中调门1AF1R的阀位控制器子模块，引起中调门快关。

高调门阀位控调节器FDR原理图（图1）

二、某厂高中压调门异常关闭及抖动异常过程

2.1右侧高中压调门同时异常关闭过程：

第一次：右侧高中压调门同时关闭两次，每次约2秒。机组负荷：200MW，主汽压：16Mpa，初压模式，高调门开度：16.5%，中调门开度：21%，阀限未变化：105%，EH油压无明显波动，高排温度及机前压力在阀门关闭前稳定，机组工况已稳定在当前约7小时，第一下关闭后切限压模式。如图2。

图2

第二次：右侧高中压调门同时关闭一次，约2秒。机组变负荷刚结束时，变负荷过程参数：由250MW-200MW，主汽压：16.6Mpa-14Mpa，限压模式，高调门开度：18%未变化，中调门开度：27%-24.5%，阀限未变化：105%，EH油压无明显波动，高排温度及机前压力在阀门关闭前稳定机组负荷刚到达目标制200MW约2分钟，右侧高中压调门同时关闭。如图3。

图3

2.2右侧高调门抖动异常过程：

在负荷较低的情况，右侧高调2阀位会偶尔抖动，基本集中在250MW以下，抖动幅度不定，抖动时间短，0.05-0.2秒不等，抖动时主汽压在12.5-16Mpa如下图4蓝色，经检查，现场阀门未实际动作。相对负荷压力来看曲线，负荷越低同时压力越高，抖动越频繁。

图4

2.3左右侧高压主汽门阀位抖动现象：

在负荷较低时，左右侧高压主汽门会偶尔抖动，基本集中在250MW负荷以下，抖动幅度不定，抖动0.05-0.19秒不等，抖动时主汽压在12.5-16Mpa，经检查，现场阀门未实际动作如下图5。负荷升至300MW过程中抖动明显有改善趋势。

图5

三、调门瞬间关闭及反馈波动的原因分析

该类型机组控制策略高调门阀位指令为公用指令，即左、右侧高调门阀位指令为同一指令信号。如果发出调门关闭指令，则左右两侧调门应该同时关闭，而5次调门瞬间关闭只发生在右侧高、中调门上，故可以排除OSB指令生成回路（OSFD1/2）问题。DEH逻辑设计当阀位指令与阀位反馈偏差在-25%以上，DEH系统则发出快关信号，阀门关闭，同时高调门快关联锁同侧中调门快关，1秒后，偏差小于-25%，则调门跟随指令打开。由此分析得出由指令与反馈偏差大引起调门瞬间关闭的可能性较大，深入分析可能的原因有：

1、LVDT设备瞬间故障，输出信号波动导致指令与反馈偏差在-25%以上，右侧高调门快关，同时联锁同侧中调门快关，1S后，指令与反馈偏差大消失，高、中调门同时恢复打开。

2、控制电缆受到干扰，导致信号波动，指令与反馈偏差在-25%以上，高、中调门同时快关，干扰瞬间消失则调门恢复。

3、高、中调门快关电磁阀瞬间断路，导致阀门快关。

4、LVDT松脱，主汽门、调门弹簧支架松脱，当主汽压大，阀门开度较小时，通过调门节流后产生较大汽流激振等等。以上情况发生时都可能使LVDT受到激烈振动，输出反馈信号波动并出现瞬间异常。

总结

上汽该类机型由于只有两个高调门，一旦发生单侧进汽故障，根据汽轮机设备说明最多只能运行4小时，再加上引进的西门子技术的DEH控制策略中设计了非常多的交叉闭锁、控制及保护回路，系统非常复杂，尤其是采用T3000系统的DEH，一旦出现问题无法在线进行阀门软硬隔离。类似调门异常的问题本人在粤电大埔、国华山东寿光、陆丰甲湖湾等厂多次遇到。其中国华山东寿光是由于EH油管设计不合理造成阀门调节过程中油压波动引起阀门抖动、陆丰甲湖湾是由于施工违规电焊机的接地线搭接在桥架上、烧熔控制电缆绝缘皮造成单侧进汽接近4小时的临界时间。

因此无论在基建期间还是生产期一定要加强伺服阀、导向阀、LVDT的检查。设置合理的运行点FD1AP，减少中间过渡接线端子引起的故障，建议取消调门、主汽门伺服阀、LVDT中间过渡接线端子盒。基建期要杜绝控制电缆与电源电缆同层桥架敷设，绕开周边大功率设备等。同时在运行中，要严格按照汽轮机厂说明中的各项运行曲线适当控制好主汽压、温度等参数。

参考文献：

上海电气《超超临界凝汽式汽轮机调节保安系统说明书》