施紅武，劉培剛

（棗莊南郊熱電有限公司，山東 棗莊 277100）

0 引言

汽輪機(jī)作為火電廠最主要的設(shè)備之一，工作在高溫、高壓和高速的狀態(tài)中。因此，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠是極為重要的。數(shù)字式電液控制系統(tǒng)兼?zhèn)淞擞嬎銠C(jī)控制和液動系統(tǒng)的優(yōu)點，在工業(yè)控制中被廣泛使用。目前，電站汽輪機(jī)控制都采用了數(shù)字式電液控制系統(tǒng)，并且已經(jīng)完全取代了早期的模擬控制系統(tǒng)[1]。但是電液控制系統(tǒng)作為計算機(jī)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)，本身又具有一定的復(fù)雜性，一旦出現(xiàn)問題，需要現(xiàn)場技術(shù)人員既要懂計算機(jī)控制，又要懂汽輪機(jī)的調(diào)速原理，對人員素質(zhì)提出了更高的要求。本案例的故障處理，就是DEH系統(tǒng)涵蓋多個專業(yè)的一次集中體現(xiàn)。由于故障點十分隱蔽，查找過程涉及到了機(jī)務(wù)、熱控、電氣3個專業(yè)，3個專業(yè)存在的問題或大或小，每個問題單獨來看都不會影響機(jī)組運(yùn)行。但是，當(dāng)某個特定的誘因一旦出現(xiàn)時，這些小問題最終造成機(jī)組被迫打閘停機(jī)。本案例的處理過程對同類型設(shè)備機(jī)組避免類似故障，和DEH現(xiàn)場故障的排查處理具有一定的參考意義。

1 停機(jī)的過程

公司裝機(jī)容量3爐2機(jī)，1、2號機(jī)組采用哈爾濱汽輪機(jī)廠的55MW抽凝式汽輪機(jī)，承擔(dān)工業(yè)園區(qū)企業(yè)用汽和城區(qū)居民供熱任務(wù)。控制系統(tǒng)采用新華xdps400+、DEH-V型低壓純電調(diào)控控制器。2005年投運(yùn)以來一直正常運(yùn)行，控制系統(tǒng)穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)大的異常。

2019年03月23日，早班的運(yùn)行工況是1號機(jī)組停機(jī)檢修，2號機(jī)組帶52MW負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)門開度83%，各項參數(shù)一切正常。08:41，2號機(jī)負(fù)荷由52MW左右突降至48MW，繼而快速下降至5MW，主汽壓力由8.33MPa急速上升，功率回路自動退出。DEH畫面上調(diào)門開度75%，與指令相匹配，無明顯異常。運(yùn)行人員重新投入功率回路，未成功。現(xiàn)場設(shè)備檢查，發(fā)現(xiàn)主調(diào)門開度就地指示器30mm，實際開度12%左右，與DEH畫面的調(diào)門開度相差較大。運(yùn)行人員隨即嘗試將自動控制改為手動控制拉高調(diào)門，手動操作閥位的指令可以上升，但就地調(diào)門不跟蹤，并且機(jī)組負(fù)荷不穩(wěn)定，無法恢復(fù)正常運(yùn)行；08:48，打閘停機(jī)。

2 故障現(xiàn)象

在負(fù)荷快速下降的同時，2號機(jī)DEH畫面的推力瓦溫度、軸瓦溫度和回油溫度測點也在瞬間全部變至負(fù)值，如圖1所示。并且在停機(jī)后轉(zhuǎn)子惰走過程中，3個DEH轉(zhuǎn)速測點在700轉(zhuǎn)的時候，開始不穩(wěn)定，如圖2所示，但是實際轉(zhuǎn)速是在穩(wěn)步下降的。打閘停機(jī)，調(diào)門全部關(guān)閉后，DEH畫面的調(diào)門行程反饋仍然在65%。以上異常測點的共同點就是全部在2號機(jī)DEH系統(tǒng)的同一個機(jī)柜內(nèi)。相鄰的機(jī)爐DCS系統(tǒng)的所有測點狀態(tài)正常，并且2號機(jī)DEH系統(tǒng)的所有測點基本上都處于異常狀態(tài)，溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等都在波動且明顯偏離正常值的測點，初步統(tǒng)計多達(dá)30多個，并且所有變化都是在08:41同時出現(xiàn)。同時還發(fā)現(xiàn)正在檢修中的1號機(jī)，部分DEH的溫度測點也在同一時間出現(xiàn)異常。

3 故障的分析和查找過程

3.1 停機(jī)原因分析

查閱機(jī)組歷史趨勢，調(diào)門突然大幅下降的原因是調(diào)門開度反饋存在一個較大的升高擾動，造成伺服控制回路的輸出指令大幅下降，繼而造成負(fù)荷突然下降，功率回路退出，且由于65%的虛假開度反饋一直存在，造成調(diào)門無法開啟。根據(jù)VPC卡的伺服回路框圖，當(dāng)LVDT突然出現(xiàn)向上的擾動時，輸出指令會快速減小，去關(guān)閉調(diào)門，讓調(diào)門的開度接近DEH輸出指令[2]。LVDT虛假向上跳變擾動，造成了實際調(diào)門快速向下關(guān)閉。

圖1 推力瓦溫度的瞬間跳變至負(fù)值Fig.1 The temperature of the thrust tile changes to a negative value

圖2 DEH轉(zhuǎn)速測下降至707r/s，開始不穩(wěn)定Fig.2 DEH speed measurement drops to 707r/s,start unstable

圖3 打閘停機(jī)后調(diào)門反饋依舊是65%Fig.3 After the turbine is shut down,the valve feedback is 65%

圖4 伺服控制回路框圖Fig.4 Principle of servo control system

3.2 DEH系統(tǒng)硬件設(shè)施的排查

初步懷疑機(jī)柜電壓存在瞬間波動，電壓沖擊造成DEH機(jī)柜部分卡件損壞，測點大面積異常。檢查了電氣系統(tǒng)的歷史趨勢，電壓電流曲線穩(wěn)定，且無重大操作。排查現(xiàn)場電纜也沒有發(fā)現(xiàn)大面積電纜損害。為盡快恢復(fù)2號機(jī)的DEH系統(tǒng)，更換了2號機(jī)DEH柜的溫度測點端子板電源線、端子板和卡件，更換后溫度測點還是顯示負(fù)值；更換調(diào)門控制VPC卡和轉(zhuǎn)速SDP卡后，調(diào)門虛假反饋65%的現(xiàn)象仍舊沒有消除；在DEH軟件系統(tǒng)的排查過程中，重啟了柜內(nèi)交換機(jī)和A、B、C網(wǎng)絡(luò)交換，并對DPU進(jìn)行了停電重啟和切換試驗；檢查了機(jī)柜電纜、接地電阻正常；檢查了DEH內(nèi)部電源模塊，測量DC24V和DC±15V電壓正常，但仍舊進(jìn)行了更換，故障現(xiàn)象還是沒有排除。機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備已經(jīng)全部排查完畢，仍未找到故障點，DEH系統(tǒng)仍舊處于整體的異常狀態(tài)之中。

3.3 外部干擾信號排查

經(jīng)內(nèi)部硬件排查正常無異常后，將排查重點鎖定在了外部線路的信號干擾。將#2機(jī)DEH機(jī)柜保留了最少的運(yùn)行系統(tǒng)，冗余的系統(tǒng)只保留1個，即DPU模塊、DC24V電壓、±15V電源、柜內(nèi)交換機(jī)各保留1臺，其它卡件全部抽出，端子板全部斷電。首先恢復(fù)VPC卡件，調(diào)門反饋從63%恢復(fù)到正常的0%；隨后逐一恢復(fù)柜內(nèi)設(shè)備，縮小排查范圍。當(dāng)恢復(fù)到一塊DI端子板時，電源插頭插上的瞬間，故障重現(xiàn)。最后排查出一對編號為DQ4的信號線，拆除該信號線后機(jī)柜恢復(fù)正常。用普通數(shù)字萬用表測量該信號線對地直流0V，對地交流15V，沒有明顯異常。但是一旦接上，整個機(jī)柜又進(jìn)入混亂的狀態(tài)。隨后將其余設(shè)備逐一恢復(fù)，溫度測點顯示正常，調(diào)門開度和轉(zhuǎn)速也穩(wěn)定到了0的數(shù)值，故障基本排除。查閱圖紙該DQ4信號線為電氣的發(fā)電機(jī)同期裝置就緒信號，目前確定該信號線存在較大的信號干擾，并且從DI端子板的通道引入，造成2號DEH機(jī)柜工作異常，尚不明確為什么DQ4信號線存在干擾。

3.4 1號機(jī)DEH機(jī)柜的處理過程

圖5 干擾信號的傳遞途徑Fig.5 The path through which signals are transmitted

檢修工作轉(zhuǎn)移至1號機(jī)DEH系統(tǒng)，由于1號機(jī)處于停機(jī)檢修狀態(tài)，畫面反映出來的異常測點較少，僅有幾個溫度測點顯示零下，調(diào)門開度也在60%左右波動。同樣拆除1號機(jī)DEH的DQ4信號線，系統(tǒng)卻沒有像預(yù)想的恢復(fù)正常。按照2號機(jī)的排查思路，逐一對設(shè)備停送電檢查，很快就發(fā)現(xiàn)1號機(jī)DEH干擾的故障源在中壓調(diào)門DDV閥，DDV閥停電后1號機(jī)DEH系統(tǒng)恢復(fù)正常。在1號機(jī)DDV閥停電的情況下，嘗試將#2機(jī)DQ4信號線恢復(fù)，結(jié)果是兩臺機(jī)的DEH控制系統(tǒng)一切正常。這樣確定了兩臺機(jī)DEH的干擾信號都來自1號機(jī)中調(diào)的DDV閥。更換DDV閥后，1、2號機(jī)DEH系統(tǒng)都恢復(fù)了正常。

3.5 DQ4信號線的檢查

電氣檢修人員在隨后的檢查中，發(fā)現(xiàn)由于公司兩臺發(fā)電機(jī)共用了一臺自動同期裝置，型號為SID-2CM發(fā)電機(jī)線路復(fù)用微機(jī)同期裝置。該裝置只有1個同期準(zhǔn)備就緒信號接點[3]。發(fā)送至1、2號機(jī)DEH的同期裝置就緒信號，在接線端子上被壓接在了一起，見圖5。造成本應(yīng)該完全獨立的兩臺DEH機(jī)柜從這個公用接線端產(chǎn)生了電氣回路上的聯(lián)系。1號機(jī)DDV的干擾源經(jīng)過同期裝置的DQ4信號線傳送至2號機(jī)DEH機(jī)柜，造成兩臺機(jī)柜所有信號被干擾。整個干擾信號的傳遞途徑如圖5所示，有“”標(biāo)記的為干擾源頭。

3.6 故障DDV的解體檢查

檢查重點又轉(zhuǎn)移到被拆除的DDV閥，現(xiàn)場DDV閥的型號是MOOG公司的D634型，也是國內(nèi)使用較多的成熟產(chǎn)品，屬于直動式電液伺服閥，主要包括永磁直線力馬達(dá)、圓柱式閥芯與閥套組成的直線位移滑閥、位移傳感器和集成控制電路4部分。其中，馬達(dá)銜鐵與伺服閥閥芯直接相連，通過馬達(dá)直接驅(qū)動閥芯運(yùn)動，實現(xiàn)對伺服閥流量的控制[4]?，F(xiàn)場使用多年，從未出現(xiàn)干擾機(jī)柜信號的現(xiàn)象發(fā)生。DDV閥的結(jié)構(gòu)圖見圖6，對故障DDV閥進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)永磁直線力馬達(dá)的兩個電源線被擠壓，絕緣層破損。其中較嚴(yán)重的一根已明顯漏出線芯，與外殼短路，見圖7。經(jīng)詢問調(diào)查當(dāng)天汽機(jī)檢修人員對1號機(jī)的DDV閥進(jìn)行了例行的清洗工作，并在08:40左右到現(xiàn)場回裝恢復(fù)，與2號機(jī)發(fā)生故障的時間相吻合。

圖6 DDV閥結(jié)構(gòu)和損壞導(dǎo)線的位置Fig.6 DDV Valve construction and damaged wire location

圖7 DDV閥線路被擠壓造成絕緣破壞Fig.7 DDV Valve lines are squeezed causing insulation damage

圖8 同期裝置接線端加裝切換開關(guān)Fig.8 A switch is installed at the terminal of the synchronous device

4 預(yù)防措施

1）將電氣同期裝置的就緒信號加裝隔離開關(guān)，分別接至1、2號機(jī)DEH，見圖8。避免兩個系統(tǒng)的信號再次并聯(lián)在一起，構(gòu)成電氣回路。

2）在DDV閥的每次檢修過程中要仔細(xì)操作，避免出現(xiàn)壓壞線等類似現(xiàn)象。同時，對檢修時清洗的DDV閥進(jìn)行絕緣測試，合格后通電檢查電氣參數(shù)，確保各信號穩(wěn)定，并且閥芯在最大偏移量時，工作電流不超過額定值。

5 結(jié)束語

本次異常停機(jī)是由于1號機(jī)組檢修過程中，將DDV閥內(nèi)部線路擠壓造成接地，引起DDV閥內(nèi)部控制器工作異常，產(chǎn)生了較大的干擾信號。該干擾信號經(jīng)電源線反饋到1號機(jī)DEH機(jī)柜的DC24V母線，并擴(kuò)散至1號機(jī)所有端子板。同時經(jīng)發(fā)電機(jī)的同期裝置接線端子，傳送到正常運(yùn)行的2號機(jī)DEH機(jī)柜，造成高壓調(diào)門開度反饋瞬間有向上的階躍值，由于VPC卡件內(nèi)部的閉環(huán)控制方式，引起指令快速下降，負(fù)荷由52MW短時間降至5MW，調(diào)門控制無法恢復(fù)，最終打閘停機(jī)。由于磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號和轉(zhuǎn)速有關(guān)，低轉(zhuǎn)速時的測量信號被干擾信號影響，所有轉(zhuǎn)速在707r/s時出現(xiàn)了大的波動。

后經(jīng)將電氣同期信號用隔離開關(guān)進(jìn)行隔離，有效解決了#1、2號機(jī)信號互相干擾問題，確保了DEH控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。