一起汽轮机高压调节阀指令波动事件原因分析

赵昌智

(中国大唐集团有限公司广东分公司，广东 广州 510000)

0 引言

目前火电机组的汽轮机大都采用数字电液调速控制系统(digital electric hydraulic control system,简称DEH)进行控制，DEH提供了阀门管理功能[1]。阀门管理程序内包含了表征汽轮机阀门流量特性的相关函数，同时也保证DEH在手自动切换、单顺阀切换时阀门控制指令的无扰。DEH中设置的汽轮机阀门流量特性参数与实际的阀门流量特性相匹配时，汽轮机能表现出较好的调节性能，因此在机组长期运行或者阀门解体检修以后，需要根据机组实际运行数据重新计算并优化DEH中的阀门流量特性函数[2-5]，此时相应的切换、跟踪回路中的参数设置，也应与优化后的DEH阀门流量特性函数相匹配。

本文所述事件发生在某330MW亚临界发电机组，其汽轮机采用上海汽轮机厂引进美国西屋公司技术制造的N330-16.7/538/538型汽轮机，该型汽轮机为亚临界、中间再热、单轴、双缸、双排汽、凝汽式汽轮机。DEH采用新华电站控制工程有限公司生产的DEH-IIIa型数字式电液调节系统。汽轮机有两个高压主汽阀(TV1/TV2)、四个高压调节阀(GV1/GV2/GV3/GV4)、两个中压调节阀(IV1/IV2)。

1 事件过程

该机组于2019年2月在降负荷停机过程中，197 MW单阀控制工况时，工作人员进行更换高压主汽门TV2的阀门伺服控制卡(VCC卡件)的检修工作，此时因所有高调门开度突变导致汽轮机系统主参数发生大幅波动，如图1所示。

图1 事件过程参数变化趋势

由图1可以看出，更换VCC卡后，TV2的卡件故障信号(TV2F)由0变为1，各高压调节阀(GV1～GV4)的控制状态随即由自动切换至手动状态(TM信号由0变为1)。在切换过程中，GV1～GV4指令输出发生了大幅的突变，如图1所示，GV的流量修正前指令从故障前的80.13%降至36.18%，GV的跟踪流量指令从故障前的61.13%降至36.18%，GV阀位输出指令GVSPO从故障前的26.88%降至9.79%，汽轮机阀门随即大幅减小开度，期间由于无相应操作接口，运行人员无法进行手动干预，导致机组负荷从197MW突降至128MW。

2 DEH控制机理

在本次异常事件过程中，出现了高压调节阀GV1～GV4由自动状态切至手动状态和GV输出指令突变导致负荷突降的现象，以下依次对两个现象出现的原因进行分析。

2.1 高压调节阀切手动逻辑

DEH中高压调节阀切手动逻辑如图2所示，切手动信号为REQMAN，当REQMAN=1时，DEH系统被切换至手动状态。

REQMAN逻辑中，高压主汽阀TV1/TV2任意一个处于故障状态，或IV1/IV2/GV1/GV2/GV3/ GV4中任意两个处于故障状态，则DEH系统认为此时自动调节回路已无法满足控制需求，信号REQMAN被置为1。本文所述事件中，即因更换高主阀TV2的VCC卡，TV2的控制装置发出故障信号(TV2F)，导致REQMAN触发为1。

图2 高压调节阀切手动逻辑

图3 阀位指令回路简化逻辑

2.2 高压调节阀阀位指令回路

高压调节阀阀位指令(GVSPO)简化逻辑如图3所示。图中F1(x)为高调门流量特性函数，目的为根据调门特性以修正各个高调门的流量指令，GV1SPO即为DEH输出的高调门实际指令(以GV1为例)。该处逻辑设计时，为防止因调门控制切手动后，高调门流量特性函数前后的指令不对应导致切换时指令波动，故设置了图3中的函数F2(x)，该函数F2(x)为F1(x)的反函数。当REQMAN变为1、系统切至汽机手动方式(TM=1)后，调门的阀位输出指令GVSPO由GVCMD切到调门流量跟踪值GVTRK，此时F1(x)前后应根据函数计算保持一致，确保GVSPO保持不变，实现手自动状态的无扰切换。

3 负荷突降原因分析

根据前述对高压调节阀门控制机理的分析，可以还原负荷突降的过程：在更换高主阀GV2的VCC卡过程中，VCC卡件发出故障信号TV2F，从而触发手动请求信号REQMAN，REQMAN=1导致DEH系统切至手动方式(TM=1)。当汽轮机切至手动后，调门的阀位输出指令GVSPO切到调门流量跟踪值GVTRK经过阀门流量特性函数的输出。

本机组DEH中F1(x)、F2(x)参数设置如表1所示，调门指令GVCMD从0～100，对应的调门流量跟踪值 GVTRK如图4所示，可以看出二者之间本应为正反函数的关系，却存在较大偏差，因此在任意时刻发生切换，均无法实现逻辑设计的无扰切换，反而会造成或者放大出现高调门指令的变化，从而导致负荷的振荡。

本次事件后根据机组DEH中各高调门的流量特性函数对指令跟踪回路的反函数进行了修改，并进行了手自动切换的多次试验，切换过程调门指令保持平稳，未再发生同类事件。

图4 GVCMD与GVTRK对应关系

4 总结

本次事件中，机组负荷的异常波动是由于DEH切手动，高调门流量特性函数与生成高调门流量跟踪值的流量特性反函数特性不一致造成的。事件的分析、解决对于行业内开展DEH高调门流量特性测试及优化工作具有较强的借鉴意义，即注意每次修改调门流量特性函数时，应修改其高调门指令跟踪回路的反函数，保证DEH发生手自动切换时，高调门开度指令平稳、无扰。