发电厂汽轮机DEH系统的故障分析

发电厂DEH电调控制系统频繁闪断故障的原因分析

某电力公司装机容量为2×300MW，汽轮机为东方汽轮机厂生产的亚临界中间再热双缸双排汽凝汽式汽轮机，DEH控制系统采用XXX公司的现场总线控制系统，投产至今发生多次因DEH系统闪断故障跳机事件，严重影响了机组的安全运行，给发电企业造成重大经济损失。

1、目前存在的问题

DEH-数字电液控制系统发展至今，系统硬件和逻辑设计已经比较完善，问题处理过程中主要从现场传感器以及软硬件的结合方面进行原因查找及分析，具体有以下几个方面：

1.1、转速信号采集传输不稳定

转速信号是DEH控制系统得以正常工作的最重要的测量信号，该机组DEH系统转速传感器共设计安装8套，其中用于DEH系统控制的3套，由汽轮机保护模件进行处理后作为DEH系统转速，其转速信号采样周期为4ms，当汽机转速连续超过超速限制OPC限值达三个取样时段（共12ms）时超速限制保护输出；当汽机转速连续超过低压遮断、高压遮断限值达两个采样周期（共8ms）时遮断保护动作。汽轮机保护模件在如此短的时间间隔内难以精确判断出可靠的保护动作信号，同时从系统转速记录曲线中发现有转速随机突变情况，不排除DEH转速异常导致机组超速保护误动作。该机组DEH系统转速信号处理采用“3取中”，超速保护采用“3取2”，整台机组超速保护控制系统设计TSI超速一套，DEH系统超速一套，DEH系统超速保护功能又分为：（1）DEH逻辑判断超速：主要逻辑为转速信号坏质量或者中选后的转速与两个或两个以上转速的偏差大于10转/分（3取2逻辑）时超速保护动作。（2）汽轮机保护模件经内部运算后直接输出开关量信号，经“3取2”判断后动作机组跳闸继电器硬回路。汽轮机转速信号作为DEH系统控制的重要信号，其信号采集回路出现异常时变化速率极快，系统历史曲线很难记录到其突变情况，此时就会出现查不到原因的机组瞬间跳闸，动作后转速信号采集回路又恢复正常，很难确定原因。该机组DEH系统逻辑设计为当系统转速采样过程中出现各转速信号偏差大的情况时判断为转速故障，直接将转速输出值置为无穷大间接造成超速保护动作，机组跳闸。这种情况多发生在机组启动冲转升速过程中，但由于转速信号采集回路自身的不稳定，机组正常运行中偶尔也有发生。

电厂汽机DEH系统的故障分析

摘要：随着技术的发展，需要对电厂汽机的机组如何进行有效的完善和维护，发挥先进的故障维护和处理技术作用，为当前气机机组中使用较为广泛的DEH控制系统的正常运行提供保障。

关键词：电厂汽机；DEH系统；故障分析

工作人员要积极的深入到电厂DEH系统的实际运行中去，认真总结故障类型和原因，并研究其解决的措施，从而有效的达到控制故障、保护机械设备的目的，确保系统的顺利、平稳、正常运行。

1DEH系统分系统概述

1.1调节系统

具有在线试验、主汽压力限制等功能的调节系统还具有调节机组的转速、负荷的功能。测量、放大、执行元件及调节对象是调整负荷和调速的主要四个部分。获得电气信号的测速或测功元件与给定信号比较、计算、校验进行综合处理环节之后，放大差值信号，将其信号输入电液伺服阀，对调门开度、排油量、油缸下腔进等环节进行控制，综合处理位移传感器的行程和指令，平衡电液伺服阀的位置，调门停留在指定位置，实现控制转速或负荷的目的。

1.2保安系统

保安系统能够实现跳闸保护（AST）和机组超速限制保护（OPC）两种功能。电网转速的最高限是103%额定转速，50.5Hz是电网频率的最高要求，若超出这两个值，DEH控制系统迅速发出指令，超速限制电磁阀（OPC电磁阀）得电开启，将各抽气逆止门和高中压调门关闭，等待恢复至额定转速附近之后，OPC电磁阀失电关闭，高中压调门由转速闭环控制，转速稳定在3000r/min。机械、电气和手动是为了安全可靠的机组运行而设计的三种冗余的遮断模式系统设计。 首先，机械遮断模式。当转速达到110%～112%额定转速的危急遮断器的设定值时，危急遮断器在离心力的作用下，将弹簧的约束力进行克服，飞出并对危急遮断杠杆进行打击，使危急遮断滑阀动作泄去薄膜阀上的低压油，薄膜阀开启快速关闭各主气门。其次，电气遮断模式当电气发出停机信号时，机械停机电磁铁带电，按机械遮断模式原理进行运行，同时OPC电磁阀接收信号后和高压遮断电磁阀（AST电磁阀）动作，将高压安全油泄掉，快速且单独将各气门关闭，并将电气信号送到遮断电磁阀，将油动机的安全油直接泄掉，快速将气门关闭。最后，机头设有手动停机机构供紧急停机用。

关于火电厂DEH系统缺陷及处理措施分析

DEH系统（数字电液控制系统）目前是现代发电厂大型汽轮发电机组控制的重要组成部分，对于机组的安全运行至关重要，DEH系统缺陷容易引发发电机开关合闸信号发出造成汽轮机组出线跳闸以及锅炉熄火等，影响设备的正常运行，文章主要研究火力发电厂DEH系统缺陷以及解决的办法，为类似问题提供帮助。

标签：DEH系统；汽轮发电机组；缺陷问题

DEH系统（Digital Electro-Hydraulic Control System）是DCS系统重要组成部分，由操作员站、HUB、电液转换器、油动机、控制柜以及LVDT等部分组成，在发电厂设备中起到的作用主要是实现汽轮机转速控制、负荷（功率）控制、OPC控制、阀门实验以及主汽压控制等，在汽轮机组运行期间易发生主汽门和调速汽门故障，文章针对这个问题主要分析DEH系统缺陷和处理措施。

1 DEH缺陷故障常见现象

汽轮机阀门的运行方式包括单阀运行和顺阀运行，主汽门（代号TV1、TV2）中主门以及中调门全开时，若是单阀运行则4个阀门的开度相同，若是顺序阀运行方式，调门动作分别为GV1、GV2、GV3、GV4，阀门开度不同。DEH控制系统在运行中，常会导致汽轮机出现高压进汽调整门本体故障现象、转速不稳、调节阀开度大以及摆动频繁等故障，导致主汽压力迅速上升，影响锅炉的安全运行。机组在运行过程中机务设备异常引起的调门波动原因主要是伺服阀故障、机械安装不当以及连接存在缝隙，LVDT故障或者是板卡故障等。

DEH系统缺陷表现在软硬件方面，首先调速汽门重叠无法满足需求，DEH系统设计不合理就会延长机组运行时间，进而导致调速汽门出现中谍度信号异常现象，在采用单阀切顺序阀控制时，DEH系统可以根据系统的蒸汽流量计算控制范围内的阀门位置，在切换工序下，以切换钱的符合指令作为计算的依据，并根据流量特性曲线在确定阀位值，一旦阀门流量特性曲线与真实差别过大，就会导致负荷波动过大。其次DEH缺陷表现在DEH组态丢失以及调速系统板卡故障等，板卡故障主要包括高选卡和伺服卡故障，以及DCS输出的AO卡失灵，导致阀位指示无法正常接触到信号变化。

广东科技2012.12.第23期汽轮机DEH系统调试中的问题分析及处理李健民（广东火电工程总公司电控工程公司）

引言在火力发电厂中，汽轮机是最主要的设备之一，它是一种将热能转换为动能的高速旋转的原动机，在驱动交流同步发电机时将动能转换为电能。其控制调节装置随着汽轮发电机组容量的增加和控制方式的变化，经历了多个发展阶段，由最初的机构式调速器，发展到机械液压式调速器（MECHANICAL-HYDRAULICGOVERNOR，MHG）、模拟式电液调节系统（ANALDGOUSELECTRO-HYDRAULICCONTROLSYSTEM，AEH）。随着大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，采用计算机技术进行数字运算和软件编程，在通信、控制功能、故障诊断等方面都比模拟控制具有明显优点，甚至模拟控制难以实现的功能，数字控制只要稍作软件修改即可实现。在此基础上，集计算机技术与液压控制技术于一体的数字电液控制系统（DIGITALELECTRO-HYDRAULICCONTROLSYSTEM，DEH）逐渐发展起来，并随着大容量汽轮机组的发展，日益成为汽轮机必不可少的控制系统。汽轮机数字电液调节（DEH）系统是火力发电机组的实时控制系统，机组运行时自动调节汽轮发电机组的功率和转速，保证机组的发电功率和供电频率品质；一旦机组发生事故，切断主、再热蒸汽的供给，就会尽可能的减小事故的危害，从而确保机组的正常运行。随着我国科学技术的进步，在火电机组现代化改造的进程中，DEH系统的应用十分广泛，这可以极大地简化液压控制回路，从一定程度上提高了汽轮机调节系统的可靠性。目前，发电机组的单机容量又不断增大的趋势，而转子的惯性质量相对减小，机组甩负荷等事故工况下的转速飞升加快，因此对调节系统的响应和动作速度提出了更高的要求。近些年来，我国电力工业有了高速发展，新兴生产的高参数、大容量汽轮发电机组，结构更为复杂，所需控制技术更加先进，可靠性要求更高，并且广泛应用集调节、程序控制、数据处理功能在一起的数字电液控制系统。同时，国内外的DEH技术也日臻成熟完善，可通过组态控制软件，实现各种复杂的控制策略，在汽轮机组上的应用也不断发展和深化。因此，对汽轮机DEH系统调试中的问题分析及处理进行研究，具有重要的理论意义和实用价值。1DEH系统介绍1.1概述某公司二期工程汽轮机为C300/220-16.7/0.3/537/537型、亚临界中间再热凝汽式，设计额定输出功率为300MW。汽轮机控制系统采用数字式电液调节系统（简称DEH系统），由美国西屋公司提供。它以O2VATION分散控制系统为基础，控制精度高，硬件组态采用双冗余设计，可靠性好。执行机构均为单。1.2主要功能汽轮机控制系统的主要功能由基本控制和自动控制（ATC）2部分组成。基本控制的功能是升速和转速控制、升负荷及负荷控制，在并网运行后参与一次调频。此外还具有：参与机炉协调控制，与自动同期装置接口实现自动并网，主汽压力低保护（TPC），快速减负荷（RUNBACK），超速保护（OPC），单阀、顺序阀转换，阀门活动及严密性试验，喷油试验，CRT彩色图表显示、打印和事故数据追忆等功能。ATC主要监视汽缸、轴系、汽封等参数，实现应力控制和自启停，当只投入ATC监视时，相当于一个小数据采集站（DAS）。1.3控制系统配置采用美国西屋公司提供的OVATION分散控制系统来实现。它包括4个机柜、1台打印机、1个操作员站，1个工程师工作站。OVATION控制系统的电源和DPU控制器采用双机冗余配置，当某一路故障时不影响系统正常工作，提高了系统的可靠性。采用各种输入、输出模块实现对现场信号的采集和控制。基本控制，ATC的控制器以及工程师站、操作员站、打印机等设备采用双环网通信，通信速率高，使发送和接收实时数据更为快捷。操作员站是电厂运行人员与汽轮机控制系统进行人机对话的主要设备。打印机在必要时能将各种重要资料记录存档。工程师工作站能方便地对控制逻辑进行设计、调试、修改。2调试中出现的问题及改进2.13YV电磁阀线圈烧坏3YV电磁阀为机械停机电磁阀，在汽轮机危急遮断时带电泄油，使高压主汽门和调节门快速关闭。但此电磁阀功率较大，在汽轮机停机后长时间带电极易烧坏电磁阀线圈。机组调试期间曾2次烧坏此电磁阀。当机组跳闸后汽轮机机械部分能保持住泄油通道，3YV电磁阀不必长带电保持泄油。经过与东方汽轮机厂协商，将3YV电磁阀的带电指令由长带电改为1min脉冲。改后未发生过3YV电磁阀烧坏的现象。2.2主汽门关闭10s后重新开启在试运过程中，汽轮机手动打闸，主汽门关闭10s后重新开启，经查找原因发现是3YV电磁阀烧坏所致。为了保证汽轮机的安全，二期汽轮机的保安油路中有2条泄油通道：一条是3YV电磁阀动作触发机械隔离阀油路导通并保持，直至再次挂闸时恢复。另外，6YV、7YV、8YV、9YV电磁阀是汽轮机危急遮断电磁阀，电磁阀失电后也能泄油，直到电磁阀带电时油路截止。如图1所示，由于手动打闸按钮不能保持，当汽轮机手动跳闸后，6YV、7YV、8YV、9YV危急遮断电磁阀带电仅10s，汽轮机的泄油只能通过3YV电磁阀带电触发机械部分来实现。由于3YV电磁阀烧坏不能使机械部分泄油，造成打闸后主汽门关闭10s后重新开启的现象。针对此问题，对跳闸逻辑进行了修改，具体内容见图2。在逻辑中增加了“110%超速”、“手动打闸”、“轴承温度高”3摘要：国内外的DEH技术也日臻成熟完善，可通过组态控制软件，实现各种复杂的控制策略，在汽轮机组上的应用也不断发展和深化。因此，对汽轮机DEH系统调试中的问题分析及处理进行研究，具有重要的理论意义和实用价值。关键词：汽轮机；DEH系统；调试