超超临界机组同侧高、中压调门突关分析处理

超超临界机组同侧高、中压调门突关分析处理

刘涛

淮北国安电力有限公司  安徽淮北  235106

摘要：某电厂上汽超超临界机组，运行中左侧高、中压调阀突然关闭。该厂DEH系统为西门子的T3000控制系统，由于该控制系统开环、闭环控制器扫描周期的问题，导致控制系统的历史数据记录不充分，给此次问题原因的分析造成一定困难。在就地设备检查无异常的前提下，维护人员最终推理分析，得出此次事件的原因，并针对分析出的原因做了相关的防范措施，最终避免了该问题的再次发生。

关键词：高、中压调阀；T3000；扫描周期；阀门激振

Analysis and processing of the same side high and medium pressure switching gate of ultra supercritical unit

LIU Tao

(Huaibei Guoan Electric Power Co. LTD)  Huaibei, Anhui  235106

Abstract:The high and medium pressure regulating valves on the left side of an SAIC ultra-supercritical unit in a power plant suddenly closed during operation. DEH system of this factory is Siemens T3000 control system. Due to the problem of open loop and closed loop controller scanning cycle of this control system, the historical data record of the control system is insufficient, which makes it difficult to analyze the cause of this problem. If there is no anomaly in the local device check, the maintenance personnel finally deduce the cause of the event and take preventive measures to prevent the recurrence of the problem.

Key words: High and medium pressure regulating valve；T3000；scanning period；valve excitation

截止2023年3月，全国电力系统装机总容量近26.2亿千瓦,其中火电机组13.4亿千瓦,占比50%多一点点。随着用电负荷随机性加强，新能源大规模并网，大容量火电机组的调峰作用更加凸显。保证大机组的可靠、稳定运行，调速系统的稳定性尤为重要。

上汽超超临界机组同侧高、中压调门突关，不仅影响机组的负荷输出，破坏机组稳定性，可能会造成高、中压调门阀芯的损坏。如果事件进一步扩大，机组高、中压缸长时间单侧进汽，甚至会造成机组转子受力不均，轴系振动大，损坏设备。

为避免此类问题的再次发生，必须找出问题发生的根本原因，并进行相应的防范处理。笔者通过对上汽超超临界机组DEH控制系统阀门控制逻辑的梳理，对事件发生时的数据采集分析，以及对上汽超超临界机组高、中压调阀阀门特性的分析，最终得出此次事件的原因，并有针对性的进行防范处理。

1设备简介

某电厂汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机（型号：N660-27/600/600）。该厂的该型号汽轮机共配置有4个调阀，分别是高压调阀2个，中压调阀2个，并没有配置补气阀。发电机为上海汽轮发电机有限公司生产的水氢氢冷却、静态励磁汽轮发电机（型号：QFSN-660-2）。

主机DCS采用艾默生过程控制公司的Ovation 3.5.0版本分散控制系统，DEH采用西门子公司的T3000系统。主机闭环控制在FM458控制器内完成，开环控制在AS417控制器内完成。DCS与DEH之间的重要通讯数据，采用冗余硬接线方式，其他数据采用RS485通讯形式。

2事件经过

事发时，机组处于CCS+BF控制方式，AGC投入自动。11月24日18点14分，机组负荷599MW，主蒸汽压力25MPa，高调门开度32%，中压调门100%。按照电网要求，机组解除AGC自动，开始手动快速减负荷，18点33分机组负荷降至365MW。

图 1

通过上述过程曲线（图1）可以看出， 在18是14分至18时33分，机组负荷由599MW下降到365MW,负荷下降速率为

12.3MW/min，下降速率远超1.5%。高调门开度由32%，下降到17%，并且再次期间多次出现不同幅度的波动问题。

在此次负荷下降过程中，汽轮机左侧高调门与左侧中调门共出现7次同时突关现象。每次均是在阀门关闭后1.5S，左侧高、中压调阀又同时恢复开启。每次左侧高中压调门全关时，机组影响突降60MW，主汽压力升高0.5MPa，再热蒸汽压力升高0.1MPa。

18时33分之后，机组负荷逐步稳定后，随着锅炉燃料量的较少，主汽压力下降到设定值，机组没有再出现左侧高调门与左侧中调门同时全关的问题，机组运行稳定。

此次事件中，在不到20分钟的时间里，左侧高、中压调阀出现7次快速全关，随后又快速开启的现象，严重威胁机组的稳定运行，并且短时间内汽机调阀多次快速关闭，对调阀的阀芯、阀座都会造成很大冲击，极有可能造成设备损坏。

3原因分析

3.1左侧高、中压调门同时关闭原因

在西门子SPPA-T3000的DEH阀门控制逻辑中，如果要高、中压调阀同时关闭，只有一个条件，那就是高调门的流量指令比该高调门反馈开度对应的流量小于25%以上，则触发该高调门快关，同时联关同侧中调门。此条控制逻辑的初衷是，当汽轮机调阀不受控（伺服阀故障）或机组快速甩负荷时，为防止汽轮机超速，通过直接动作该阀门油动机上的跳闸电磁阀，使其快速关闭。【1】

在此次的事件中，通过对历史曲线（图1）分析，机组负荷下降过程中，当左侧高调门开度小于20%之后，该调门反馈出现不规则波动，波动幅度大小不一，向上波动最大7.8%，向下波动最大12.8%。

机组左侧高调门快关动作时，其开度在17%附近。按照快关逻辑触发条件，左侧高调门反馈需向上波动超过9.42%。但是，在历史曲线记录中，其向上波动幅度最大只有7.8%，并不满足左侧高调阀快关的动作条件,数据支撑不足。

该厂DEH选用的是西门子SPPA-T3000控制系统，DEH调门控制逻辑组态在FM458控制器中，该控制器的扫描周期为50mS。而历史数据的采集方式是，由FM458控制器通过背板通讯，传递到主控制器（AS417），在AS417控制器中完成数据存储。该通讯时间在100-200mS之间。【2】

于是，我们大胆的推测，在此次事件中，如果机组左侧高压调门反馈向上波动超过了9.42%，达到了该调门快关逻辑的触发条件，FM458控制器最先采集到数据，并触发快关逻辑，阀门快速关闭，整个过程在50mS内完成。而FM458的数据通讯到历史记录的时间至少要100Ms,这就导致左侧高调门反馈波动的数据，主控制器还没有完成通讯记录，就已经消失，所以在历史趋势中没有左侧高调门向上波动超过9.42%的数据。这就佐证了此次机组左侧高、中压调门同时突关的原因，极有可能是左侧高调阀反馈波动，触发高调阀快关逻辑造成的。

3.2左侧高调门反馈波动的原因分析

3.2.1. 左侧高压调门LVDT故障：

此次事件中，机组左侧高压调门只在20%以下波动，其他位置并未出现任何问题。该机型的LVDT为磁致伸缩测量原理。探杆安装在油动机顶部，磁环内嵌在油动机内。如果LVDT探杆20%位置出现故障，有可能出现类似的问题。如果是磁环问题，则不会出现高调阀只在20%以下波动，而是全行程任何开度都有可能出现波动。

在后续的停机试验中，尝试长时间使左侧高调门的开度小于20%，也未再出现反馈波动问题。而且在后续的机组检修期间，将左侧高调门LVDT通过上海汽轮机厂，寄回生产厂家检测，LVDT测试并无异常，因此排除了LVDT原因。

3.2.2. 现场信号干扰：

磁致伸缩式LVDT的输出信号为4-20MA，容易受到现场大功率电磁信号的干扰。通过调阅现场视频监控，在事件发生时，机组左侧高、中压调门附近没有任何施工作业，期间也没有大型设备启停操作。该厂使用的调门反馈装置为美国MTS品牌，具有抗干扰能力强的特点。在机组停运期间，电厂人员做过调门干扰试验，在大功率对讲机的干扰下，调门反馈波动只有1%-2%，并且，如果现场存在信号干扰问题，也不会只反映在高调门反馈在20%以下，全行程任何开度都有可能出现反馈波动问题，因此此次高调门波动原因，排除现场信号干扰问题

3.2.3. 高调阀激振：

事件发生时，机组按照网调要求，快速手动减负荷，造成主汽压力快速升高，高调门开度大幅减小。此时流过高调阀的高压蒸汽流动情况变化剧烈，局部压力造成激振力，阀杆、阀芯被迫振动，造成阀门激振，进而传播到高调阀油动机上。【3】

高调门的LVDT探杆、磁环以及接线盒，都直接安装在油动机上，油动机的振动，会引起LVDT磁环的松动，甚至是接线盒内接线端子的松动，进行影响高调阀的反馈装置的测量。所以，高调阀激振会引起油动机的振动，从而影响到LVDT的测量，造成高调门反馈信号跳变。

3.3.最终结论

通过上述分析论证，此次机组左侧高、中压调阀在机组降负荷过程中，多次突然全关的原因是，运行人员按照网调要求

，快速手动降负荷，下降速率达到1.8%额定功率。期间主汽压力快速上升，偏离机组滑压曲线。导致高调门开度减小，造成左侧高调阀阀门激振，影响到左侧高调门上的LVDT测量，左侧高调门阀位反馈大幅波动，当反馈向上波动超过9.42%时，触发左侧高调门快关逻辑，联关同侧中调门。

此外，由于FM458控制器与主控制器（AS417）的通讯时间远远大于FM458控制器的扫描周期，导致整个过程中左侧高调门反馈数据采集不完全，给事件分析造成一定影响。

4后续措施

针对上述原因分析，机组停运后，该电厂采取了以下几条相应处理措施。

（1）在高调门的快关逻辑中增加负荷判断条件。高调门的快关逻辑初衷是故障发生时保护机组不超速。逻辑修改后，机组甩负荷时，该条逻辑能够正常动作，保证机组调阀快速关闭，防止机组超速。另一方面也能防止机组运行中，高调门LVDT反馈信号波动，触发高调门快关逻辑，对机组造成类似影响。但是该条逻辑修改后，尚未进行100%甩负荷试验，最终效果不好给出，将在后期将寻找机会进行试验验证。

（2）针对高调门阀门小开度时的阀门激振问题，电厂采取了优化主汽压力滑压曲线的方式。适当降低主汽压力设定值，从而增大高压调阀开度，使其正常运行时保持在第二流量拐点位置——38%，而在负荷下降过程中，其最小开度在23%，正常运行中不再会出现高压调阀开度小于20%的情况。这样既可以保证机组负荷调节的快速响应，又可以减少高压调门的节流损失，同时，也大大降低了机组降负荷时，高压调门开度过小的风险，降低阀门激振可能性，保证机组运行安全可靠。

（3）机组运行中，汽轮机各调门油动机均存在一定的振动，测得的最大振动值有6mm/s。于是，将主机各调门LVDT的接线盒，移出油动机，直接安装在汽机平台地面上，测得LVDT接线端子盒的振动最大仅为1mm/s，而且，也不再受阀门激振影响，大大降低了接线松动的可能性。

上述几条防范措施实施后，该厂机组在近几年的运行中，没有出现汽轮机高调门反馈波动，造成高、中压调阀同时突关的问题，大大提高机组安全稳定运行的可靠性。

5结语

此次上汽超超临界机组同侧高、中压调门突关事件，威胁机组运行安全。而直接原因，并非常见的热工测量仪表的问题，而是由于系统运行参数的偏离，导致高调阀出现阀门激振现象，造成高调门LVDT测量反馈输出信号突变，控制逻辑动作。此次问题分析涉及控制系统的扫描周期、运行参数调整，控制逻辑优化、热工设备安装等热工方面的问题，而阀门激振的又属于设备本体的范畴，因此，本文针对此次事件展开论述，其中问题分析的思路，解决问题的措施，可供同类型机组进行参考。

参考文献:

[1] 刘伟兴，同侧高、中压调节阀瞬间关闭的原因分析及处理[J]华电技术 2017 39（2）:48-50

[2] 王立文.西门子SPPAT3000控制系统的应用及故障处理[J].浙江电力, 2013, 32(8):5.

[3] 周晶水.试论汽轮机调节阀的汽流激振分析与解决方法[J].科技传播, 2011(4):1

作者简介：刘涛（1981--）男，安徽淮北人，助理工程师，淮北国安电力有限公司，从事火电厂热控专业DEH控制系统维护检修工作。