660 MW汽動(dòng)給水泵組MEH保護(hù)優(yōu)化及可靠性分析

0引言

隨著電網(wǎng)負(fù)荷需求的持續(xù)增長(zhǎng),大型火力發(fā)電機(jī)組的數(shù)量也在不斷增加。在這種背景下,全面實(shí)施節(jié)能降耗、降低運(yùn)行成本、提高機(jī)組利用率等措施顯得尤為重要^[1]。在火力發(fā)電機(jī)組中,鍋爐給水的主驅(qū)動(dòng)泵通常采用變速汽動(dòng)給水泵,而汽動(dòng)給水泵的MEH控制系統(tǒng)是機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。傳統(tǒng)的汽動(dòng)給水泵液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)化水平低、操作煩瑣以及維護(hù)和檢修工作困難,已經(jīng)不能滿足當(dāng)前大型機(jī)組鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的需求^[2]。盡管部分機(jī)組已經(jīng)采用了電液控制系統(tǒng),但電液轉(zhuǎn)換器性能不佳加上自動(dòng)化技術(shù)滯后,同樣無(wú)法滿足大型機(jī)組長(zhǎng)期安全運(yùn)行和高自動(dòng)化的要求^[3]。鑒于此,本文通過(guò)分析某660 MW火電機(jī)組在汽動(dòng)給水泵跳閘后檢查出的問(wèn)題,對(duì)MEH控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造,提高了機(jī)組的運(yùn)行可靠性。

1 系統(tǒng)保護(hù)邏輯及組成

1.1 MEH系統(tǒng)保護(hù)邏輯

該發(fā)電廠汽動(dòng)給水泵MEH控制系統(tǒng)保護(hù)邏輯如圖1所示。

在機(jī)組啟動(dòng)和正常運(yùn)行期間,通過(guò)測(cè)速元件采集給水泵的轉(zhuǎn)速,然后通過(guò)輸入卡件將開(kāi)關(guān)量(三取二)傳送至調(diào)速控制器。數(shù)字處理單元(DPU)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行判斷、分析和計(jì)算,綜合LVDT返回的信號(hào)后,將控制信號(hào)發(fā)送至低壓調(diào)節(jié)閥的伺服閥,通過(guò)伺服閥改變低壓調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度,從而控制給水泵的轉(zhuǎn)速,以調(diào)節(jié)泵的出口壓力和流量^[4]。當(dāng)蒸汽給水泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí),給水泵的輸出流量也會(huì)相應(yīng)改變,以滿足鍋爐給水流量的需求。

1.2 系統(tǒng)組成

每臺(tái)汽動(dòng)給水泵的MEH控制系統(tǒng)均配備了一套獨(dú)立的EH油液壓系統(tǒng),執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括低壓蒸汽主閥、低壓蒸汽調(diào)閥和逆止閥。在控制功能方面,涵蓋了汽動(dòng)給水泵的打閘、復(fù)位、掛閘(開(kāi)啟低壓主汽門(mén))、正常運(yùn)行、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制以及相關(guān)的超速試驗(yàn)和保護(hù)功能。MEH控制系統(tǒng)還具備與CCS相連的遠(yuǎn)程控制接口,作為CCS子系統(tǒng)完成協(xié)調(diào)控制^[5]。整個(gè)系統(tǒng)由PCU13過(guò)程控制單元、主控畫(huà)面、液壓元件、伺服閥、測(cè)速裝置、模擬遠(yuǎn)程控制接口和連接電纜組成,主控畫(huà)面可同時(shí)控制兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵。控制柜的輸出通過(guò)伺服閥裝置將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓油信號(hào),以控制低壓蒸汽主閥和低壓蒸汽調(diào)節(jié)閥的液壓伺服電機(jī)的開(kāi)度,從而調(diào)節(jié)給水泵的轉(zhuǎn)速、輸出壓力和流量^[6-7]。

1.3控制方式及性能指標(biāo)

自動(dòng)模式:在自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)后,系統(tǒng)將自動(dòng)追蹤目標(biāo)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐給水流量的精準(zhǔn)自動(dòng)控制。

手動(dòng)模式:當(dāng)切換到手操模式時(shí),操作員可以設(shè)定具體的 目標(biāo)速度值以及速度變化率,通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)手動(dòng)調(diào)節(jié)速度目標(biāo)值的直接控制。

CCS模式:在給水泵處于自動(dòng)模式的基礎(chǔ)上,一旦接收到MEH主控畫(huà)面發(fā)出的CCS遙控請(qǐng)求,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)鍋爐給水流量的前饋信號(hào), 自動(dòng)調(diào)節(jié)低壓主汽門(mén)的開(kāi)度,對(duì)給水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行匹配調(diào)節(jié),從而有效控制鍋爐的給水流量,主要性能指標(biāo)如表1所示。

2 異常分析及處理

2.1 事件經(jīng)過(guò)

某年5月28日,某發(fā)電廠1號(hào)機(jī)組在負(fù)荷600 MW、主蒸汽壓力23.7 MPa、主蒸汽溫度565℃下運(yùn)行,其制粉系統(tǒng)1A、1B、1C、1D、1E、1F及汽動(dòng)給水泵1A和1B均處于遙控自動(dòng)控制狀態(tài)。10:00左右,運(yùn)行監(jiān)盤(pán)人員注意到1A汽動(dòng)給水泵軸承1號(hào)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值逐漸上升,實(shí)地測(cè)量得到的軸承振動(dòng)值約為0.01 mm。熱工和檢修班人員現(xiàn)場(chǎng)檢查并未發(fā)現(xiàn)明顯異常。8min后,1A汽動(dòng)給水泵因軸承振動(dòng)值過(guò)高跳閘,2min后,1B汽動(dòng)給水泵突然跳閘。通過(guò)DCS系統(tǒng)檢查,發(fā)現(xiàn)跳閘首出為“泵出口流量低”,而MEH控制系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作的首要原因是“給水泵超速”。

2.2 原因分析

1)經(jīng)詳細(xì)查閱記錄,1A汽動(dòng)給水泵的跳閘事件是由于其軸承1號(hào)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值達(dá)到了預(yù)設(shè)的跳閘值。該振動(dòng)跳閘邏輯設(shè)計(jì)為:當(dāng)同一軸承的X方向或y方向測(cè)量值中任一達(dá)到跳閘值 (0.08mm)時(shí),即會(huì)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。通過(guò)檢查工程師站的歷史數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)X方向的振動(dòng)值達(dá)到了0.088 mm,而y方向則為0.020 7 mm。雖然y方向振動(dòng)值未達(dá)跳閘標(biāo)準(zhǔn),但X方向的瞬時(shí)振動(dòng)值已超出跳閘保護(hù)限值,因此導(dǎo)致了1A汽動(dòng)給水泵的跳閘。在熱工機(jī)控人員對(duì)振動(dòng)測(cè)量裝置元件、傳感元件及保護(hù)定值進(jìn)行核實(shí)確認(rèn)無(wú)誤后,運(yùn)行人員重新啟動(dòng)1A汽動(dòng)給水泵至正常轉(zhuǎn)速。隨后,熱工機(jī)控人員再次檢測(cè),確認(rèn)1A汽動(dòng)給水泵在X、y兩個(gè)方向上的振動(dòng)值均已回歸正常范圍。然而,進(jìn)一步回顧歷史曲線記錄,發(fā)現(xiàn)1A汽動(dòng)給水泵后軸1號(hào)測(cè)點(diǎn)在5月21 日至22日期間曾兩次觸及報(bào)警值(0.04 mm),其中最大實(shí)時(shí)振動(dòng)值達(dá)到了0.048 mm。而在5月28日1A汽泵跳閘前,前軸1號(hào)和2號(hào)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值也分別高達(dá)0.05 mm和0.045 mm。

結(jié)合SIS系統(tǒng)所記錄的數(shù)據(jù)以及保護(hù)動(dòng)作發(fā)生前檢修人員的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況分析,綜合推斷此次1A汽泵跳閘可能的原因有兩種:一種是1A汽泵自身突發(fā)的瞬時(shí)異常振動(dòng)所引發(fā),但需注意,由于SIS系統(tǒng)存在缺陷,無(wú)法準(zhǔn)確查閱操作日志時(shí)間及實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)以進(jìn)行更精確的分析;另一種可能性是振動(dòng)測(cè)量裝置元件或傳感元件受到了外部信號(hào)的干擾,從而誤觸發(fā)了保護(hù)動(dòng)作。

2)1B汽動(dòng)給水泵跳閘的原因確定為超速。其超速保護(hù)動(dòng)作邏輯設(shè)計(jì)如下:在給水泵MEH系統(tǒng)中,當(dāng)控制模式設(shè)定為CCS方式時(shí),若實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與設(shè)計(jì)值的偏差超出500 r/min,將觸發(fā)汽泵跳閘保護(hù)。此設(shè)計(jì)主要目的是預(yù)防小機(jī)低壓調(diào)門(mén)出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。經(jīng)查閱操作日志發(fā)現(xiàn),1A汽動(dòng)給水泵跳閘后,機(jī)組迅速降低電負(fù)荷,同時(shí)切換至閥控模式,鍋爐燃料及給水自動(dòng)控制系統(tǒng)亦轉(zhuǎn)為手動(dòng)操作,而此時(shí)給水泵MEH控制系統(tǒng)仍保持在CCS自動(dòng)模式。鍋爐給水流量降低,1B汽動(dòng)給水泵接收到的指令迅速增至100%,導(dǎo)致汽動(dòng)給水泵低壓調(diào)門(mén)全開(kāi)。然而,受1A汽動(dòng)給水泵跳閘及機(jī)組快速降負(fù)荷影響,1B給水泵的汽源壓力不足,同時(shí)鍋爐主汽壓力偏高,限制了1B給水泵的出力。經(jīng)折算分析當(dāng)時(shí)汽源壓力,汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速僅能維持在5 000~5 200 r/min范圍內(nèi),無(wú)法達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速值,最終因1B汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速設(shè)定值與實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速偏差超 出500 r/min,觸發(fā)了MEH控制系統(tǒng)中的超速保護(hù)動(dòng)作,導(dǎo)致跳閘。

2.3優(yōu)化處理

針對(duì)該廠發(fā)生的1B汽動(dòng)給水泵因最小流量保護(hù)動(dòng)作跳閘,且MEH首出顯示為1B汽動(dòng)給水泵超速保護(hù)動(dòng)作跳閘,進(jìn)而引發(fā)鍋爐給水流量低保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)MFT的案例,該廠對(duì)汽動(dòng)給水泵組的MEH控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。MEH保護(hù)優(yōu)化前后對(duì)比圖如圖2所示。

1)針對(duì)SIS系統(tǒng),增設(shè)了操作日志和采集時(shí)間等詳細(xì)記錄功能,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢,以提升系統(tǒng)的透明度和可追溯性。

2)雖然給水泵低壓主汽門(mén)卡澀導(dǎo)致超速的可能性較小,但仍為給水泵DCS保護(hù)設(shè)計(jì)了多重超速保護(hù)措施,包括機(jī)械超速保護(hù)和電超速保護(hù)。此次技術(shù)改造中,將給水泵的跳閘保護(hù)邏輯進(jìn)行了調(diào)整:當(dāng)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與設(shè)計(jì)值的偏差超過(guò)200 r/min時(shí),系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警;偏差超過(guò)300 r/min時(shí),給水泵將自動(dòng)切除遙控,并自動(dòng)維持3 000 r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

3)為防止單一方向振動(dòng)值失真引發(fā)汽泵誤跳閘,優(yōu)化了汽動(dòng)泵的振動(dòng)大跳閘邏輯判斷條件。只有當(dāng)X方向的振動(dòng)跳閘值與Y方向的報(bào)警值同時(shí)觸發(fā),或者Y方向的振動(dòng)跳閘值與X方向的報(bào)警值同時(shí)觸發(fā)時(shí),才會(huì)判定為振動(dòng)大跳閘。

4)將給水泵的跳閘演示保護(hù)延時(shí)從1 s修改為3 s,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí),在電動(dòng)給水泵處于備用自啟狀態(tài)下,當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于50%且發(fā)生給水泵跳閘時(shí),系統(tǒng)將延時(shí)10 s后聯(lián)鎖啟動(dòng)電動(dòng)給水泵,并將其指令增加至65%,以確保給水的連續(xù)供應(yīng)。

5)利用機(jī)組停運(yùn)和停泵期間,對(duì)給水泵的MEH 系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢查,包括信號(hào)通道、保護(hù)卡件、保護(hù)定值、振動(dòng)防護(hù)邏輯以及系統(tǒng)防外界信號(hào)等,以確保系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

6)對(duì)給水泵的進(jìn)口流量保護(hù)邏輯進(jìn)行了調(diào)整。原先的邏輯是在進(jìn)口流量小于325t/h且在再循環(huán)45s內(nèi)未增加到80%時(shí)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。現(xiàn)在將這一時(shí)間縮短至20 s,即當(dāng)進(jìn)口流量持續(xù)低于325 t/h且在再循環(huán)20 s內(nèi)未增加到80%時(shí),若未達(dá)到要求則汽泵將跳閘。

7)為了提升1A、1B汽動(dòng)給水泵的運(yùn)行安全性,將超速保護(hù)跳閘邏輯值進(jìn)行了修改?，F(xiàn)在,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到5800 r/min或轉(zhuǎn)速在2950r/min持續(xù)5s時(shí),將觸發(fā)超速保護(hù)跳閘動(dòng)作。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,該廠對(duì)給水泵跳閘保護(hù)進(jìn)行了調(diào)整:原先當(dāng)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與設(shè)計(jì)值的偏差超過(guò)500 r/min時(shí)觸發(fā)跳閘保護(hù),而經(jīng)過(guò)此次技術(shù)改造后,當(dāng)偏差超過(guò)200 r/min時(shí)系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警,超過(guò)300 r/min時(shí)給水泵將自動(dòng)切除遙控并維持在3000 r/min轉(zhuǎn)速,不會(huì)觸發(fā)跳閘保護(hù)。此外,還對(duì)給水泵振動(dòng)防護(hù)邏輯、系統(tǒng)防外界信號(hào)干擾、給水泵入口流量低以及系統(tǒng)缺陷等方面進(jìn)行了優(yōu)化,以確保汽動(dòng)給水泵組MEH控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李婉華.汽動(dòng)調(diào)速給水泵控制系統(tǒng)的分析與介紹[J].廣東自動(dòng)化與信息工程,2006(2):38-40.

[2] 許新聞.600MW汽輪機(jī)組MEH常見(jiàn)問(wèn)題分析及處理[J].廣西電力,2008(3):17-20.

[3]孟慶波.汽動(dòng)給水泵試運(yùn)行中的問(wèn)題分析[J].山東工業(yè)技術(shù),2018(8):50.

[4] 譚再奎.660 MW給水泵汽輪機(jī)MEH伺服卡及配套組件改造 方案[J].流體測(cè)量與控制,2022,3(5):77-80.

[5] 田林林.汽動(dòng)給水泵控制及保護(hù)系統(tǒng)升級(jí)改造[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2017,14(30):1.

[6]諸葛杰.給水泵小汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)DCS改造[J].中國(guó)科技信息,2010(12):177-178.

[7]趙玉柱,王章生,徐厚達(dá).給水泵汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的改造及優(yōu)化運(yùn)行[J].華電技術(shù),2011,33(2):30-32.

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