汽轮机调节阀LVD丁设计优化方案
来源:哲成阀门 作者:fsicrew.com 发布时间:2019-5-16 阅读:次
  

0 引言
     某核电站为二代压水堆核电机组,该机组反应堆型号为CNP1000,额定功率2895MWth。汽轮机额定功率为1086.94MW、转速为1500r/min,为单冲式、单轴、一次中间再热、三缸四排汽的凝汽式核电汽轮机。汽轮机控制系统采用是ALSTOM公司P320 TGC-S V2+技术。P320系统主要由5个控制机柜和1个通讯机柜构成。操纵员通过设定DCS画面的相关参数并通讯到控制机柜控制器,控制器内部经过逻辑运算处理后输出指令到汽机阀门控制卡,从而实现对汽机进汽阀门的控制。阀门根据指令来改变自身开度大小来调节进入汽轮机高压缸的进汽量,进而对机组实施转速控制、功率控制、频率控制和压力控制,并对机组的负荷和转速实施超速限制、超加速限制、负荷速降限制和蒸汽需求限制,使机组安全和经济地运行于各种工况,满足供电的频率和功率的要求。

1 汽轮机调节阀控制基本原理
    汽轮机调节阀控制基本原理汽机进汽阀共有16个,包括4个高压调节阀、4个高压截止阀、4个中压调节阀和4个中压截止阀。;高压调节阀和中压调节阀可连续改变位置,参与调节。i高压截止阀和中压截止阀只有开、关两个位置,不参与调节。调节阀的控制过程是P320系统根据操纵员设置汽机负荷、转速等参数计算出调阀的开度指令信号,该信号与现场调节阀的阀位反馈进行求差计算,对偏差进行积分,然后与指令信号进行叠加并进行幅值限制,经过限幅后的信号通过硬接线连接到阀门控制VICKERS卡,伺服卡指令信号与现场调节阀的阀位反馈信号进行求差后对信号进行增益处理,然后减去现场比例阀上先导级阀位反馈信号与主级阀位反馈信号,最后信号作用在比例阀上来控制进入油动机里调节油从而通过油动机来驱动阀门。
    汽轮机调节阀控制过程如图2所示。

图2 调节阀控制逻辑原理图

2 缺陷分析
      现场阀位反馈传感器LVDT作为测量调阀阀位的重要设备在整个汽轮机调节控制中起到非常重要的作用。现场调节阀上LVDT总共有3支,分别送到P320系统(反馈电流信号:4.SmA一19.SmA,对应阀门行程0一100%)、汽轮机监测系统(反馈电流信号:4mA一20mA,对应阀门行程0-100%)和电站数据采集系统(反馈电流信号:4mA一20mA )对应阀门行程0一100% )。送汽轮机监测系统和电站数据
采集系统的反馈信号不参与系统逻辑控制,只作为111面显T。而P320系统直接参与汽轮机调节控制,如果设备故障将导致调阀失去调节功能,阀门处于偏安全考虑慢慢关闭,这将造成汽机负荷迅速波动甚至造成停机,对蒸汽发生器,反应堆的安全造成影响。
3 方案论证
      对于位移传感器LVDT故障的处理要基于在机组不同的运行工况下进行讨论,主要有以下运行工况:反应堆功率
运行模式和反应堆停堆模式。
     在反应堆停堆模式下,可以对故障的LVDT传感器进行更换,现有3支LVDT传感器是封装成一体的,所以每次更换需要3支传感器整体一起更换掉,更换后的3支LVDT需要在汽轮机挂闸的情况下控制阀门多次全开全关来对传感器零位和满位进行校准,直到反馈信号的精度满足设计要求(绝对误差:1 0.01 mA,精度:0.06%)。
      在反应堆功率运行模式下,由于机组带功率运行,在更换LVDT传感器后无法对传感器进行在线校准,因为多次开闭阀门会造成机组负荷波动,而且在校准过程中从零位到满位过程需要时间不能过长,避免给机组带来大得扰动,需要每次修改阀门开度指令时参数不宜设置过大,这势必造成阀门开关所需时间过长,s。这与LVDT传感器正常校准的要求产生矛盾,所以在反应堆功率运行模式下更换LVDT传感器的方案就无法实现。
     汽轮机所有的高、中压主汽阀和调节阀上都设计有3支测量阀门位置的位移传感器LVDT。其中送KDO系统一支由于不参与控制,只用于采集记录数据。因此,在经过讨论后在反应堆停堆机组检修期间将传感器的量程更改为4.5 mA一19.SmA。在反应堆功率运行模式下即使送P320系统LVDT出现故障,也可以在线进行更换。这样就可以避免为校准传感器精度而多次动作阀门,进而影响机组安全稳定运行。
     综合上述情况得出的最终方案是:在机组大修期间对送KDO系统的LVDT的量程修改为4.SmA一19.SmA,在机组功率运行工况下出现送P320系统的传感器出现故障时直接将其与送KDO系统的LVDT进行调换,在下一次大修期间进行整体更换,这样就避免了停机风险,为机组持续稳定运行提供可行性的保障。

更换后阀位趋势图

图3 更换后阀位趋势图

4 实施过程
    在大修期间将8个调节阀所有送KDO系统的LVDT的量程进行修改,将原来4mA一20mA的反馈电流信号修改成
4.5 mA一19.SmA的电流信号,送入到KDO系统采集记录相关数据。
5 实际运行情况
    2018年8月20日上午,2号机组运行人员反馈高压缸进气阀疏水阀2GPV101VL自动开启后关闭。维修人员查询相关日志记录和逻辑后发现该阀由2GRE004VV全关信号2G RE080SY联锁,仪控人员在DCS二层111面KIC和P320史站上均确认当时2GRE004VV全关信号2GRE080SY短时触发(约300ms)才造成2GPV101VL自动开启后关闭。
    2GRE080SY信号由2GRE004VV送P320的阀位反馈信号2GRE047MM 5%低限域值产生,而2GRE047MM由现场LVDT采样阀门实际位置信号产生,该LVDT同时产生三路同样的位置信号,分别送P320 ( 2GRE047MM )、 KDO(2GRE046MM)和GME(2GRE048MM)系统。随后维修人员在KDO上查看历史趋势后发现,2GRE047MM在8.19-8.21号间有多次瞬间升、降变化,且随时间逐步增加,但
送KDO的2GRE046MM信号稳定。
    原因分析:
    1)2GRE047MM阀位传感器性能下降。
    2)就地和机柜接线端子松动。
    3)阀门控制卡(Vicker、卡)性能下降。
    针对以上3个可能的故障原因,有以下维修方式,但均需将阀门全关后实施:
    ①在现场将送KDO和P320的2GRE046MM ,2GRE047MM信号在LVDT处互换。
    ②检查2GRE047MM信号通道端接及LVDT的航空插头,
并做紧固处理。
    ③更换Vicker、卡件,需在线对阀门进行行程调试(可
能性较小,如有需要,另行编制方案处理)。
    实施过程中将机组功率维持在960MW平台下,维修人员通过人为给调节阀开度指令将2GRE004VVQ全关,并强制对应主汽阀2GSE004VV全关指令信号使主汽阀全关,这样就可以将2GRE004VV隔离出来。将信号回路上所有的端子进行紧固,最后2GRE047MM传感器的航空插头2GRE046MM传感器的航空插头对调。重新解除2GSE004VV的快关指令确认主汽阀开启后,缓慢增加2GRE004VV的开度指令,恢复阀门之前的开度,确认机组参数稳定后运行人员升到满功率,整个检修工作结束。
    在整个处理过程中机组各系统参数稳定,米给机组带来新的扰动。后期通过长期观察并记录该调节阀所有反馈信号发现更换后的2GRE047MM运行趋势稳定,米出现多次瞬间升、降变化。而更换后的2GRE046MM则出现多次瞬间突降,最大降幅有31%。后期将在大修期间对整个位移传感器进行更换。
    从后期监测数据趋势来分析更换后的送P320系统的阀位信号2GRE047MM工作稳定,而送KDO系统的阀位信号2GRE046MM多次出现瞬间大幅下降,最大降幅为40.692% ,相比正常2GRE047MM阀位偏差16.368%。具体趋势见图3,由此可以断定此LVDT阀位传感器性能下降,无法正常参与控制,建议在大修期间进行更换。
总结分析
      通过此次对故障LVDT检修的处理进一步对前期送KDO系统LVDT传感器行程调整这一方案可行性作进一步诊释。成功、有效地避免了因LVDT故障而引起汽轮机停机,实践证明此此方案的可行性,为后续同类电厂在预防和处理汽轮机调节阀位移传感器LVDT类故障提供了宝贵的借鉴。木文给出的试验数据及列出的LVDT可能出现的故障情况对同类型装设有双LVDT的机组有很大的借鉴作用。在阀位采用双通道,可避免一个通道故障导致阀门事故的可能性,建议用双支的LVDT,这样可以减小风险,增加设备的可靠性。另外,应从日常巡检维上防止以上类似的情况发生,运行人员应加强对阀位反馈信号的监视,及早发现异常并定期进行阀门试验。

本文Tag:调节阀、气动调节阀、电动调节阀
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