吴楠

摘要：本文主要阐述了汽轮机非核冲转期间跳闸过程、跳闸逻辑、VICKERS 卡和汽机调节系统组态的分析找出汽轮机跳机的真正原因，并提出切实可行的办法，解决了首次冲转跳机问题，并为后续汽轮机冲转提供宝贵的经验。

关键词：压水堆核电站;汽轮机非核冲转期间;跳闸故障

汽轮机调节保护系统采用的控制系统平台在结构上分为上位机和下位机，下位机执行自动控制调节及安全保护功能，上位机负责数据处理、数据管理及人机接口功能。汽轮机调节保护系统的主要功能是通过控制进汽调节阀开度对机组实施转速控制、功率控制、频率控制、压力控制和应力控制，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流量限制，在跳机信号触发时快速响应保护汽轮机安全停车，使机组实现能量转换、保证供电质量、汽机安全运行。

1 汽轮机非核冲转期间跳闸过程

2013年12月，福清 1#汽轮机准备非核蒸汽冲转，汽机转速处于盘车转速 8 r/min，挂闸准备冲转。操作员给出汽机转速设定值100 r/min并确认程控升速后，汽机转速设定值逐渐上升，而汽轮机的转速依然保持盘车转速8 r/min 不变，20s后汽轮机跳闸，安全油泄压，所有汽轮机进汽阀门快速关闭。

通过查看操作员站历史趋势和报警列表确认是汽轮机调节系统（ GRE）汽机控制跳机命令（ Turbine ControllerTrip）导致跳机，继续追溯原因为产生了实测转速故障信号（ST Speed 2o3 failure）。

2 汽轮机跳机的原因分析

2 1 GRE 控制系统中对 LVDT 的阀位反馈

汽轮机调节阀门阀位传感器由三个直线位移传感器（LVDT）的探头组成，生成三路阀位反馈信号，第一路送到DCS，第二路送到汽轮机监测（GME）系统，第三路送到汽机调节系统（GRE）调节控制机柜参与阀门调节计算。因这种直线位移传感器（LVDT）在 4. 5 mA～19. 5 mA的范围内是其线性最好的区间，能够保证阀门调节控制处在最优的线性区间，所以厂家将送往 P320 系统的汽轮机调节（GRE）系统的 8 个高中压调节阀位置 LVDT 传感器的输出电流设置为 4. 5 mA～19. 5 mA。这样，在阀门全关到位时，阀门送出的阀位反馈信号是4. 5 mA;阀门在全开到位时，阀门送出的阀位反馈信号是19. 5 MA。若不进行迁移，则阀位反馈开度最小即为 0. 5/16=3. 125%的开度;开最大时为 96. 875%的开度;映射关系为反馈 电 流 （ 4. 5 mA ～ 19. 5 mA） 对应开度（3. 125% -96. 875%）。汽机调节系统（GRE）接受的阀位信号参与控制汽轮机进汽阀开度控制，为保证 GRE 系统逻辑计算，需将上述阀位反馈在汽机调节系统（GRE）控制系统内做量程迁移。即将电流（4. 5 mA～19. 5 mA）映射为（3. 125%～96. 875%），再映射为对应开度（0-100%）。阀门开度迁移的计算公式为 Y =100* （X-3. 125） /（96. 875-3. 125）。在进行阀门开度指令计算之前，需结合 GRE 逻辑图，将 C3 值设定值为3. 125%，而 C4 值设定值为96. 875%即可实现阀位反馈量程的 0～100%的迁移。

2.2 调节阀控制原理

阀门位移传感器（LVDT）和汽机调节控制系统（GRE）发出阀门最终开度指令都会送到专用阀门控制卡（VICK-ERS）。在 GRE 控制系统中，GRE 阀位初始指令由蒸汽需求总量根据阀门控制曲线计算得来，阀门位置传感器（LVDT）将阀位反馈信号（4. 5 mA～19. 5 mA）送到阀门控制卡（VICKERS），VICKERS 卡将阀位信号送往 GRE 控制系统。为了提高响应速度和消除最终阀门开度与指令的偏差，GRE 控制系统设计了积分环节，阀门最终控制指令由阀位初始指令加上积分计算得出。在 VICKERS 卡中，VICKERS 卡接收 GRE 控制系统阀门最终控制指令（4. 0 mA～20. 0 mA），指令信号与实际阀门开度信号相减得出偏差，进行 PI 闭环运算，运算结果在卡件内部转化为 0～10 V 的指令信号，对应阀门 0～100%的开度指令，电压转化过程无外部修改调试接口。调节阀本体自带的电液转换比例阀接收 VICKERS 卡电压指令信号，将阀门调节至需求开度;LVDT 将阀门开度传给 VICKERS 卡（4. 5 mA～19. 5 mA）。

2.3 GRE 控制系統最终阀门开度信号的死区

现场调试期间将 LVDT 的反馈信号改为 4. 5 mA～19. 5mA，LVDT 送到 VICKERS 卡件的反馈电压映射为 0. 312 5 V～9. 687 5 V。VICKERS 卡件内部偏差的计算是以电压为依据进行的。指令的线性映射关系为：4 mA～20 mA 对应 0～10 V;+0. 312 5 V 对应 4. 5 mA，即对应 3. 125%。GRE 系统最终阀门开度指令与阀位反馈偏差电压为正时，VICKERS 卡控制比例阀打开阀门;指令与阀位反馈偏差电压为负时，VICKERS 卡控制比例阀关闭阀门。当 GRE 系统最终阀门开度指令为 0%，即输出指令为4. 0 mA。此时 VICKERS 卡中指令与阀位反馈偏差为：0V-0. 312 5 V= -0. 312 5 V。偏差为负，将阀门往关闭方向调节。当 GRE 系统最终阀门开度指令为 100%，即输出指令为 20. 0 mA。此时 VICKERS 卡中指令与阀位反馈偏差为：10 V-9. 687 5 V=0. 312 5 V。偏差为正，阀门往打开方向调节。GRE 系统最终阀门指令小于 3. 125%时，调门不会开启;只有 GRE 系统最终开度指令大于 3. 125%时，调门才会开启。这将形成一个指令的死区，即当阀门全关时，开度指令在 0～3. 125%之间，阀门保持关闭;当阀门全开时，开度指令在 96. 875%～100%之间，阀门保持全开。

2.4 给出 100 r/min 转速指令后的响应滞后及原因判定

根据高压调节阀门蒸汽流量与对应开度曲线，若使阀门控制指令达到3. 125%，蒸汽需求量需达到8. 6%。根据汽机冲转阶段蒸汽流量生成指令进行计算，在升至3%蒸汽需求量时，大约需要 25 s，由 3%蒸汽需求量升至8.6%（3.125%阀门开度指令对应蒸汽需求量）大约需要 12s，此时汽机才开始升速，但跳机信号已触发。因此，在操作员完成程控升速确认后，汽轮机就应伴指令逐渐升速，，因原设计中未考虑该指令的迁移，蒸汽需求量需逐渐达到 8. 6%时才能开始升速，此响应滞后导致蒸汽流量达到 3%跳机阈值时，汽机转速仍未上升，导致跳机信号触发。在调试期间，需将阀门开度指令进行迁移，即将（0～100%）的指令映射为（3.125%-96.875%），使蒸汽需求指令开始上升时汽轮机即开始升速。另一方面，首次冲转期间蒸汽参数可能较低，无法冲动汽轮机升速，现场需根据汽轮机本体特性，适当放大对蒸汽流量达到3%后汽机转速故障的判定时间区间，此时间区间宜在调试期间根据升转速曲线给予适当放大。

3 汽轮机跳闸的处理方法

3.1 修正软件内阀门指令信号

在原设计中，厂家并未考虑修正 GRE 控制系统最终阀位指令迁移问题，导致阀门打开时间严重滞后。经过分析后，将阀门开度指令由（0～100%）映射修正为（3.125% ～96.875%）。在 GRE 控制系统中，为实现最终控制指令的迁移，对最终控制指令做如下偏置。

3.2 延时时间

对于7s内转速未能上升到12 r/min的问题，根据现场的实际情况，在不影响机组安全启动的情况下，根据阀门升速特性，将判定时间延长为15s，使开始升速阶段汽轮机充分进汽，且转速在15s内完成上升。

4 结论

本文简单介绍了汽轮机跳机保护系统的结构，详细分析了汽机首次冲转期间跳机的原因，通过对汽机控制系统综合控制指令迁移和修改跳机保护时间的措施，消除了跳机信号的设计缺陷，此 2 项修改在后续的冲转中得到了很好的验证，后续再未出现相同原因的跳机事件。此事件的分析研究不仅解决了本机组的设计缺陷，还反馈到其他机组，对保证汽轮机调阀的調节性能和汽轮机冲转一次成功具有重要意义;同行电厂也可以参考本文进行经验反馈。

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