綏電#2機組MEH轉(zhuǎn)速差的研究及改進(jìn)

1、.綏電#2 機組MEH 轉(zhuǎn)速差的研究及改進(jìn)潘書林 教富深 朱傳鵬 劉景春（綏中發(fā)電有限責(zé)任公司 125222）【摘 要】綏電#2 機組2 臺小機同時出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差大保護動作（轉(zhuǎn)速差值10r/min)，導(dǎo)致#2 機組跳閘。本文從轉(zhuǎn)速測量方法、MEH 裝置特點的角度，對這種異常保護動作的原因進(jìn)行研究分析，并提出原則性的改進(jìn)建議?！娟P(guān)鍵詞】MEH 轉(zhuǎn)速差 原因分析 改進(jìn)建議1 前言轉(zhuǎn)速測量是保證給水泵汽輪機（以下簡稱小機）穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)，由于小機轉(zhuǎn)速很高，需要有很高的精確度和實時性。但轉(zhuǎn)速測量的精確度是一個系統(tǒng)問題，從測速齒輪盤、傳感器、測速卡，測量方法等，一直到顯示，每一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)

2、速測量結(jié)果產(chǎn)生偏差。在實際應(yīng)用中，我們會發(fā)現(xiàn)小機轉(zhuǎn)速控制與大汽輪機的轉(zhuǎn)速控制是有區(qū)別的，大汽輪機的轉(zhuǎn)速只是機組啟停機時進(jìn)行控制，并網(wǎng)后的轉(zhuǎn)速就由電網(wǎng)周波來決定，且轉(zhuǎn)速變化不大；如果機組不參與一次調(diào)頻時，轉(zhuǎn)速只作為一種監(jiān)視參數(shù)。而小機要全程參與給水調(diào)節(jié)，需要變速運行，且轉(zhuǎn)速比大汽輪機更高。因此，從這個角度來看，小機轉(zhuǎn)速測量的準(zhǔn)確性更顯得重要一些。綏電#2 機組2 臺小機MEH 分別裝有3 路獨立的轉(zhuǎn)速測量通道。2010 年10 月24 日22 時53 分24秒，2 套MEH 同時出現(xiàn)通道間轉(zhuǎn)速差值大保護動作（差值10r/min)，導(dǎo)致#2 機組跳閘，報表指示兩通道間轉(zhuǎn)速相差最大達(dá)到50r/min

3、。轉(zhuǎn)速通道之間的差值是怎樣產(chǎn)生的，如何消除；下面從轉(zhuǎn)速測量方法、裝置特點的角度對這種異常現(xiàn)象的產(chǎn)生原因進(jìn)行研究分析。2 MEH 轉(zhuǎn)速差原因分析2.1 MEH 轉(zhuǎn)速測量通道組成#2 機組MEH 電子硬件采用了ABB Symphony 系統(tǒng)，BRC300 橋式控制器（以下簡稱控制器）。按照ABB 的設(shè)計慣例，METS 與MEH 組態(tài)在同一個控制器內(nèi)，只設(shè)置一個100ms 任務(wù)處理周期。小機的軸端部（前箱內(nèi)）裝有一個40 個凹槽測速齒輪盤，在圓周方向上裝有三個磁阻傳感器；每個轉(zhuǎn)速測量通道都有一塊FCS 頻率計數(shù)模件（以下簡稱FCS 模件）進(jìn)行計數(shù)，在控制器中完成轉(zhuǎn)速的運算（參見圖 1）。全國火電60

4、0MW 級機組能效對標(biāo)及競賽第十五屆年會論文集 汽機190轉(zhuǎn)速傳感器1 轉(zhuǎn)速傳感器2 轉(zhuǎn)速傳感器3圖1 轉(zhuǎn)速測量通道示意圖FCS 模件內(nèi)具有微處理器和存儲器，以及定時器、計時器、計數(shù)器。輸入電路把磁阻傳感器發(fā)來的交流信號經(jīng)過斬波、整形變成為TTL 電平信號，由模件上的計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，同時也對時鐘脈沖計數(shù)。當(dāng)20ms 計數(shù)周期結(jié)束時，將被測脈沖計數(shù)及時鐘脈沖計數(shù)存入雙緩沖寄存器，并給出狀態(tài)位，通告控制器可讀取當(dāng)前的數(shù)據(jù)。而控制器從FCS 模件接收數(shù)據(jù)時，會發(fā)出時鐘數(shù)據(jù)到雙緩沖寄存器。2.2 處理周期與計數(shù)周期分析在FCS模件中計數(shù)周期是20ms，控制器中處理周期設(shè)置為100ms，每隔100ms對

5、3個FCS模件的數(shù)據(jù)讀取一遍，然后經(jīng)過運算得出3路轉(zhuǎn)速值，信號質(zhì)量滿足3取2后，取3路轉(zhuǎn)速信號的中間值作為小機的實際轉(zhuǎn)速值?？刂破鞯慕M態(tài)邏輯還能對3個通道間的轉(zhuǎn)速差進(jìn)行監(jiān)視，任一通道轉(zhuǎn)速與中間值的差大于10(r/min)時會發(fā)出通道故障報警和跳小機。在同一20ms 計數(shù)周期內(nèi)，3 個FCS 模件雙緩沖寄存器內(nèi)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)基本是一致的；但因控制器是多任務(wù)并行處理，除負(fù)責(zé)3 路轉(zhuǎn)速信號的處理外，還要擔(dān)負(fù)著小機的調(diào)節(jié)、保護、開關(guān)量及模擬量的采集等多個任務(wù)，都需進(jìn)行輪回處理。所以，控制器在100ms 處理周期內(nèi)讀取FCS 模件時間點是隨機的，有時會出現(xiàn)對3 個FCS 模件數(shù)據(jù)的讀取時，不能在同一20ms

6、 計數(shù)周期內(nèi)完成，沒有讀取的FCS 模件數(shù)據(jù)要在另一個20ms 計數(shù)周期里完成，出現(xiàn)跨20ms 計數(shù)周期邊界讀數(shù)的現(xiàn)象。如果在這段時間間隔中，小機轉(zhuǎn)速發(fā)生了變化，F(xiàn)CS 模件的數(shù)據(jù)也會隨著變化。所以，出現(xiàn)后讀取的數(shù)據(jù)就會和先讀取的數(shù)據(jù)不一樣，從而導(dǎo)致兩個通道之間的轉(zhuǎn)速不一至，因為兩個通道的數(shù)據(jù)不是同一時間點的數(shù)據(jù)，不同時間點的轉(zhuǎn)速是不一樣的。即不兩個通道間的轉(zhuǎn)速差是由讀取時間差產(chǎn)生的，兩個通道的轉(zhuǎn)速信號雖然不同，但也都是真實的轉(zhuǎn)速，只是時間點不同而已（見圖2）。全國火電600MW 級機組能效對標(biāo)及競賽第十五屆年會論文集 汽機191圖2 BRC 控制器讀數(shù)時序圖從圖2 中可以看出每20ms 增速

7、一個脈沖（凹槽），在100ms 周期內(nèi)就可以發(fā)生幾百轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速變化。如按這種思路來考慮，按小機測速齒輪盤40 凹槽進(jìn)行計算，在相隔20ms 周期時間中，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，兩通道間的轉(zhuǎn)速差值分別推算如下：變化1 個凹槽時：兩通道轉(zhuǎn)速差：±1×（60000÷20）÷40±1×3000÷40±75(r/min)。變化2 個凹槽時：兩通道轉(zhuǎn)速差：±2×（60000÷20）÷40±2×3000÷40±150(r/min)。變化3 個凹槽時：兩通道轉(zhuǎn)速

8、差：±3×（60000÷20）÷403±×3000÷40±225(r/min)。通過上述分析，可以得出：當(dāng)小機轉(zhuǎn)速突變，控制器對3 個FCS 模件數(shù)據(jù)的讀取、不能在一個20ms 計數(shù)周期內(nèi)完成時，兩通道之間就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，且差值的大小與轉(zhuǎn)速變化率成正比，轉(zhuǎn)速變化率越大，差值越大；而與相隔計數(shù)周期數(shù)多少也有關(guān)系。推論：在小機恒速運行時，無論轉(zhuǎn)速有多大，都不會發(fā)生兩通道間的轉(zhuǎn)速不一至現(xiàn)象。2.3 轉(zhuǎn)速試驗為了驗證上述分析的結(jié)論，先后在#1 機組DEH、#2 機組MEH 上分別做了試驗，試驗結(jié)果見表1。表1 #1 機組D

9、EH 轉(zhuǎn)速試驗數(shù)據(jù)表BRC100 控制器（處理周期100ms）試驗時間 2010.10.29 14:24 2010.10.29 14:22 2010.10.29 14:10加速度（r/min/s） 75 80 90通道1 通道2 通道3 通道1 通道2 通道3 通道1 通道2 通道3轉(zhuǎn)速(r/min)4038.89 4045.76 4046.98 3940.35 3959.44 3977.53 4045.19 4058.4 4087.33與中間值差(r/min) -6.87 中間值 1.22 -19.09 中間值 18.09 -13.21 中間值 28.93全國火電600MW 級機組能效對標(biāo)及

10、競賽第十五屆年會論文集 汽機192在#2 機組停備期間，對MEH 上又做了試驗，試驗結(jié)果也證明了上述觀點的正確性（見表2）。表2 #2 機組MEH 轉(zhuǎn)速試驗數(shù)據(jù)表BRC300 控制器（處理周期100ms）日期 2010.11.3 10:38 2010.11.3 10:19 2010.11.3 10:31加速度（r/min/s） 50 100 200測量通道 通道1 通道2 通道3 通道1 通道2 通道3 通道1 通道2 通道3轉(zhuǎn)速(r/min) 4698.09 4710.43 4720.97 1494.69 1516.86 1539.99 4089.37 4141.72 4248.8與中間值差

11、(r/min) -12.34 中間值 10.54 -22.17 中間值 23.13 -52.35 中間值 107.08BRC300 控制器（處理周期50ms）日期 2010.11.3 10:52 2010.11.3 10:44 2010.11.3 10:48加速度（r/min/s） 50 100 200測量通道 通道1 通道2 通道3 通道1 通道2 通道3 通道1 通道2 通道3轉(zhuǎn)速(r/min) 4336.04 4340.67 4343.53 3885.5 3889.89 3893.93 3378.71 3384.44 3391與中間值差(r/min) -4.63 中間值 2.86 -4.

12、39 中間值 4.04 -5.73 中間值 6.56從表2 中的試驗結(jié)果可以看出：當(dāng)控制器處理周期設(shè)置為100ms，加速度設(shè)置200（r/min/s）時，兩通道的與中間值差為107.08(r/min)，當(dāng)控制器處理周期由100ms 改為50ms 時，兩通道與中間值最大差僅為6.56(r/min)；兩通道的轉(zhuǎn)速差有明顯減少的趨勢。3 改進(jìn)方案MEH 與METS 組態(tài)一個控制器里運行，且設(shè)置100 ms 的處理周期；這會導(dǎo)致小機轉(zhuǎn)速測量及保護動作時間嚴(yán)重滯后，加之在MEH 改造中取消了小機的危急保安器。所以，這種設(shè)計難以滿足800MW機組給水快速調(diào)節(jié)及安全運行的需要。為了保證發(fā)電任務(wù)，臨時把#2

13、機組2 套MEH 的通道間轉(zhuǎn)速差值10r/min 保護動作條件取消，改為通道間轉(zhuǎn)速差值10r/min 時發(fā)報警。但通道間的轉(zhuǎn)速差問題依然存在，經(jīng)進(jìn)一步的技術(shù)分析；可有以下幾種方案可選： 控制器的處理周期由現(xiàn)在設(shè)置的100 ms 能否改為50 ms，這個方案改動量最小。難點：處理周期改為50ms 會增加控制器負(fù)荷，是否會出現(xiàn)失時（丟周期）現(xiàn)象，不易判定。 控制器分為兩個處理周期，轉(zhuǎn)速處理的組態(tài)邏輯放在快周期內(nèi)運行，處理周期設(shè)置30ms；其它邏輯運行處理周期不變，仍按原100 ms 處理周期運行。難點：控制器處理周期分開后控制器要增加負(fù)荷，處理能力是否允許還要進(jìn)一步試驗。另外，還要探討控制器雙周期

14、運行的風(fēng)險性。 增加一對控制器，把轉(zhuǎn)速處理的組態(tài)邏輯放在新增控制器內(nèi)運行，處理周期30ms；與其它邏輯徹底分開，這種辦法效果最好。全國火電600MW 級機組能效對標(biāo)及競賽第十五屆年會論文集 汽機193難點：增加控制器后，因有些變量需要分開需要增加一些I/O 板件，相當(dāng)于重新組態(tài)，風(fēng)險性大，費用也高。對上述三種方案進(jìn)行比較，方案、實施難度較大，方案比較簡單易行。針對這種情況，利用#2 機組停備期間，把#22MEH 控制器的處理周期由100 mS 改為50 mS，經(jīng)長時間觀察，MEH 控制器負(fù)荷基本在18-22%左右，試驗結(jié)果見表3。表3 #2 機組MEH 轉(zhuǎn)速試驗數(shù)據(jù)表日期 控制器負(fù)荷(%)min 控制器負(fù)荷(%)max2011.01.11 18 222011.01.12 18 222011.01.13 18 222011.01.14 18 222011.01.15 19 224 結(jié)論試驗結(jié)果表明，把#2 機組控制器的處理周期改為50 mS 后，控制器負(fù)荷最大不超過22%，考慮到機組在運行時MEH 控制器可能會有一些不確定的負(fù)荷因素，實際負(fù)荷可能會比試驗結(jié)果略大一些，但一般不會大于40%，滿足火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程DL/T 65