300MW机组DEH和MEH伺服卡故障分析及处理.pdf

2 0 0 7年 1 o月 第 3 5卷 第 5期( 总第 1 9 2期) 吉 林 电 力 j i l i n el e c t r i c p o we r oc t 2 0 07 vo 1 35 no 5 ( se r no 1 9 2) 3 0 0 mw 机组 d e h和 me h伺服卡故障分析及处理 fa ul t an a l y s i s a n d tr e a t me n t o f se r v o i n t e g r a t e d el e c t r o n co mp o ne n t o n di g i t a l el e c t r i c h y d r a u l i c a n d m i c r o p r o c e s s o r el e c t r i c h y d r a u l i c o f 3 0 0 m w un i t 杨 保 ， 左 立 安。 ( 1 河南华润 电力古城有限公司， 河南 驻马店4 6 3 0 0 0 ； 2 吉林省 电力有限公司电力科学研 究院， 吉林 长春1 3 0 0 2 1 ) 摘 要 ： 分 析了河 南华润电力古城有限公司 3 0 0 mw 机组数字电液控制系统及给水泵汽轮机 电液控 制系统伺服卡 故障原因， 认为因 me h0 1机柜内直流电源负端没有接地， 不能将伺服卡打火时产生的电流引人大地， 造成伺服卡 损坏。提出了将 me h0 1 机柜内直流电源负端接地， 将 d e h， me h0 1 ， me h0 2机柜之间的伺服卡输人输出信号公 共端环线拆除， 伺服卡电源由原来的访问电源供电改为系统电源供电的处理方案。 关键词： 3 0 0 mw 机组； 数字电液控制系统 ； 汽轮机电液控制系统； 伺服卡； 故障分析 中图分类号 ： tk 2 6 3 7 2 文献标识 码 ： b 文章编号 ： 1 0 0 9 5 3 0 6 ( 2 0 0 7 ) 0 5 0 0 5 1 0 3 随着 汽轮发电机组容量的增 加和控制系统水 平的提高， 新建机组 已基本上全部采用数字 电液控 制系统 d e h。d e h与给水泵汽轮机电液控制系统 me h 的伺服阀控制卡作为电控系统与液压系统 的 接 口， 其工艺及质量在机组安全运行 中的作用越来 越重要 ， 如果出现故障 ， 将威胁机组的安全运行。下 面对驻马店古城电厂 2 3 0 0 mw 机组在试运行 阶 段 de h 与 me h 出现的伺服卡故障进行分析处理。 l 设备概况 河南华润电力古城有 限公 司 2 3 0 0 mw 机组 采用 东方汽轮机厂 生产 的 n3 0 0 一 l 6 7 5 3 7 5 3 7型 汽轮机 ， 汽轮机 电液控制系统 d e h 和给水泵 汽轮 机电液控制系统 me h 由东方汽轮机厂与分散控制 系统 d c s厂家联合提供 ， d e h 控制 柜内共 配有 7 块伺 服卡， 包括 4个 高压调汽 门 c v1 ， c v2 ， c v3 ， c v4 ， 2个 中压调汽门 i c v1 ， i c v2和 1 个高压主汽 门ms v2 。me h0 1 ， me h0 2机柜 内各配 1块伺服 卡 ， 即小汽机低压调汽门。 a 伺 服 卡。d e h 伺 服 卡 采 用 1 6位 单 片 机 8 0 c1 9 6芯片和可编程逻辑阵列 c p l d构成控制核 心 ， 同时采用 1 6位 a d和 d a 芯片作为输入、 输 出信号的转换。在实现带电插拔的技术上采用了飞 利浦 的 i 2 c串行总线技术 ， 在校验过程中将调汽门 开度 l vd t 的全关值和全开值存 入 e p r om 中， 从而实现带 电插拔 。该卡的工作原理 ： 伺服卡采集 l vd t 的反馈值 ， 然后与 de h 发 出的控制指令信 号比较 ， 经过程序中的 p i 运算后输 出调节电流驱动 伺服阀动作 ， 从而控制阀门的行程到给定的开度 。 在 进行 自身调节的同时， 伺服卡还可以送 出一个 阀位 开度信号给控制系统， 作为行程指示。p i 运算 中的 比例因子和积分因子通过拨码开关来调节。通过面 板 上 的指 示灯 ， 可 以实 时 了解 卡件 的工作 状 态。 me h 的伺服卡功能与 d e h 的伺服卡功能相同。 b dc s直流 电源 。电源部分采用 了 dc dc隔 离转换器 ， 确保卡件的工作电源和供 电电源的充分 隔 离。dc s 2 4 v 直流 电源包括两类 ， 一 种为直 流 2 4 v系统电源 ， 主要用 于 d c s的 dp u 及各种 i o 卡件 的底板供电， 一种为直流 2 4 v访 问电源， 主要 用 于外部 回路 的供 电， 如 ai 卡件供 给现场变送器 的2 4 v电源。两种直流 2 4 v 的负端通过接地线接 至机柜的系统电源接地线铜板 ， 再通过总接地线接 至接地 网 。 d e h， me h0 1 ， me h0 2 3个控制柜 内的伺服卡 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 7 1 7 作者简介 ： 杨 保 ( 1 9 7 o 一) ， 男 ， 工程师 ， 从 事火电厂热控专业技术工作 。 5 1 维普资讯 2 0 0 7年 1 o月 第 3 5卷 第 5 期 ( 总第 1 9 2期) 吉 林 电 力 j i l i n el e c t r i c p o we r 0c t 2 0 07 vo 1 3 5 no 5( s e r no 1 9 2 ) 电源 由布置在 me h0 1 控制柜内的访问电源模块供 电， 3个机柜 内共 9块伺服 卡的 tb 2 8和 tb 2 - 1 4 全部短 接在一起 ， 其 中 tb 2 8为伺服 卡输入公共 端 ， t b 2 1 4为伺 服卡输 出公 共端 。每个机柜 内的 d p u、 转速卡、 ai 卡等所有 d c s卡件 由本机柜内的 系统电源模块供电， 具体见图 1 。 圈 1 d o s电源供 电示意圈 2 事故经过 2 0 0 6年 1 2月 8日6 ： 3 5 ， 河南驻 马店古城电厂 2号机组在试运行阶段， 准备启动 2 a 小汽机 ， 运行 人员启动命令发出后 ， 从 d c s操作员站画面观察到 2 a小汽机转速升起 ， 现场人员报告就地低压调汽门 已打开 ， 但 d c s画面无低压调汽 门反馈信号， 并显 示 2 a小汽机伺服卡故障。检查 me ho 1控制柜内 伺服卡状态， 发现 2 a伺服卡也是故障报警状态， 前 面板 e rr灯亮。 调试人员决定更换 2 a小汽机低压 52 调汽门伺服卡 ， 6 ： 3 9 拔 出原伺服卡 ， 在插入新 的伺 服卡瞬间 ， 伺服卡打火 ， 并伴随爆裂声， 迅速拨出伺 服卡 ， 发现卡件上的一个电容已烧坏。 在此同时出现 以下情况 ： 2 b小汽机原来处于已挂 闸未启动状态 ， 在伺服卡打火后 ， 2 b小汽机低压调汽 门全开 ， dc s 记录 2 b小汽机转速升至 3 7 2 7 r mi n ； 汽轮机高压 调汽门 c v1 ， c v2 ， 中压调汽 门 i c v1突然全关 ， 负 荷由 1 4 6 mw 降至 9 8 mw ； 2 b小汽机低压调汽门， c v1 ， c v2 ， i c v1伺服 卡均报 故 障。经事后 检查 ， c v1和 i c v1的伺服卡已损坏 ， 需返厂维修 。 3 原 因分析 a 在 me h0 1机柜插入 2 a伺服卡时， 有强电从 外部 回路串入伺服卡， 造成伺服卡损坏。 伺服卡外部 回路共有 4个开关量信号与 d c s用硬接线连接 ， 包 括 dc s送给伺服卡的 2个开关量信号， 即校验允许 和校 验开始信号 ， 包括 2 个 伺服卡送给 d c s 2个开 关量信号 ， 即伺服卡处于校验状态信号输 出和伺服 卡故障状态信号输出。 伺服卡外部回路共有 1 o个模 拟量信号 ， 其中伺服阀给定电流信号( 4 2 0 ma) 和 阀位指示 电流信号( 4 2 0 ma) 接入 d c s ， 2路驱动 伺服阀电流信号( 一4 0 4 0 ma) 接入现场伺服阀， 2 路伺服卡送给油动机位置反馈装置初级线圈激励 电 压信号 ， 4路油动机位置反馈装置次级线圈送给伺 服卡电压信号。 经过对 以上 回路 的信号值测量 ， 信号 值均处于正常范围内， 又用 5 0 0 v绝缘测试仪对 电 缆的绝缘阻值进行测试 ， 均符合 电缆绝缘标准 ， 所 以 排除了有强电进入伺服卡造成事故的可能性。 b 在 me h0 1机柜插入 2 a伺服 卡时， 因换卡 人员手上带有静电， 或更换的伺服卡本身问题， 引发 2 a 伺服卡内部短路 ， 从 而产生一 瞬时高压到 d c s 访问电源的负端 ， 因汽轮机的其他 7块伺服卡与小 汽机的 2块伺服卡为同一 电源， 且汽轮机和小汽机 所有伺服卡的信号公共端环接在一起 ， 造成所有伺 服卡的供电电压异常， 伺服卡难以承受大的电压波 动， 造成伺服卡的指令误发， 甚至导致伺服卡硬件损 坏。通过对控制柜内电源接线 的检查发现 ， 布置在 de ho 1 机柜内的 2 4 v直流访 问电源的负端没有接 地电缆 ， 经测量发现访 问电源负端与接地铜板之间 有 0 2 v的直流电压， 证实了 2 4 v直流访问电源的 负端没有接地 。 当供电系统出现问题时 ， 有效的接地 维普资讯 2 0 0 7年 1 0月 第 3 5卷 第 5期( 总第 1 9 2期) 吉 林 电 力 j i l i n el e c t r i c p o we r oc t 2 00 7 vo i 3 5 no 5( s e r no 1 9 2 ) 系统保证过载电流， 迅速泄释放到大地 中， 本次事故 中因电源负端没有接地 ， 不能将伺服卡打火时产生 的电流引到大地 ， 造成伺服卡电源大幅波动， 受其影 响， 除 2 a伺 服阀损坏 外， 2 b小汽机低 压调汽 门、 c v1 、 c v2 、 i c v1 伺服卡都不 同程度 的受到损坏。 因 此可以确定是由于电源负端未接地且静电加在伺服 卡而引起的此次事故 。 4 处理方案 对伺服卡电源接线进行了进行了 3 个方面的改 动 ( 见 图 2 ) 。 a 将 me h0 1 机柜内 2 4 v访问电源负端接地 。 2 4 v访 问电源负端接地是 d c s设计 要求 的， dc s 中的直流系统 电源及访 问电源负端接地 叫做 电源 地 ， 也称 逻辑 地， 是 d c s接地 的重点部分， 据 国外 d c s厂家有关试验显示 ， 当各逻辑地之间的电位差 大于 0 7 v时 ， 即可能造成 d c s不能正常运行。按 设计要求进行负端接地 ， 大大提高 了电源的稳定性 和抗干扰能力 ， 可有效地避免类似故障的发生 。 b 将 d e h， me ho 1 ， me ho 2机柜之 间的伺 服 卡输入输出信号公共端环线拆除。根据伺服卡的电 路原理图， 伺服卡输入输 出信号公共端即为伺服卡 的供电电源负端， 环线拆除后 ， 汽轮机和小汽机 的伺 服卡之间不会相互影响 ， 可 以避免 因某一个伺服卡 故障影响到其他的伺服卡而扩大事故后果 ， 实现了 风险分 散 的原 则 。 c d e h 及 me h 控制 系统 的伺服卡 电源 由原 来的访问电源供电改为系统电源供 电。系统电源比 访 问 电源更 具 有安 全 和稳定 性 ， 因为 d e h 和 meh 每个机柜 内都配有 双冗余 系统直流 2 4 v 电源 ， 为 d p u及各种 i o卡件供 电。 dc s i o卡件采用了光电 隔离技术 ， 系统电源与外部 回路没有直接 的联系 。 d c s的访问直流 2 4 v电源通过硬接线与现场设备 联接， 外部回路 的电缆布置在复杂的现场环境 中， 会 受到电磁信号的干扰 ， 或因电缆绝缘破坏 ， 引起 电源 短路或接地， 容易造成访问电源故障。 伺服卡通过现 场伺服 阀对油动机开度进行控制 ， 从而调节汽轮机 的进汽量 ， 实现汽轮机 的出力控制 ， 系统直流 2 4 v 电源应作为伺服卡供电的首选 。 伺服卡与 d c s之间 有许多信号传递 ， 包括开关量和模拟量信号， 从常规 的抗干扰性来说， 伺服卡与 d c s卡件的信号传递应 图 2改 造 后 的 dos电 源 供 电 示薏 图 该是共地的， 所 以伺服卡 电源应与 d c s卡件共用 1 个供电电源， 即由 d c s的系统直流 2 4 v 电源供 电。 本工程 中 d e h， me h0 1 ， me h0 2机柜各有 1路 系 统电源 ， 而 d e h， me h0 1 ， me h0 2 机柜共用 1路访 问电源， 各个机柜 中的伺