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绥电#2 机组MEH 转速差的研究及改进潘书林 教富深 朱传鹏 刘景春（绥中发电有限责任公司 125222）【摘 要】绥电#2 机组2 台小机同时出现转速差大保护动作（转速差值10r/min)，导致#2 机组跳闸。本文从转速测量方法、MEH 装置特点的角度，对这种异常保护动作的原因进行研究分析，并提出原则性的改进建议。【关键词】MEH 转速差 原因分析 改进建议1 前言转速测量是保证给水泵汽轮机（以下简称小机）稳定运行的重要环节，由于小机转速很高，需要有很高的精确度和实时性。但转速测量的精确度是一个系统问题，从测速齿轮盘、传感器、测速卡，测量方法等，一直到显示，每一个环节出现问题都可能导致转速测量结果产生偏差。在实际应用中，我们会发现小机转速控制与大汽轮机的转速控制是有区别的，大汽轮机的转速只是机组启停机时进行控制，并网后的转速就由电网周波来决定，且转速变化不大；如果机组不参与一次调频时，转速只作为一种监视参数。而小机要全程参与给水调节，需要变速运行，且转速比大汽轮机更高。因此，从这个角度来看，小机转速测量的准确性更显得重要一些。绥电#2 机组2 台小机MEH 分别装有3 路独立的转速测量通道。2010 年10 月24 日22 时53 分24秒，2 套MEH 同时出现通道间转速差值大保护动作（差值10r/min)，导致#2 机组跳闸，报表指示两通道间转速相差最大达到50r/min。转速通道之间的差值是怎样产生的，如何消除；下面从转速测量方法、装置特点的角度对这种异常现象的产生原因进行研究分析。2 MEH 转速差原因分析2.1 MEH 转速测量通道组成#2 机组MEH 电子硬件采用了ABB Symphony 系统，BRC300 桥式控制器（以下简称控制器）。按照ABB 的设计惯例，METS 与MEH 组态在同一个控制器内，只设置一个100ms 任务处理周期。小机的轴端部（前箱内）装有一个40 个凹槽测速齿轮盘，在圆周方向上装有三个磁阻传感器；每个转速测量通道都有一块FCS 频率计数模件（以下简称FCS 模件）进行计数，在控制器中完成转速的运算（参见图 1）。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机190转速传感器1 转速传感器2 转速传感器3图1 转速测量通道示意图FCS 模件内具有微处理器和存储器，以及定时器、计时器、计数器。输入电路把磁阻传感器发来的交流信号经过斩波、整形变成为TTL 电平信号，由模件上的计数器进行计数，同时也对时钟脉冲计数。当20ms 计数周期结束时，将被测脉冲计数及时钟脉冲计数存入双缓冲寄存器，并给出状态位，通告控制器可读取当前的数据。而控制器从FCS 模件接收数据时，会发出时钟数据到双缓冲寄存器。2.2 处理周期与计数周期分析在FCS模件中计数周期是20ms，控制器中处理周期设置为100ms，每隔100ms对3个FCS模件的数据读取一遍，然后经过运算得出3路转速值，信号质量满足3取2后，取3路转速信号的中间值作为小机的实际转速值。控制器的组态逻辑还能对3个通道间的转速差进行监视，任一通道转速与中间值的差大于10(r/min)时会发出通道故障报警和跳小机。在同一20ms 计数周期内，3 个FCS 模件双缓冲寄存器内的转速数据基本是一致的；但因控制器是多任务并行处理，除负责3 路转速信号的处理外，还要担负着小机的调节、保护、开关量及模拟量的采集等多个任务，都需进行轮回处理。所以，控制器在100ms 处理周期内读取FCS 模件时间点是随机的，有时会出现对3 个FCS 模件数据的读取时，不能在同一20ms 计数周期内完成，没有读取的FCS 模件数据要在另一个20ms 计数周期里完成，出现跨20ms 计数周期边界读数的现象。如果在这段时间间隔中，小机转速发生了变化，FCS 模件的数据也会随着变化。所以，出现后读取的数据就会和先读取的数据不一样，从而导致两个通道之间的转速不一至，因为两个通道的数据不是同一时间点的数据，不同时间点的转速是不一样的。即不两个通道间的转速差是由读取时间差产生的，两个通道的转速信号虽然不同，但也都是真实的转速，只是时间点不同而已（见图2）。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机191图2 BRC 控制器读数时序图从图2 中可以看出每20ms 增速一个脉冲（凹槽），在100ms 周期内就可以发生几百转的转速变化。如按这种思路来考虑，按小机测速齿轮盘40 凹槽进行计算，在相隔20ms 周期时间中，转速发生变化时，两通道间的转速差值分别推算如下：变化1 个凹槽时：两通道转速差：1（6000020）40130004075(r/min)。变化2 个凹槽时：两通道转速差：2（6000020）402300040150(r/min)。变化3 个凹槽时：两通道转速差：3（6000020）403300040225(r/min)。通过上述分析，可以得出：当小机转速突变，控制器对3 个FCS 模件数据的读取、不能在一个20ms 计数周期内完成时，两通道之间就会出现转速差，且差值的大小与转速变化率成正比，转速变化率越大，差值越大；而与相隔计数周期数多少也有关系。推论：在小机恒速运行时，无论转速有多大，都不会发生两通道间的转速不一至现象。2.3 转速试验为了验证上述分析的结论，先后在#1 机组DEH、#2 机组MEH 上分别做了试验，试验结果见表1。表1 #1 机组DEH 转速试验数据表BRC100 控制器（处理周期100ms）试验时间 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转速(r/min)4038.89 4045.76 4046.98 3940.35 3959.44 3977.53 4045.19 4058.4 4087.33与中间值差(r/min) -6.87 中间值 1.22 -19.09 中间值 18.09 -13.21 中间值 28.93全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机192在#2 机组停备期间，对MEH 上又做了试验，试验结果也证明了上述观点的正确性（见表2）。表2 #2 机组MEH 转速试验数据表BRC300 控制器（处理周期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测量通道 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转速(r/min) 4698.09 4710.43 4720.97 1494.69 1516.86 1539.99 4089.37 4141.72 4248.8与中间值差(r/min) -12.34 中间值 10.54 -22.17 中间值 23.13 -52.35 中间值 107.08BRC300 控制器（处理周期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测量通道 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转速(r/min) 4336.04 4340.67 4343.53 3885.5 3889.89 3893.93 3378.71 3384.44 3391与中间值差(r/min) -4.63 中间值 2.86 -4.39 中间值 4.04 -5.73 中间值 6.56从表2 中的试验结果可以看出：当控制器处理周期设置为100ms，加速度设置200（r/min/s）时，两通道的与中间值差为107.08(r/min)，当控制器处理周期由100ms 改为50ms 时，两通道与中间值最大差仅为6.56(r/min)；两通道的转速差有明显减少的趋势。3 改进方案MEH 与METS 组态一个控制器里运行，且设置100 ms 的处理周期；这会导致小机转速测量及保护动作时间严重滞后，加之在MEH 改造中取消了小机的危急保安器。所以，这种设计难以满足800MW机组给水快速调节及安全运行的需要。为了保证发电任务，临时把#2 机组2 套MEH 的通道间转速差值10r/min 保护动作条件取消，改为通道间转速差值10r/min 时发报警。但通道间的转速差问题依然存在，经进一步的技术分析；可有以下几种方案可选： 控制器的处理周期由现在设置的100 ms 能否改为50 ms，这个方案改动量最小。难点：处理周期改为50ms 会增加控制器负荷，是否会出现失时（丢周期）现象，不易判定。 控制器分为两个处理周期，转速处理的组态逻辑放在快周期内运行，处理周期设置30ms；其它逻辑运行处理周期不变，仍按原100 ms 处理周期运行。难点：控制器处理周期分开后控制器要增加负荷，处理能力是否允许还要进一步试验。另外，还要探讨控制器双周期运行的风险性。 增加一对控制器，把转速处理的组态逻辑放在新增控制器内运行，处理周期30ms；与其它逻辑彻底分开，这种办法效果最好。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机193难点：增加控制器后，因有些变量需要分开需要增加一些I/O 板件，相当于重新组态，风险性大，费用也高。对上述三种方案进行比较，方案、实施难度较大，方案比较简单易行。针对这种情况，利用#2 机组停备期间，把#22MEH 控制器的处理周期由100 mS 改为50 mS，经长时间观察，MEH 控制器负荷基本在18-22%左右，试验结果见表3。表3 #2 机组MEH 转速试验数据表日期 控制器负荷(%)min 控制器负荷(%)max2011.01.11 18 222011.01.12 18 222011.01.13 18 222011.01.14 18 222011.01.15 19 224 结论试验结果表明，把#2 机组控制器的处理周期改为50 mS 后，控制器负荷最大不超过22%，考虑到机组在运行时MEH 控制器可能会有一些不确定的负荷因素，实际负荷可能会比试验结果略大一些，但一般不会大于40%，满足火力发电厂分散控制系统验收测试规程DL/T 6592006中