EH抗燃油油質(zhì)對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行的影響

臧旭東

(望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州 215155)

0 引言

汽輪機(jī)數(shù)字電液控制DEH(Digtal Electro－Hydraulic Control)系統(tǒng)是在機(jī)電一體化趨勢(shì)的推動(dòng)作用下，計(jì)算機(jī)技術(shù)和液壓技術(shù)有效結(jié)合的成功應(yīng)用。根據(jù)國(guó)內(nèi)、外液壓系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)，液壓系統(tǒng)中70%～80%的故障是由液壓系統(tǒng)油液污染造成的。因此，致力于控制固體顆粒的污染，對(duì)水、空氣、化學(xué)物質(zhì)和微生物保持高度重視，保證系統(tǒng)具有較高的清潔度，是電廠液壓系統(tǒng)維護(hù)人員義不容辭的責(zé)任。而汽包水位是汽包鍋爐運(yùn)行中的一個(gè)重要監(jiān)控參數(shù)，它間接地表示了鍋爐負(fù)荷和給水的平衡關(guān)系，維持汽包水位也是保證汽輪機(jī)和鍋爐安全運(yùn)行的重要條件。汽包水位過高，會(huì)使過熱器受熱面結(jié)垢導(dǎo)致過熱器燒壞;汽包水位過低則可能造成水冷壁供水不足而燒壞。隨著自動(dòng)化程度的提高，鑒于給水控制的復(fù)雜性，有必要重提給水控制被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，從而在實(shí)際運(yùn)行操作過程中能采取針對(duì)性的控制手段。

1 事故經(jīng)過

2010－11－18 T 14:54，望亭發(fā)電廠#11機(jī)組因煙氣脫硫FGD(Flue Gas Desulfurization)系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)接地，機(jī)組負(fù)荷迫降至150 MW左右。當(dāng)時(shí)機(jī)組控制方式為機(jī)跟爐(TF1)方式，給水流量為481 t/h，主蒸汽流量為429 t/h，汽包水位為 －56 mm，主蒸汽壓力為 16.05 MPa，煤量為 60.8 t/h，閥門管理方式為順序閥，主汽門開足，高壓調(diào)門GV1，GV2開度均為 100.0%，GV4開度為 14.2%，由GV4調(diào)節(jié)負(fù)荷。

此后負(fù)荷仍繼續(xù)下降，14:56:35到達(dá)147 MW，開始進(jìn)入GV1和GV2的閥門重疊度臨界區(qū)，GV1和GV2的開度從100%瞬間下降到42%，后又恢復(fù)到100%。GV2動(dòng)作正常，在關(guān)到42%后迅速回升，而GV1在關(guān)到42%后卻反常地沒有回升而是繼續(xù)關(guān)到0。GV1的突然關(guān)閉導(dǎo)致主蒸汽流量從414.2 t/h迅速下降到260.8 t/h(負(fù)荷跌至99.148 MW)，對(duì)汽包水位產(chǎn)生了較大的擾動(dòng)，給水自動(dòng)因“蒸發(fā)量過低”的邏輯條件而切除。此時(shí)雖然蒸發(fā)量小于給水量，但由于存在“虛假水位”，汽包水位一開始不但不升反而下降，由于運(yùn)行人員及時(shí)手動(dòng)減給水，水位在14:57開始回升。在TF1方式下，由于GV4穩(wěn)定主汽壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，使得蒸發(fā)量又開始逐步回升到400 t/h，而給水量卻保持不變。14:58，汽包水位逐漸下降到－144 mm時(shí)，運(yùn)行人員才開始快速補(bǔ)充給水，給水量瞬間最大達(dá)1300 t/h(給水泵轉(zhuǎn)速已高達(dá)5800 r/min)，使得蒸發(fā)量和給水量比例嚴(yán)重倒掛。15:00，汽包水位高引起主燃料跳閘(MFT)。

2010－11－19下午大機(jī)掛閘后，熱工、機(jī)務(wù)人員在運(yùn)行人員的配合下靜態(tài)調(diào)試GV1:操作閥門開/關(guān)、指令和反饋均正常;在給水泵軟手操面板上操作給水泵A、給水泵B的低壓調(diào)門和高壓調(diào)門，開、關(guān)指令和反饋均正常，未發(fā)現(xiàn)異常。但是熱工、機(jī)務(wù)人員對(duì)GV1的MOOG閥還是進(jìn)行了更換。

2 原因分析

2.1 GV1突然關(guān)閉的原因

由靜態(tài)試驗(yàn)可知，DEH調(diào)節(jié)回路和MOOG閥本身均沒有故障，主要原因是EH油系統(tǒng)中的污染物使MOOG閥的間隙和孔口發(fā)生堵塞，將閥門卡住，造成動(dòng)作失靈。

電液伺服閥是一種高性能、高精度的電液控制部件，是電液伺服系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它的性能和使用方法是否正確將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)特性，也直接影響系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。而伺服閥的使用壽命和可靠性與工作油的污染程度密切相關(guān)，工作油不清潔，輕則影響性能、縮短壽命，重則使伺服閥不能工作。部分電廠也發(fā)生過電阻率超標(biāo)引起MOOG閥大批量損壞的事件。因此，安裝伺服閥的液壓系統(tǒng)必須徹底清潔并定期濾油。

污染往往是造成元件磨損和卡澀故障的重要原因，污染物主要是固體顆粒物，其主要來源有2種:一是外界侵入，如注油和檢修過程中帶入的污染物;其次是系統(tǒng)內(nèi)部生成，如金屬氧化腐蝕后產(chǎn)生的顆粒物。固體顆粒物進(jìn)入元件運(yùn)動(dòng)間隙內(nèi)，對(duì)零件表面產(chǎn)生切削磨損;同時(shí)，固體顆粒物堵塞伺服閥的間隙和孔口，會(huì)引起閥芯阻滯和卡緊，影響閥門的工作性能，造成閥門動(dòng)作失靈，導(dǎo)致系統(tǒng)故障。

更換新油后，應(yīng)該建立新油是“臟油”的概念，除了徹底清洗油箱底部以外，必須用沖洗板沖洗，運(yùn)行中要根據(jù)油質(zhì)動(dòng)態(tài)等級(jí)監(jiān)視的實(shí)際情況，經(jīng)常進(jìn)行在線濾油。此外，還需控制好油溫，局部油溫過高會(huì)加速氧化物質(zhì)的生成，對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕作用，加劇磨損，也會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)。望亭發(fā)電廠#11機(jī)組大修中對(duì)EH油進(jìn)行了全部更換，如果沖洗和濾油不徹底，難免殘存污染物。加上該機(jī)組已運(yùn)行數(shù)月，調(diào)門局部溫度偏高，也會(huì)產(chǎn)生上述污染物。

2.2 給水自動(dòng)切除的原因

由于蒸發(fā)量低于304 t/h，低流量下給水量測(cè)量不準(zhǔn)確，不利于自動(dòng)調(diào)節(jié)，分散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)便根據(jù)邏輯條件轉(zhuǎn)入運(yùn)行手動(dòng)方式。

2.3 給水操作方式切MEH手操面板的原因

運(yùn)行人員在對(duì)模擬量控制系統(tǒng)MCS(Modulation Control System)中給水泵A，B軟手操進(jìn)行操作時(shí)，指令超高限達(dá)到84.0%。給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)MEH(Micro Electro Hydraulic Control System)中對(duì)接收的硬接線指令要求不得大于84.0%(相當(dāng)于 17.30 mA)或小于 51.8%(相當(dāng)于 10.67 mA)，否則MEH控制為了防止給水泵超速或低于3000 r/min引起調(diào)速不穩(wěn)定，便判斷 MCS出壞信號(hào)，因此，控制方式切至MEH面板手動(dòng)方式。

互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的快速發(fā)展在一定程度上有效改善了以往的公共圖書館發(fā)展模式。當(dāng)下很多行業(yè)進(jìn)行信息化、網(wǎng)絡(luò)化的持續(xù)不斷改造與創(chuàng)新，其目的都是為了能夠有效實(shí)現(xiàn)各種行業(yè)能夠和互聯(lián)網(wǎng)之間進(jìn)行有效融合。通常情況下，“互聯(lián)網(wǎng)+”后面那個(gè)加號(hào)所代表的含義一般指的是各種行業(yè)的有效融合，并不是指代替這種最基本功能。因此，相關(guān)公共圖書館管理者應(yīng)該把互聯(lián)網(wǎng)充分的應(yīng)用到所有可以被互聯(lián)網(wǎng)使用的地方中去[2]。然后，再以互聯(lián)網(wǎng)對(duì)不同節(jié)點(diǎn)中的改變與創(chuàng)新，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)整個(gè)公共圖書館行業(yè)的整體變革，這就充分地把傳統(tǒng)行業(yè)和“互聯(lián)網(wǎng)”融合的功能發(fā)揮出來。

2.4 汽包水位高引起MFT的原因分析

2.4.1 給水控制系統(tǒng)解析

根據(jù)汽包水位的能量平衡和物質(zhì)平衡方程式可得到汽包水位的動(dòng)態(tài)方程式

式中:h為水位變化量相對(duì)于額定值的百分比;τW為給水流量項(xiàng)的時(shí)間常數(shù);τM為燃料量項(xiàng)的時(shí)間常數(shù);τD為蒸汽流量項(xiàng)的時(shí)間常數(shù);τp為汽包壓力項(xiàng)的時(shí)間常數(shù);μW為給水流量變化量相對(duì)于額定值的百分比;μM為燃料量變化量相對(duì)于額定值的百分比;μD為蒸汽流量變化量相對(duì)于額定值的百分比;p為汽包壓力;KW，Kp，KM，KD為各有關(guān)項(xiàng)的放大系數(shù);τ1，τ2為水位的時(shí)間常數(shù)。

由上式可以看出，汽包水位的擾動(dòng)有4個(gè)來源:一是給水方面的擾動(dòng)，二是蒸汽負(fù)荷的擾動(dòng)，三是燃料量的變化，四是汽包壓力的變化。給水內(nèi)擾的特點(diǎn)是開始水位變化很慢，一段時(shí)間后逐漸增加，最后直線上升(如圖1、圖2所示)。因此，可以近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一階慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)或串聯(lián)形式，根據(jù)物質(zhì)不平衡作用，如果給水量和蒸汽量不能平衡，水位將不能穩(wěn)定。

蒸汽外擾的特點(diǎn):當(dāng)用汽量突然減少，蒸發(fā)量小于給水量，但一開始水位不但不上升反而下降，這種變化趨勢(shì)相反的現(xiàn)象稱為“虛假水位”。當(dāng)汽包容積和負(fù)荷相適應(yīng)而穩(wěn)定后，汽包水位才隨物質(zhì)不平衡而上升(如圖3、圖4所示，圖中:qm0為階躍擾動(dòng)前的初始主蒸汽流量;Δqm為主蒸汽流量的階躍擾動(dòng)量)。因此，蒸汽擾動(dòng)下的水位可視為積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)并聯(lián)。

給水控制的特點(diǎn):當(dāng)水位偏離設(shè)定值后再調(diào)節(jié)給水量，則會(huì)由于給水變化有一定的滯后而影響水位。由于影響汽包水位的因素很多，且存在能使DCS的調(diào)節(jié)回路產(chǎn)生誤判斷的“虛假水位”，因此，給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中常常采用三沖量或多沖量控制。將蒸汽流量和給水流量的變化分別作為汽包水位控制的前饋信號(hào)和反饋信號(hào)，從而可在內(nèi)擾和外擾發(fā)生時(shí)迅速準(zhǔn)確地消除擾動(dòng)，使水位基本不受影響。

2.4.2 運(yùn)行中實(shí)際操作曲線解析

根據(jù)圖5來分析事故發(fā)生前、后的運(yùn)行參數(shù)。當(dāng)GV1突然關(guān)閉，蒸發(fā)量減少時(shí)，汽包產(chǎn)生了“虛假水位”(水位下降)，調(diào)整給水流量后，水位止跌回升。在TF1方式下，GV4調(diào)門為自動(dòng)調(diào)節(jié)主汽壓而開大，使蒸發(fā)量上升回到原位，在這個(gè)過程中，給水流量在手動(dòng)方式且運(yùn)行人員并沒有及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，當(dāng)水位下跌到－144 mm左右時(shí)，運(yùn)行人員才迅速手動(dòng)調(diào)節(jié)給水流量，使其直線上升到1300t/h左右，造成蒸汽量和給水量嚴(yán)重不平衡，最終導(dǎo)致高水位而引起MFT。從曲線可以看出，運(yùn)行人員調(diào)節(jié)給水流量的時(shí)機(jī)偏晚，調(diào)節(jié)量明顯過大。

3 采取的措施

(1)加強(qiáng)對(duì)EH油液的污染控制和管理，見表1。必須加強(qiáng)在線濾油和沖洗，確保油質(zhì)始終不受污染。過濾則是目前控制污染的重要手段，只有通過主動(dòng)維護(hù)，預(yù)先維修，才能避免設(shè)備事故的發(fā)生。

(2)加強(qiáng)運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組異常工況下汽包水位控制的操作技能培訓(xùn)，提高操作技能和事故處理能力。

(3)更換GV1的MOOG閥。

圖5 事故發(fā)生時(shí)的運(yùn)行實(shí)際操作歷史曲線

表1 污染源與控制措施

(4)根據(jù)運(yùn)行要求，對(duì)MCS遙控給水泵指令進(jìn)行限位，使其輸出指令不會(huì)超出卡件設(shè)置的正常信號(hào)范圍;在 MCS的手動(dòng)/自動(dòng)操作站畫面里添加MEH手動(dòng)操作端的快捷按鈕;為防止小機(jī)飛車，需添加“給水泵跳閘后使調(diào)門指令優(yōu)先變?yōu)?”的邏輯。

(5)由于給水自動(dòng)切除時(shí)，機(jī)組仍在TF1方式，因此，建議在汽包水位自動(dòng)切除的瞬間由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)邏輯直接切到BASE方式，先保持調(diào)門不動(dòng)，便于運(yùn)行人員維持蒸發(fā)量和給水量的動(dòng)態(tài)平衡，使水位盡早穩(wěn)定下來，然后再投入高調(diào)門的主蒸汽壓力自動(dòng)。

［1］張玉鐸，王滿稼.熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.北京:水利電力出版社，1985.

［2］雷天覺.新編液壓工程手冊(cè)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1998.