超臨界600MW機(jī)組EH油壓偏低問題分析及處理

李堯+范景利

摘 要：基于內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司600 MW超臨界汽輪機(jī)組在一次A修調(diào)試過程中由于EH油壓異常偏低導(dǎo)致機(jī)組無法掛閘的實(shí)際案例，首先詳細(xì)描述了EH油系統(tǒng)出現(xiàn)壓力偏低故障的具體現(xiàn)象，簡要分析了可能的原因及相應(yīng)的檢查處理方法，進(jìn)一步結(jié)合系統(tǒng)各部件的原理進(jìn)行了深入分析，得到更為具體的原因分析結(jié)果與處理方式，并引發(fā)了關(guān)于EH油壓異常降低的幾點(diǎn)探討，提出了汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)檢修維護(hù)的幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 調(diào)節(jié)保安 EH油壓

中圖分類號(hào)：TK26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（c）-0024-03

Abstract：Based on the actual case that unit couldnt hanging gate due to EH low pressure oil at a debugging process of inner Mongolia Guohua Hulun Buir Power Generation Co. Ltd. 600 MW supercritical steam turbine unit ， first detailed describe the specific phenomenon of EH oil pressure on the low side， briefly analyzes the possible causes and corresponding inspection method， further the in-depth analysis combined with the principle of all parts of the system， to get more specific cause analysis and treatment， and triggered a discussion about EH pressure abnormal decrease， propose some maintenance recommendations for the turbine regulating system security.

Key Words：Turbine；Regulation security；EH oil pressure

汽輪機(jī)作為火電發(fā)電的主要設(shè)備之一，其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的保安系統(tǒng)對(duì)其正常穩(wěn)定運(yùn)行提供了基本保證[1]。而在實(shí)際生產(chǎn)中，常常會(huì)發(fā)生EH油系統(tǒng)壓力偏低的現(xiàn)象，這往往會(huì)導(dǎo)致機(jī)組無法建立安全油壓順利掛閘，存在著十分嚴(yán)重的安全隱患[2]。該文在大量文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上[3-6]，結(jié)合內(nèi)蒙古國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司600 MW超臨界汽輪機(jī)組的實(shí)際案例，對(duì)EH油壓異常降低進(jìn)行了分析討論，并給出了保安系統(tǒng)檢修維護(hù)的幾點(diǎn)建議。

1 現(xiàn)象與檢查方法

國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司1、2號(hào)機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠制造NK600-24.2/566/566型超臨界中間再熱兩缸兩排汽空冷凝汽式機(jī)組，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)采用數(shù)字電業(yè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH），液壓部分采用高壓抗燃油系統(tǒng)（EH），均為上海汽輪機(jī)廠配套提供。油泵為兩臺(tái)相同容量的恒壓變流柱塞泵，油動(dòng)機(jī)伺服閥型號(hào)為MOOG J761-003，該伺服閥為機(jī)械反饋式伺服閥。機(jī)組共12個(gè)汽門，其中2只主汽門（高壓），4只調(diào)節(jié)汽門（高壓），4只再熱調(diào)節(jié)汽門由伺服閥控制閥門閥位，油動(dòng)機(jī)為單側(cè)油動(dòng)機(jī)，另外兩只再熱主汽門為全開全關(guān)型，無伺服閥。在一次機(jī)組A修后調(diào)試過程中，EH油泵A啟動(dòng)后，EH油系統(tǒng)油壓異常偏低，約為4 MPa左右，汽輪機(jī)掛閘失敗，同時(shí)伴隨油泵電機(jī)電流較大。根據(jù)故障現(xiàn)象，經(jīng)過認(rèn)真分析與檢查，經(jīng)處理后故障得到解決

1.1 現(xiàn)象描述

EH油泵A運(yùn)行期間泵出口壓力和系統(tǒng)壓力均為4 MPa左右，伴隨油泵A電機(jī)電流較大，達(dá)37 A，油箱油位始終為650 mm（正常范圍438～914 mm），無下降趨勢，油泵A出口流量85 L/min，油溫?zé)o明顯變化，始終為40.8 ℃。

1.2 可能的原因與檢查方法

針對(duì)油壓偏低現(xiàn)象，分析可能存在的原因有如下幾點(diǎn)。

（1）EH油泵故障。

EH油泵故障造成油壓下降主要原因通常為泵內(nèi)部泄露量過大、變量活塞調(diào)節(jié)不當(dāng)?shù)?。首先調(diào)節(jié)EH油泵A的變量控制器以提高泵出口壓力，但經(jīng)過調(diào)整后泵出口壓力和系統(tǒng)壓力仍無明顯上升趨勢，聯(lián)系運(yùn)行人員切換至EH油泵B運(yùn)行，在切換過程中，兩臺(tái)泵并列運(yùn)行期間，兩臺(tái)泵出口壓力分別上升至13.7 MPa和13.8 MPa，系統(tǒng)壓力也上升至13.5 MPa，完成切換后，B泵出口壓力與系統(tǒng)壓力再次同時(shí)下降至4 MPa左右，由于兩臺(tái)油泵在A修期間均經(jīng)過返廠檢修，油泵的性能指標(biāo)均經(jīng)試驗(yàn)合格后才進(jìn)行驗(yàn)收回裝，并且根據(jù)切換EH油泵過程中發(fā)生的現(xiàn)象判斷，造成系統(tǒng)油壓大幅降低的原因可能為系統(tǒng)用油量超過了單臺(tái)油泵工作范圍，初步排除了油泵故障的可能性。繼續(xù)從造成系統(tǒng)用油量過大的方向查找原因。

（2）系統(tǒng)存在泄漏。

對(duì)EH油系統(tǒng)進(jìn)行檢查，系統(tǒng)無外漏現(xiàn)象，油箱油位正常，無下降趨勢，故排除系統(tǒng)向外漏油的可能性。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)油泵出口處流量計(jì)流量較平時(shí)異常偏大，且油泵電機(jī)電流超過正常值。故初步判斷EH油壓低原因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部有泄露點(diǎn)。

由于油溫始終穩(wěn)定在42 ℃，故排除EH油母管溢流閥內(nèi)漏的可能性；繼續(xù)對(duì)各汽門油動(dòng)機(jī)有壓回油管道進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)4只調(diào)節(jié)汽門（高壓）有壓回油管道溫度偏高，陸續(xù)關(guān)閉4只調(diào)節(jié)汽門（高壓）油動(dòng)機(jī)供油入口隔離閥后，油壓緩慢上升，全部關(guān)閉后系統(tǒng)油壓恢復(fù)正常。故可判斷原因在4只調(diào)節(jié)汽門（高壓）油動(dòng)機(jī)上。由于機(jī)組未掛閘，故排除溢流閥關(guān)閉不嚴(yán)及OPC逆止閥不嚴(yán)造成壓力降低的可能性。判斷伺服閥內(nèi)部存在漏流現(xiàn)象。由于2號(hào)機(jī)組A修全部伺服閥均經(jīng)試驗(yàn)臺(tái)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行回裝，且4只高壓調(diào)節(jié)汽門伺服閥同時(shí)出現(xiàn)故障的可能性較小，故排除由于4只高調(diào)門伺服閥卡澀造成系統(tǒng)漏流的可能，未對(duì)伺服閥電壓進(jìn)行進(jìn)一步測量。判斷原因可能出在伺服閥控制信號(hào)上。聯(lián)合熱控人員對(duì)DEH系統(tǒng)進(jìn)行檢查，在檢查過程中發(fā)現(xiàn)4只高壓調(diào)節(jié)汽閥的閥位指令發(fā)生跳變，由正常的0%跳變至100%。故可確定造成本次EH油系統(tǒng)壓力偏低的原因?yàn)殚y門DEH指令異常，導(dǎo)致系統(tǒng)油流量過大，最終引起油壓下降，機(jī)組掛閘失敗。

2 工作原理分析

2.1 伺服閥工作原理

MOOG J761-003伺服閥為雙噴嘴機(jī)械反饋式，電液伺服閥由一個(gè)電力矩馬達(dá)及帶有機(jī)械反饋的二級(jí)液壓放大器組成。第一級(jí)由一個(gè)雙噴嘴和一個(gè)單擋板組成，擋板與銜鐵固定，位于銜鐵中點(diǎn)，同時(shí)，擋板位于兩個(gè)噴嘴之間，使噴嘴端部與擋板之間形成兩個(gè)可變的節(jié)流間隙。擋板和噴嘴所控制的油壓作用在第二級(jí)滑閥兩端端面上。二級(jí)滑閥為四通滑閥結(jié)構(gòu)，在相同壓差下，滑閥的輸出流量與滑閥開口成正比。反饋彈簧固定在銜鐵上，穿過擋板嵌入二級(jí)滑閥中心的一個(gè)槽內(nèi)。在零位時(shí)，擋板對(duì)流過兩個(gè)噴嘴的油流節(jié)流相同，滑閥無位移壓差。當(dāng)有信號(hào)作用在力矩馬達(dá)上時(shí)，銜鐵及擋板會(huì)偏向某個(gè)噴嘴，是滑閥兩端產(chǎn)生壓差，推動(dòng)滑閥移動(dòng)，使高壓油進(jìn)入油缸或從油缸泄放，油動(dòng)機(jī)動(dòng)作使LVDT反饋信號(hào)與DEH指令信號(hào)趨于一致，作用在馬達(dá)上的電流消失，擋板回到中間位置，滑閥兩端壓差為零?；y在反饋彈簧作用下回到原始位置，直到接受到另一個(gè)信號(hào)電流。

2.2 EH油泵（恒壓變流柱塞泵）工作原理

EH油泵是一種恒壓變流柱塞泵，其輸出流量根據(jù)系統(tǒng)用油量自動(dòng)調(diào)節(jié)，啟泵時(shí)，滑閥在彈簧的作用下被壓在左側(cè)，變量活塞腔室與泵殼腔室聯(lián)通，泵的柱塞斜盤以最大傾斜角開始啟動(dòng)；啟泵后，泵出口壓力升高，滑閥在出口油壓的作用下，克服彈簧力和摩擦力向右移動(dòng)，使泵出油口與泵的變量活塞腔室聯(lián)通，出口油壓使變量活塞外殼向右移動(dòng)，減少斜盤傾斜角度，使泵的出口流量減少，壓力升高，達(dá)到穩(wěn)定的平衡。壓力調(diào)節(jié)螺栓用于調(diào)節(jié)油泵輸出油壓，通過調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力，改變作用于變量活塞內(nèi)的油壓，活塞外殼頂在斜盤上，與斜盤復(fù)位彈簧相平衡，系統(tǒng)用油量增大，油壓就會(huì)降低，斜盤的傾斜角就會(huì)增大，柱塞的軸向位移量加大，即吸油排油量增大，油泵的輸出流量加大，滿足系統(tǒng)油壓量后達(dá)到新的平衡點(diǎn)。這是一種有差調(diào)節(jié)，流量加大會(huì)使輸出壓力降低；反之，會(huì)使壓力升高。當(dāng)系統(tǒng)用油量大于泵的輸出流量時(shí)，泵的輸出壓力就會(huì)不受控制的下降。

2.3 油動(dòng)機(jī)工作原理

高壓油（HP）經(jīng)隔離閥、濾芯后進(jìn)入伺服閥，伺服閥結(jié)構(gòu)如圖1所示，伺服閥相當(dāng)于一個(gè)三位四通電磁方向閥，因該油動(dòng)機(jī)為單側(cè)油動(dòng)機(jī)，故伺服閥上的一個(gè)輸出口被堵死，即該油動(dòng)機(jī)上的伺服閥相當(dāng)于一個(gè)三位三通電磁方向閥，方向閥的開閉由伺服放大器的輸出電流信號(hào)決定，當(dāng)伺服閥輸出電流為零偏電流時(shí)，伺服閥相當(dāng)于一個(gè)隔離閥，各油路均不通，由于機(jī)組處于打閘狀態(tài)，OPC母管無壓力，卸荷閥處于開啟狀態(tài)，因此若伺服閥閥接受正向電流時(shí)，伺服閥的輸出口、油動(dòng)機(jī)下腔、卸荷閥以及有壓回油管路形成通路，高壓油經(jīng)過伺服閥、卸荷閥及有壓回油管道回到油箱。

2.4 熱控原理分析

線性位移差動(dòng)變送器（LVDT）是一個(gè)管狀變壓器，變壓器內(nèi)分布了3組等跨分布的線圈，中央的初級(jí)線圈輸入交流電壓進(jìn)行激勵(lì)，兩側(cè)由兩個(gè)相同的次級(jí)線圈反向串聯(lián)繞制而成，因此兩個(gè)次級(jí)線圈相位相反，變壓器輸出為此兩個(gè)電壓之差。管中有一個(gè)純鐵鐵芯與油缸活塞桿相連，活塞移動(dòng)帶動(dòng)鐵芯移動(dòng)，使兩側(cè)次級(jí)線圈感應(yīng)電壓線性變化。調(diào)制解調(diào)器將兩組電壓疊加整流后輸出一個(gè)與活塞移動(dòng)成正比的線性反饋電壓輸入加法器，加法器將DEH指令電壓與LVDT反饋電壓比較后，將差值送入伺服放大器。當(dāng)DEH指令大于LVDT反饋電壓時(shí)，表明油動(dòng)機(jī)開度不夠，伺服放大器輸出正向電流，使油缸活塞上移，LVDT反饋電壓同時(shí)增大，直至與DEH指令電壓一致，表明油動(dòng)機(jī)開度與指令匹配，伺服放大器輸入輸出均趨于零，伺服閥隔斷油路，油動(dòng)機(jī)保持不動(dòng)，完成一次增大開度過程。反之亦然。

3 具體原因分析與處理方式

3.1 原因分析

當(dāng)系統(tǒng)流量超過柱塞泵所允許的最大流量范圍時(shí)，系統(tǒng)壓力就會(huì)不受控制地下降，無法滿足壓力要求。

假設(shè)流經(jīng)4臺(tái)高壓調(diào)節(jié)汽閥油動(dòng)機(jī)的流量分別為QGV1、QGV2、QGV3、QGV4，由于打閘狀態(tài)下，OPC壓力為0，油動(dòng)機(jī)卸荷閥處于開啟狀態(tài)，油動(dòng)機(jī)油缸無法建立工作油壓，油缸活塞桿無法移動(dòng)，此時(shí)閥門開度反饋為0%，即LVDT反饋電壓為零，而DEH給定閥門開度指令為100%，即DEH指令大于LVDT反饋電壓，伺服放大器輸出正向電流，4臺(tái)高壓調(diào)節(jié)汽閥的伺服閥始終處于全開狀態(tài)，使大量高壓油經(jīng)過伺服閥、卸荷閥及有壓回油管道直接回到油箱。而此時(shí)高壓主汽閥、再熱調(diào)節(jié)汽閥由于開度指令與反饋相一致，伺服閥將流經(jīng)油動(dòng)機(jī)的油路隔斷，此時(shí)高壓主汽閥、再熱調(diào)節(jié)汽閥的用油量僅為流經(jīng)各油動(dòng)機(jī)伺服閥雙噴嘴處的油流量，可忽略不計(jì)，即可近似認(rèn)為QTV1+QTV2+QIV1+QIV2+QIV3+QIV4=0。

再熱主汽閥油動(dòng)機(jī)無伺服閥和LVDT，不具備調(diào)節(jié)能力，設(shè)未掛閘狀態(tài)下，流經(jīng)兩臺(tái)再熱主汽閥油動(dòng)機(jī)的油流量為QRSV1和QRSV2。

忽略流經(jīng)每個(gè)伺服閥雙噴嘴處的油流量。

由于DEH指令開度發(fā)生跳變，此時(shí)各高壓調(diào)節(jié)汽閥上的伺服閥均以最大指令開度開啟，因此流經(jīng)4臺(tái)高壓主汽閥油動(dòng)機(jī)的流量QGV1、QGV2、QGV3、QGV4均較大，系統(tǒng)用油量Q遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了EH油泵正常工作所允許的最大流量范圍Qmax，系統(tǒng)油壓不受控制地下降，低于ETS保護(hù)中的EH油壓力低保護(hù)值，最終導(dǎo)致機(jī)組掛閘失敗。

3.2 處理方式

在找到造成EH油壓力過低的原因后，啟動(dòng)另一臺(tái)EH油泵，使兩臺(tái)EH油泵同時(shí)運(yùn)行，此時(shí)EH油系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常，機(jī)組掛閘成功。再次證明兩臺(tái)油泵同時(shí)運(yùn)行可滿足該狀態(tài)下的系統(tǒng)用油量。隨后，打閘并停運(yùn)EH油泵，由熱控人員對(duì)DEH控制系統(tǒng)進(jìn)行故障排查，消除控制系統(tǒng)故障后重新給定閥門開度指令，將全部高壓調(diào)節(jié)汽閥開度指令設(shè)為0%，啟動(dòng)EH油泵A運(yùn)行，此時(shí)EH油壓力恢復(fù)正常，機(jī)組掛閘成功。

為避免再次發(fā)生此類故障，由熱控人員對(duì)DEH控制系統(tǒng)邏輯進(jìn)行修改，在高壓調(diào)節(jié)汽閥和中壓調(diào)節(jié)汽閥的閥位給定輸出邏輯中增設(shè)一項(xiàng)條件，在當(dāng)機(jī)組跳閘狀態(tài)下，即A輸出值為“1”時(shí)，選擇C通道，強(qiáng)制全部調(diào)節(jié)汽閥指令開度始終為-50%，這樣DEH模擬指令與LVDT位移反饋信號(hào)的差值始終為負(fù)值，使伺服閥接受負(fù)向電壓，伺服閥保持負(fù)向機(jī)械偏置，油動(dòng)機(jī)供油通道被封死，系統(tǒng)以最小的流量進(jìn)行油循環(huán)。這樣，系統(tǒng)油流量僅為流經(jīng)每個(gè)伺服閥雙噴嘴處的流量與流經(jīng)再熱主汽閥油動(dòng)機(jī)的流量之和。而當(dāng)機(jī)組掛閘后，即A輸出值為“0”時(shí)，選擇B通道，-50%的強(qiáng)制指令撤除，系統(tǒng)以正常的函數(shù)值進(jìn)行閥位給定的邏輯運(yùn)算。

4 關(guān)于EH油系統(tǒng)壓力異常降低的幾點(diǎn)探討

造成EH油系統(tǒng)壓力異常降低主要有以下幾種原因。

（1）各主汽門、調(diào)門快速卸載閥存在泄露。

（2）EH油母管溢流閥存在工作不正常。

（3）各主汽門、調(diào)門電液伺服閥存在泄露（伺服閥卡澀，反饋彈簧變形，伺服控制系統(tǒng)故障等）。

（4）油動(dòng)機(jī)活塞有泄漏。

（5）油動(dòng)機(jī)卸荷閥不嚴(yán)。

（6）EH油泵的變量機(jī)構(gòu)存在工作不正常。

（7）調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)節(jié)流孔尺寸不合理或安裝錯(cuò)誤。

（8）DEH系統(tǒng)故障。

因此為保障汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)各項(xiàng)性能，提出以下幾條建議。

（1）加強(qiáng)EH油品質(zhì)監(jiān)測，防止抗燃油污染，確保EH油品質(zhì)合格。

（2）嚴(yán)格管控檢修工藝及質(zhì)量，確保調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)設(shè)備及部件安裝精確合理。

（3）定期進(jìn)行調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)各項(xiàng)性能試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，確保系統(tǒng)工作狀態(tài)良好。

（4）定期進(jìn)行蓄能器壓力檢查，或通過提高油泵及電機(jī)容量等方式，提升EH油系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力。

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