某熱電廠汽輪機高調(diào)門指令、反饋偏差大的分析及處理

摘 要：針對某熱電廠#1機組高調(diào)門指令、反饋偏差逐年變大的問題，通過分析高調(diào)門伺服系統(tǒng)及高調(diào)門調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，推斷出油路中有雜質(zhì)影響通油流量是故障的主要原因，并判斷堵在高壓油動機滑閥底部的可能性最大，停機后證實確有鎢金碎塊堵在該處。

關(guān)鍵詞：高壓油動機;滑閥;DDV閥;鎢金塊;主油泵

某熱電廠安裝2臺100MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組，2005年投產(chǎn)，哈汽廠一次調(diào)節(jié)單抽汽式汽輪機，單個高調(diào)門通過凸輪控制4個進汽調(diào)節(jié)閥。2013年以來，該廠#1機組高調(diào)門指令、反饋之間偏差自開機后逐漸變大，之后基本穩(wěn)定在某一值，該值呈逐年遞增趨勢。經(jīng)過熱工和機務(wù)專業(yè)協(xié)作，分析高調(diào)門控制油路含雜質(zhì)是故障的主要原因，之后清理雜質(zhì)并加強濾油后故障得到徹底處理。

1設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 高調(diào)門調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)

哈汽N110/C68-8.83/0.981機組高調(diào)門調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)。機組運行時，主油泵將壓力油油壓提升至2.0MPa，一路壓力油經(jīng)高壓油動機滑閥補給一次脈沖油，另一路經(jīng)粗濾、精濾、DDV閥補給一次脈沖油。一次脈沖油連接危急遮斷器滑閥、OPC滑閥、可調(diào)節(jié)流閥。高調(diào)門電調(diào)系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)的動力油使用機組透平潤滑油源，無EH油系統(tǒng)。

1.2 電調(diào)控制系統(tǒng)

汽輪機調(diào)速系統(tǒng)采用上海新華的DEH-ⅢA型數(shù)字低壓純電調(diào)控制系統(tǒng)。

伺服控制系統(tǒng)由伺服控制卡（VPC）、伺服閥（DDV）、油動機、LVDT等構(gòu)成。DEH閥位指令和OFFSET信號（啟動偏置）求和，通過VPC卡輸出±10mA信號控制DDV閥，由DDV閥將電信號轉(zhuǎn)換成脈沖的液壓信號，該油壓送入油動機以準確控制油動機位移，當(dāng)LVTD#1、LVTD#2高選值和DEH閥位指令相等時閥門停止運動，形成閉環(huán)控制回路。

2故障現(xiàn)象

由于機械磨損、閥門靜態(tài)調(diào)試存在偏差等原因，該型機組高調(diào)門指令、反饋偏差值在3%內(nèi)屬正常，但近年來該偏差值已逐步超過6%。經(jīng)核對，現(xiàn)場閥位與DCS顯示閥位相同，閥位（LVDT）測量正常。

某年6月6日，緊急停機后#1機組啟動，其偏差值達到21%且有異常波動，隨運行時間增加該值最終大于23%，導(dǎo)致機組無法滿負荷運行被迫停機處理缺陷。

3原因分析

除存在偏差外，高調(diào)門指令、反饋波動曲線吻合;另外，機組運行時負荷加、減也正常。分析高調(diào)門伺服系統(tǒng)工作原理，在排除了LVDT故障可能性后，還有DEH指令、VPC卡、DDV閥、油動機、可調(diào)節(jié)流閥等設(shè)備待驗證。

3.1 DEH指令

停機后檢測高調(diào)門指令A(yù)O、AI通道，通道最大切換誤差為0.17%，小于通道本身精度0.25%，符合廠家要求。另外，自機組投產(chǎn)以來高調(diào)門電液伺服控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，不存在設(shè)備接線錯誤或強電磁干擾的問題，且電磁干擾通?，F(xiàn)象不規(guī)律，很難出現(xiàn)高調(diào)門指令、反饋波動曲線吻合這種現(xiàn)象。

3.2 VPC卡

該電廠VPC卡及端子板使用8年，運行情況一直穩(wěn)定，雖然可能存在電子元件日益老化的問題，但電子元件老化引起的故障現(xiàn)象通常會引起高調(diào)門無規(guī)律的波動，或者閥門控制失靈，但目前的故障現(xiàn)象除了指令、反饋偏差大外，閥門的顯示、控制均正常，S值也非常穩(wěn)定。停機后執(zhí)行VPC卡調(diào)試步驟，高調(diào)門開環(huán)中位、零位及滿度調(diào)試均正常，閥門階躍試驗也穩(wěn)定，可排除VPC卡及端子板引起故障的可能性。

3.3 DDV閥

DDV閥工作原理：主要由閥位控制器（集成電子線路）、位移傳感器、發(fā)套、閥芯、直線馬達（包括就中彈簧）等組成。當(dāng)一個電指令信號施加到閥芯位置控制器集成塊上時，此電信號將轉(zhuǎn)換成一個脈寬調(diào)制（PWM）電流，震蕩器就使閥芯位置傳感器（LVDT）勵磁。經(jīng)解調(diào)以后的閥芯位置信號和指令位置信號進行比較，使閥芯位置控制器產(chǎn)生一個電流給力馬達，力馬達驅(qū)動閥芯，一直使閥芯移動到指令位置。閥芯的位置與指令信號成正比。伺服閥的實際流量是閥芯位置與通過閥芯計量的壓力降的函數(shù)。

DDV閥作用是將DEH系統(tǒng)發(fā)出的脈沖電信號轉(zhuǎn)變成脈沖的液壓信號，從而來控制汽輪機調(diào)門的開度，從而達到控制汽輪機轉(zhuǎn)速和負荷的目的。DDV閥保持平衡就保持一次脈沖油壓不變，油動機就穩(wěn)定在一個新的工作位置。

DDV閥芯與閥套盒間隙很小，只有2-3μm左右，一旦發(fā)生卡澀現(xiàn)象，機組就不能正常運行。如果DDV閥因雜質(zhì)引起卡澀，則可能出現(xiàn)三種情況：①高調(diào)門在開啟時DDV閥卡澀，脈動油壓保持高值，閥門將一直動作至全開;②高調(diào)門在關(guān)閉時DDV閥卡澀，閥門將一直動作至全關(guān);③高調(diào)門在保持穩(wěn)定時DDV閥卡死，閥門將卡在當(dāng)前位置無法變化。目前，高調(diào)門的實際現(xiàn)象與上述三種情況均不符，且機組負荷變化時響應(yīng)速率正常，可判定DDV閥未卡澀。

除卡澀外，油路堵塞也會嚴重影響高調(diào)門開度。DDV閥前后油路通流量突降，會導(dǎo)致一次脈沖油壓突降，從而使高調(diào)門關(guān)小。DDV閥對油質(zhì)的清潔度要求位NAS不低于6級。目前該機組DDV閥的壓力油經(jīng)過兩級雙筒濾油器過濾，濾油器出口精度為20μm，可以清除或阻止油中混入的大顆粒雜質(zhì)，防止閥芯卡澀，節(jié)流孔堵塞等故障的發(fā)生。經(jīng)檢查，兩級濾油器濾芯潔凈，DDV閥前油壓值正常，差壓開關(guān)未報警，且機組臨停時DDV閥更換新備品后故障現(xiàn)象依舊，可判斷DDV閥及其前部油路堵塞的可能性較小。

3.4 油動機

高壓油動機為液壓反饋斷流式雙側(cè)進油油動機。油動機主要由滑閥（又叫錯油門）、油動機活塞、反饋LVDT 以及套筒等組成。

高調(diào)門長期在75%～90%區(qū)間運行，油動機缸體與活塞長期摩擦導(dǎo)致密封性小幅度下降，在該區(qū)間高調(diào)門指令與反饋偏差變大，約為2%，其它區(qū)間偏差小于1%。從開啟閥門到開度60%，偏差一直穩(wěn)定在21%左右，油缸和活塞之間如果存在卡澀或密封性嚴重破壞，高調(diào)門響應(yīng)應(yīng)該出現(xiàn)明顯滯后且可能出現(xiàn)超調(diào)，但運行及停機后的調(diào)試均無該現(xiàn)象。

滑閥共分六檔油口，自上而下第一和第五油口為壓力油口，第二和第四油口分別與油動機活塞的上下油室相通，第三油口為排油口，第六油口為一次脈沖油室。當(dāng)滑閥處于中間平衡位置時，作用在滑閥上下的油壓作用力是平衡的。

即? ? Pe×F1= Pm×F2

式中，F(xiàn)1為滑閥頂部的環(huán)形面積，cm2;F2為滑閥底部的面積，cm2;Pm為一次脈沖油壓，MPa;Pe為壓力油壓，MPa。

當(dāng)滑閥下部的一次脈沖油壓Pm增大時，滑閥失去平衡而向上移動，高壓油經(jīng)套筒上的油口進入油動機活塞的下部，而活塞上部則與排油相接通，在活塞上下油壓差的作用下，活塞向上移動，通過凸輪配汽機構(gòu)，開大調(diào)節(jié)汽閥。油動機活塞向上移動后，反饋LVDT 將閥位送給伺服控制系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)通過改變DDV閥芯位置減少一次脈沖油量，使一次脈沖油壓Pm下降，滑閥回到平衡位置封閉第二和第四油口，油動機活塞停留在新的平衡位置。反之，當(dāng)脈動油壓Pm下降時，其動作過程與上述相反，油動機活塞將調(diào)節(jié)汽閥關(guān)小。

滑閥若卡澀，其現(xiàn)象應(yīng)類似DDV閥芯卡澀的三種情況，目前的現(xiàn)象與其不符。

除卡澀外，分析油路堵塞的可能性。一次脈沖油主要由壓力油通過滑閥底部開口補充，其開口縫隙較小，壓力油未經(jīng)粗濾油器、精密濾油器過濾，有存在雜質(zhì)的可能。如果雜質(zhì)堵塞在滑閥底部開口處，則油路通流面積減少，一次脈沖油壓下降，導(dǎo)致高調(diào)門突然關(guān)小，且雜質(zhì)在滑閥底部，不會導(dǎo)致高調(diào)門卡澀。高調(diào)門滑閥有雜質(zhì)堵塞油路的可能性很大。

3.5 可調(diào)節(jié)流閥

可調(diào)節(jié)流閥為針型閥，正常運行時該閥鎖死?？烧{(diào)節(jié)流閥的作用：通過調(diào)整開度控制一次脈沖油泄油量，建立一次脈動油初始油壓，該油壓略小于高調(diào)門滑閥平衡時的一次脈沖油壓，保證DDV閥失電時油動機能自動關(guān)閉。初始油壓不能過低，因為DDV閥通油量較少，一般不超過40 L/min，初始油壓過低導(dǎo)致DDV閥為保證高調(diào)門滑閥的力平衡而大幅度開啟，其閥芯平衡位置遠大于通常值55%，這將對開啟閥門造成不良影響。該油壓偏差值在閥門靜態(tài)調(diào)試時設(shè)置，在高調(diào)門即將開啟位置將可調(diào)節(jié)流閥再開大約半圈～1圈，由此產(chǎn)生的壓降值即為偏置值（OFFSET）。

目前存在異?，F(xiàn)象：可調(diào)節(jié)流閥開度較正常位置已大幅度關(guān)小，通常剩余2～3圈才完全關(guān)閉，現(xiàn)在閥門靜態(tài)調(diào)試后只剩余半圈就會全關(guān)，這表明一次脈沖油排油量已大幅度減少。

理論上可調(diào)節(jié)流閥的錐形通流面容易堵塞雜質(zhì)，但是在該處堵塞雜質(zhì)會導(dǎo)致排油不暢通，一次脈沖油壓上升，高調(diào)門開度應(yīng)變大，這與故障現(xiàn)象不符。在停機后的高調(diào)門靜態(tài)試驗中也大幅度開關(guān)了該閥，故障現(xiàn)象沒有變化，可調(diào)節(jié)流閥堵塞的可能性可以排除。

3.6 其他位置

一次脈沖油管道與危急遮斷器滑閥、OPC滑閥的兩處連接口密封不嚴，漏油量加大，也可能導(dǎo)致類似故障;另外，DDV閥后、三通接頭前的小段管道堵塞也有可能，但可能性很小。

3.7 原因綜述

綜上所述，可基本排除熱工控制設(shè)備（帶電設(shè)備）故障的可能性，判斷故障是由一次脈沖油壓突降引起，引起油壓降低的原因重點懷疑高調(diào)門滑閥有雜質(zhì)堵塞油路，其次懷疑一次脈動油管道與其它設(shè)備連接處是否有泄露點，最后得出需要徹底檢查清掃高調(diào)門調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)油路的結(jié)論。

4故障處理及防范措施

4.1 故障處理

機組停機檢修后，對高調(diào)門調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)油路進行全面拆解檢查，在高壓油動機滑閥上部發(fā)現(xiàn)1塊5mm直徑鎢金，底部發(fā)現(xiàn)1塊長54mm、寬16mm、厚4mm大塊鎢金，在主油箱回油側(cè)底部發(fā)現(xiàn)1塊鎢金，主油泵入口平臺發(fā)現(xiàn)4塊鎢金，其它部位檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常。上述鎢金碎塊證實了之前的判斷，如此大塊的雜物堵在高壓油動機滑閥底部必然影響一次脈沖油壓，且碎塊形狀不規(guī)則，每次位置變化后油壓變化也不同，極端情況下出現(xiàn)嚴重故障。

經(jīng)查資料，只有主油泵軸承采用鎢金材料，記錄顯示2007年主油泵曾因發(fā)生燒損軸瓦事故。推測該次搶修未能徹底清理油系統(tǒng)，導(dǎo)致鎢金碎塊逐年移動至目前位置，這反映出當(dāng)時的汽機檢修工作存在一些疏漏。

通過用壓縮空氣吹掃油路毛細管道，大流量潤滑油沖洗油路主管道，以及用內(nèi)窺鏡檢查主油泵內(nèi)部等方法，充分清理了油系統(tǒng)雜物，同時采用更換主油箱底層透平油，延長油循環(huán)時間等措施作進一步處理。

機組開機后高調(diào)門指令、反饋偏差最大值降為2%且穩(wěn)定不變，可以認為故障已得到有效處理。

4.2 防范措施

設(shè)備一般有壽命年限，到期后可對老化嚴重的部件進行更換。檢修回裝時要認真檢查和清理，避免由于雜物存在等原因，導(dǎo)致部件之間的銜接不到位，重點檢查油箱各處開口、組件鉛封及法蘭連接部位?？稍谟土魉澜菂^(qū)域加裝排污閥，定期開閥進行排污。其次，還需對油管道進行深度清洗，以及必要的化學(xué)清洗。具體落實有如下方面措施：

熱控專業(yè)：嚴格執(zhí)行大修返廠清洗DDV閥、定期校驗壓力表及壓力開關(guān)、定期做DCS性能測試、開機前必須做閥門靜態(tài)調(diào)試等規(guī)定，同時關(guān)注設(shè)備的使用年限，通常8～10年更換VPC卡、DDV閥及DEH控制器等重要電子設(shè)備。

機務(wù)專業(yè)：檢修時注意防護，防止粉塵、焊渣、棉線、密封膠、鐵銹等雜物進入油系統(tǒng)，對彎頭、變徑、堵頭等部位進行重點檢查清理，對檢修后的油系統(tǒng)先用壓縮空氣吹，雜物用面團粘。采購新的濾油設(shè)備加強在線濾油工作，新增的可移動式濾油機過濾主油箱第二格儲油，現(xiàn)有固定式濾油機過濾第一格儲油，大修時定期更換透平油。及時消除軸封、冷油器、水封等相關(guān)部件結(jié)合層的泄露，避免進水。

運行方面：加強濾油、取樣工作。優(yōu)化油質(zhì)取樣，防止取到不流動的部分。加強油質(zhì)監(jiān)督、定期排污、保證汽輪機油清潔度，現(xiàn)有固定式濾油機由原來每天運行2小時改為每天運行24小時，新增的可移動式濾油機在油質(zhì)下降時投入運行，雙重措施保證油質(zhì)控制在6級以內(nèi)。

5結(jié)語

低壓透平油純電調(diào)系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)仍使用機組透平潤滑油液壓油源的老式機組存在較大安全隱患，油質(zhì)的清潔度問題可能引發(fā)莫名原因故障，如：危急遮斷裝置誤動作、閥門卡澀、閥門抖動等，要完善檢修維護管理制度，機組運行中加強濾油并定期檢驗，檢修時也要加強管道吹掃清潔工作。

參考文獻：

[1]袁幫誼. 電液比例控制與電液伺服控制技術(shù). 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2014.

[2]李寶玉 魏毓璞. 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)疑難問題解析. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]林崴. 汽輪機DEH系統(tǒng)高調(diào)門控制故障及其分析. 科技與企業(yè)，2013，（3）P284-285.

[4]李寶玉 魏毓璞. 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)疑難問題解析. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[5]新華控制工程有限公司.汽輪機低壓透平油純電調(diào)液壓系統(tǒng)[Z].上海，2006.

[6]楊琦. 汽輪機檢修中油系統(tǒng)的常見故障及處理方法. 通用機械，2016，（2）P70-71.

[7]許雅斌. 高壓調(diào)門油動機卡澀的分析和處理. 電力建設(shè)，2005，26（3）：54-55.

[8]衛(wèi)朋剛. 300WM汽輪機EH油系統(tǒng)常見故障分析. 中國高新技術(shù)企業(yè)，2013，31：49-51

[9]胡鳳璽. DEH控制系統(tǒng)常見故障分析及處理措施. 河北電力技術(shù)，2012，31（7）：33-55

[10]崔本題. DEH系統(tǒng)高壓調(diào)門故障原因分析. 電力技術(shù)，2010，19（2）：65-66

作者簡介：

李林（1981-），男，湖南靖州人。中級工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事電廠熱工自動化及控制系統(tǒng)維護工作。