9E機(jī)組汽輪機(jī)GV調(diào)門異常關(guān)閉故障分析

孫 魏, 奚新國

(華能南京燃機(jī)發(fā)電有限公司，南京 210046)

1 設(shè)備概況

華能金陵燃機(jī)電廠二期為兩套9E聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組,燃?xì)廨啓C(jī)采用南汽與GE公司聯(lián)合生產(chǎn)的PG9171E型重型燃機(jī),汽輪機(jī)為南汽生產(chǎn)的單缸、雙壓(帶補(bǔ)汽)、無再熱、單軸抽汽凝汽式供熱機(jī)組，型號為LCZ60-5.8/1.1/0.587。汽輪機(jī)及余熱鍋爐DCS系統(tǒng)采用艾默生公司的OVATION系統(tǒng)，軟件版本：Ovation版本3.3.1。系統(tǒng)共9對控制器，均為OCR400控制器[1]。

2 GV調(diào)門動作原理及故障經(jīng)過

DEH控制系統(tǒng)發(fā)出閥位指令信號，經(jīng)閥門控制(PV)卡處理后，轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電氣信號，進(jìn)入伺服閥，經(jīng)伺服放大器放大，將電氣信號轉(zhuǎn)換成液壓信號，使伺服閥閥塊移動，將液壓信號放大后控制高壓油的通道，高壓油進(jìn)入油動機(jī)活塞下腔，推動油動機(jī)活塞向上移動，經(jīng)杠桿帶動調(diào)節(jié)閥開啟或使壓力油活塞從下腔泄出，借助彈簧力將活塞下壓，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。油動機(jī)活塞移動時(shí)帶動線性位移傳感器，將油動機(jī)活塞的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成電氣負(fù)反饋信號。只有當(dāng)輸入指令信號與負(fù)反饋信號相加，使輸入伺服放大器的信號為零后，伺服閥的主閥才能回到中間位置，不再有高壓油通向油動機(jī)下腔或壓力油自油動機(jī)下腔泄出，此時(shí)調(diào)節(jié)閥便停止移動，停留在一個(gè)新的工作位置 。

2017年3月9日9:28:39和9:30:32， #4汽機(jī)主調(diào)門(GV)2分鐘內(nèi)兩次異常關(guān)閉，后又自行恢復(fù)。調(diào)取歷史曲線可以看出，9:28:37，GV伺服閥線圈電壓(A、B雙路冗余)均由直流-2.154 V(此前實(shí)際運(yùn)行值)突升至直流-0.127 V。9:28:30，GV開度由100%降至0；隨后，伺服閥線圈電壓繼續(xù)升至2.13 V。該電壓維持約5 s后，降至-0.110 V(理論運(yùn)行正常值)，GV隨即由0開至100%。此后,線圈電壓再次回至-2.1 V。9:28:39，線圈電壓再次由-2.15 V突升至-0.127 V，GV開度再次由100%降至0，線圈電壓亦復(fù)現(xiàn)此前變化。9:31:19線圈電壓恢復(fù)至-0.152 V，GV調(diào)門開度恢復(fù)至98.5%。此后，未再發(fā)生異常動作。GV異常動作時(shí)歷史曲線如圖1。

圖1 GV閥異常動作(GV指令及開度、PV卡輸出電壓)4分鐘

3 GV調(diào)門異常動作可能存在的原因

鑒于GV異常動作期間，其邏輯開度指令始終保持在98%以上，幾乎沒有變化，可以排除控制邏輯故障。熱控人員分析認(rèn)為存在以下幾種可能：伺服閥回路斷線、GV閥VP卡故障、液壓油系統(tǒng)故障、伺服閥油路瞬間堵塞[2]。

3.1 伺服閥接線故障

由于#4機(jī)為運(yùn)行機(jī)組，為避免在檢查接線過程中導(dǎo)致閥門關(guān)閉，用鐵板抵住GV閥桿。熱控人員去現(xiàn)場檢查伺服閥線圈、LVDT至控制卡件的信號回路，以及伺服閥航空插頭接線柱是否脫焊，均未發(fā)現(xiàn)異常，故接線故障排除[3]。

3.2 VP(閥位)卡故障

VP卡(1C31194G01)及其對應(yīng)的特性卡(1C31197G01)做為DEH控制器與GV調(diào)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的接口,提供了閉環(huán)的閥門位置控制，閥門開度由閥位卡維持。通常情況下設(shè)定值由Ovation控制器設(shè)定，VP卡中帶有一個(gè)80C196微處理器，它提供實(shí)時(shí)閉環(huán)PI控制。閥位設(shè)定值引起I/O模塊產(chǎn)生冗余輸出控制信號，這些控制信號驅(qū)動電液伺服閥執(zhí)行機(jī)器上的線圈，和安裝在閥桿上的LVDT檢測到的閥位信號一起構(gòu)成閉環(huán)回路。

檢查VP卡，雙路卡件冗余運(yùn)行良好，無故障報(bào)警指示。A側(cè)VP卡為主路工作狀態(tài)，但是否發(fā)生過往復(fù)切換呢？通常，VP卡會在以下幾種情況下發(fā)生主備切換：(1)伺服閥斷線；(2)調(diào)門指令與開度反饋偏差大于5%且兩路開度(LVDT)反饋偏差大于3%；(3)VP卡件故障。通過歷史曲線及VP卡指示燈閃爍情況看，GV異常動作期間，A、B側(cè)VP卡并為發(fā)生過切換，始終以A卡為主路。故排除VP卡故障[4]。

3.3 伺服閥堵塞

該GV調(diào)門的伺服閥由MOOG公司生產(chǎn)(下稱moog閥)，通過接受模擬電信號，調(diào)制相應(yīng)的液壓油流量和壓力，從而驅(qū)動油動機(jī)達(dá)到目標(biāo)位置。moog閥對液壓油液的要求較高，需要精過濾才行，否則極小的顆粒雜質(zhì)都會引起堵塞，造成調(diào)門動作異常。但GV的moog伺服閥曾于此前停機(jī)期間返廠維護(hù)保養(yǎng)，故障可能性較小。經(jīng)過濾油及油質(zhì)化驗(yàn)，也未發(fā)現(xiàn)異常。此次異常動作之后的一段時(shí)間內(nèi)，故障也未再復(fù)現(xiàn)。所以，暫時(shí)排除伺服閥油路瞬間堵塞的可能[5]。

3.4 液壓油系統(tǒng)設(shè)備故障

通過歷史曲線看出，GV異常動作期間，EH油壓平穩(wěn)未波動，除抽汽調(diào)閥隨GV關(guān)閉聯(lián)鎖開大外，其余油動閥門并無異動，故排除液壓油系統(tǒng)設(shè)備故障。

4 GV調(diào)門VP卡輸出電壓再現(xiàn)異常及處理

3月10日11:55，GV伺服閥線圈電壓由-0.152 V再次降至-2.154 V，引起了我們的警覺。9E聯(lián)合循環(huán)機(jī)組運(yùn)行期間，汽輪機(jī)GV一直處于閥位控制方式，即由運(yùn)行人員給出GV閥開度指令為100%。通過歷史曲線可以看出：此次起機(jī)后至3月9日異常動作前，GV實(shí)際開度為99.6%左右，始終低于指令約0.3%～ 0.4%(存在閥門本體活動性不佳的可能)，實(shí)際開度未達(dá)到指令的開度，于是VP卡積分作用始終存在。正常平衡點(diǎn)電壓約為-0.1～ 0.2 V，而-2.154 V是VP卡的最大輸出工作電壓。通過咨詢艾默生廠家，在廠家的建議下，與運(yùn)行人員討論后，決定通過改變開度指令，人為消除指令與反饋的偏差，從而消除積分作用。故將GV閥開度設(shè)定值由100%下調(diào)至98%(功率損失可以忽略)。VP卡輸出電壓隨即恢復(fù)至-0.15 V左右，此后該電壓一直穩(wěn)定在該值，GV閥至今未再發(fā)生異常動作，見圖2。

圖2 GV閥異常動作(GV指令及開度、PV卡輸出電壓)15 天

5 GV調(diào)門異常動作原因及防范措施

5.1 GV調(diào)門異常動作與VP卡輸出電壓異常的內(nèi)在聯(lián)系

通常，機(jī)組運(yùn)行中，隨著調(diào)閥指令的變化，VP卡輸出電壓會暫態(tài)升高，閥門動作完成后，反饋與指令一致，輸出電壓會回復(fù)至平衡點(diǎn)電壓。若電壓長期偏高， 說明VP卡控制回路長期處于積分狀態(tài)，卡件中的電子元件特性將有可能發(fā)生改變，則應(yīng)引起重視。這次異常可看作VP卡控制回路長期處于積分狀態(tài)下的一次釋放動作，VP卡長期保持最大電壓輸出，導(dǎo)致卡件中的電子元件特性發(fā)生改變，其釋放動作具有偶然性，隨機(jī)性，會對運(yùn)行機(jī)組產(chǎn)生重大安全隱患。

5.2 采取相應(yīng)的防范措施

1) 利用停機(jī)機(jī)會重新校驗(yàn)GV閥的VP卡，使GV閥在接近滿度指令時(shí)，反饋與指令一致，消除可能導(dǎo)致積分作用輸出的靜態(tài)偏差。

2) 調(diào)整GV閥流量特性曲線，將原有曲線50%流量—50%開度，100%流量—100%開度，改為50%流量—50%開度，100%流量—98%開度，避免閥門實(shí)際開度無法滿足高位指令而造成VP卡始終輸出工作電壓。

3) 將GV閥開度指令設(shè)置在其實(shí)際可達(dá)最大開度以下，這與第(2)條在本質(zhì)上是一致的，且在機(jī)組運(yùn)行期間操作更為安全、方便。

4) 設(shè)置伺服閥輸出電壓高報(bào)警，當(dāng)電壓長時(shí)間偏高時(shí)，提醒運(yùn)行人員及時(shí)采取措施。

調(diào)整流量-開度曲線及調(diào)門指令只是權(quán)宜之計(jì)，最終的解決途徑是停機(jī)后的閥門本體檢查及VP卡的校驗(yàn)，使調(diào)門的實(shí)際開度反饋能夠達(dá)到滿度指令的要求[6]。

6 結(jié)語

VP卡對GV閥的控制較為精確，死區(qū)較小，即使開度指令與反饋存在很小的偏差，也會產(chǎn)生積分作用。機(jī)組運(yùn)行期間,應(yīng)加強(qiáng)對重要核心控制卡件工作參數(shù)的監(jiān)視, 列入日常巡檢項(xiàng)目，并設(shè)置超限報(bào)警,出現(xiàn)異常提醒運(yùn)維人員及時(shí)處理，防止引起重要設(shè)備的誤動。