汽輪機閥門全行程活動試驗異常分析及優化

黃華煜　謝光

摘 要：文章以河源電廠600MW汽輪機為例，詳細介紹了汽輪機主汽閥門全行程活動試驗的試驗條件和基本原理，并針對閥門試驗過程中出現的EH油壓大幅下跌的異常現象進行了詳細地分析，提出合理的解決方法。

關鍵詞：全行程活動試驗；優化；安全

引言

廣東河源電廠汽輪機為哈汽生產的CLN600-25/600/600型超超臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、凝汽式汽輪機，每臺機組配置有兩高壓主汽門（TV）、4個高壓調門（GV）、2個中壓主汽門（RSV）、4個中壓調門（IV）。汽輪機調節系統為高壓抗燃油型數字電液調節系統（簡稱DEH），控制設備采用ABB北京貝利控制有限公司的Symphony系統。

1 試驗條件

閥門全行程活動試驗共分為四個組依次進行，TV和同側的2個GV一個組（如TV2和GV2、GV3），RSV和同側的IV一個組（RSV1和IV1、IV2，RSV2和IV3、IV4），每次只能對一個閥門組進行試驗。

TV/GV閥門組活動試驗須具備以下允許條件：（1）機組處于正常運行狀況，帶50%額定負荷。（2）CCS模式退出，DEH投入功率控制回路。（3）高調門處于單閥模式。（4）高壓主汽門和中壓主汽門全開。（5）閥門活動試驗已完成，沒有其它閥門試驗進行。（6）DEH投入功率控制回路。（7）沒有閥門校驗進行。

為保證一側GV全關后負荷仍能夠穩定控制在300MW，要求在TV/GV閥門組活動試驗過程中主汽壓力穩定在18Mpa，此時鍋爐處于BI或者BH運行模式均可。

RSV/IV閥門組活動試驗可以在任何負荷下進行，除上述第一條外，其它要求與TV/GV閥門組完全相同。

2 試驗原理

2.1 TV/GV活動試驗

以TV2/GV2GV3閥門組活動試驗為例，其主要控制邏輯見圖1。當所有允許條件具備時，操作員通過DEH畫面選擇TV2/GV2&GV3閥門組開始試驗。

首先“TV2試驗開始”為1，RS觸發器（14）置位，使切換器T（12）保持試驗前的“GV2單閥指令1”，同時RS觸發器（6）置位，把試驗前的“GV2單閥指令1” 乘以負1后通過速率限制器（11）與之前保持的數值相加，其結果通過切換器T（15）形成最終的GV2單閥指令（GV2 SINGLE）信號。由于速率限制器（11）的作用，GV2單閥指令由當前值以0.4%/s的速度遞減到零，GV2就從當前開度逐漸關閉。GV3的控制過程與GV2完全相同，當GV2和GV3開度均小于6%時，快關電磁閥動作，快速關閉GV2和GV3。當GV2（GV3）開度小于2%或者全關機械行程開關動作后，“GV2 試驗關”為1，并復位RS觸發器（6）。

“GV2 試驗關”和“GV3 試驗關”信號均變為1后，開始進行TV2的活動試驗，使“TV2試驗進行中”，使TV2的閥位指令由2%/s的速率從100降到0，TV2逐漸關閉。TV2 全關后，將復位“TV2試驗開始”信號，該信號使TV2的閥位指令由2%/s的速率從0升至100，并復位“TV2試驗進行中”信號。

當TV2完全打開后，“TV2 試驗停止&打開”信號變1（見圖1），RS觸發器（7）置位，使GV2的關偏置以0.4%/s的速率由-100%變為0，使開度指令逐漸恢復到試驗之前的開度指令。當GV2的的開度指令完全恢復后，RS觸發器（7）和RS觸發器（14）復位，在模擬量切換器T（12）、T（15）共同作用下，“GV2單閥指令”切換回“GV2單閥指令1”，同時“GV2試驗進行中”置 0，表示TV2/GV2&GV3閥門組全行程活動試驗完成。

2.2 RSV/IV活動試驗

以RSV1/IV1&IV2為例，當所有允許條件具備時，操作員通過DEH畫面選擇RSV1/IV1&IV2閥門組開始試驗，RSV1 TEST START =1，活動試驗開始。IV1（IV2） TEST IN PROG=1，通過切換器和RS觸發器，使IV1（IV2）的閥門指令疊加-100%的關偏置信號，使IV1（IV2）以0.5%的速率逐漸關閉。

當IV1和IV2均全關后，發出RSV1 TEST CLOSE指令，使RSV1試驗電磁閥帶電，通過液壓回路使RSV1關閉。RSV1全關后，使RSV1/IV1&IV2活動試驗指令復位，即RSV1 TEST START=0，該信號復位RSV1 TEST CLOSE信號，使中壓主汽閥RSV1開啟。RSV1全開后，中壓調節閥IV1和IV2的關偏置信號以0.5%的速率由-100%變為0，使IV1和IV2逐漸開啟，當開度指令恢復到試驗前的值時，復位IV1（IV2） TEST IN PROG信號，發出閥門活動試驗完成信號。

3 異常分析及優化

3.1 TV/GV閥門活動試過程中EH油壓大幅下跌

2011年3月22日#1機組進行TV2/GV2&GV3閥門組全行程活動試驗，當GV2和GV3接近全關時，EH油壓大幅下跌，由14.8MPa降到10.75MPa，EH油母管壓力低報警，同時備用EH油泵聯鎖啟動，EH油壓緩慢恢復正常。機組運行過程中EH油壓大幅下跌，嚴重影響機組安全。經詳細分析GV的調節系統結構和DEH的閥門試驗邏輯后，發現試驗邏輯中存在一定安全隱患。

在2.1中提到，TV2/GV2&GV3進行活動試驗時，當GV2和GV3開度均小于6%時，“GV2快關”信號=1（見圖2），GV2和GV3快關電磁閥動作，通過液壓回路快速關閉GV2和GV3。GV2和GV3的快關電磁閥將一直帶電，直到 “TV2 全關”由0變1，RS觸發器復位后使快關電磁閥失電。在GV2和GV3的快關過程中，若系統一切正常， “GV2 試驗關”和“GV3 試驗關”信號將順利由0變為1；但是在3月22日的試驗中，由于某種原因致使GV2閥位反饋只能關到2.7%，同時機械行程開關也未動作，所以“GV2 試驗關”的狀態無法正確翻轉，結果導致速率限制器（11）依舊處于激活狀態，因此最終的“GV2單閥指令”未立即降到0，而是仍然以0.4%/S的速率從6%緩慢下降。endprint

另外從GV調節系統的原理進行分析，當快關電磁閥動作后，GV的插裝閥的OPC 油通過快關電磁閥回到有壓回油DP1管路中（見圖3），插裝閥打開，GV2（GV3）油動機的油缸下部EH油通過插裝閥排往有壓回油DP1管路。由于此時GV2閥位反饋仍然等于2.7%，而“GV2單閥指令”受速率限制器的影響大于2.7%，閥門伺服卡送出指令控制伺服閥進行開閥門調節過程，EH油進口與油缸下部接通，由于此時插裝閥仍然處于打開狀態，這樣EH油就通過GV2的伺服閥和插裝閥直接排到有壓回油管路中，結果導致EH母管油壓大幅下降。

此次閥門活動試驗中出現的故障現象，對機組安全造成極大影響。若備用EH油泵聯鎖啟動故障或備用泵處于檢修狀態，極有可能因EH油壓過低造成機組停機事故。為避免類似故障繼續發生，需要對閥門活動試驗邏輯進行修改，以保障機組安全。

邏輯優化方案如圖4所示，對 “GV2 試驗關”信號的產生條件進行修改。除了修改原有的GV2 閥位判斷條件外，增加快關電磁閥的動作指令，兩條件相“或”后形成最終的“GV2 試驗關”信號。這樣修改能確保快關電磁閥動作后，及時復位RS觸發器（6）并使速率限制器（11）失效，把GV2最終單閥指令迅速降為0。這樣即使活動試驗中出現GV2閥門關不到3%的位置，伺服閥也能立即處于關閥門控制過程，伺服閥的進油口關閉，回油口打開，徹底避免TV/GV閥門活動試驗過程中，EH油通過伺服閥直接排到有壓回油管路的危險狀況。其它所有GV的相關邏輯也進行了同樣的修改。此次邏輯修改完成后，TV/GV閥門活動試驗中快關電磁閥動作時，EH油壓波動較小，不會影響機組安全運行。

3.2 閥門活動試驗完成時機組負荷跳變

由GV試驗邏輯分析得知，GV活動試驗開始后，切換器T（12）保持試驗前的“GV2單閥指令1”，試驗結束后，切換器T（12）和T（15）切換為當前的“GV2單閥指令1”值，在TV/GV活動試驗期間，由于汽輪機在單閥方式下全開全關單側高調門，對鍋爐側造成一定的擾動，導致主汽壓力變化。在DEH投入功率回路的情況下，試驗中的閥位參考值REFERENCE可能有較大差別，從而每個高調門的單閥指令和試驗前的值相比有較大變化，變化量有時可能超過3%，造成機組負荷跳變，嚴重時負荷跳變可達15MW以上。

針對以上現象，可以對GV活動試驗邏輯進行簡單優化即可實現試驗前后的“GV2單閥指令”平穩切換，增加的邏輯見圖1，當“GV2單閥指令”完全恢復到T（12）保持的試驗前“GV2單閥指令1”后，通過脈沖塊（19）產生10S的脈沖，速率限制塊（20）在10S內限制“GV2單閥指令”的變化速率為0.2%/s，脈沖寬度和變化速率可調。這樣通過兩個功能塊，就能在閥門活動試驗結束時使“GV2單閥指令”基本實現無擾切換，減少試驗對機組負荷的擾動。

4 結束語

通過對汽輪機主汽閥門全行程活動試驗邏輯的優化改進，徹底解決了閥門試驗過程中EH油壓大幅下跌的安全隱患，保證了閥門活動試驗過程中機組的安全穩定運行，也可為同型機組解決類似故障時提供一定的參考。此外，機組在TV/GV活動試驗過程中，功控回路響應速率和GV關閉速率不匹配，造成機組負荷有較大波動，因此還需對試驗邏輯進一步優化，以保證閥門活動試驗安全穩定進行。

參考文獻

[1]降愛琴，郝秀芳.數字電液調節與旁路控制系統[M].

作者簡介：黃華煜（1972-），男，湖北，本科，工程師，廣東河源電廠熱控工程師。endprint

另外從GV調節系統的原理進行分析，當快關電磁閥動作后，GV的插裝閥的OPC 油通過快關電磁閥回到有壓回油DP1管路中（見圖3），插裝閥打開，GV2（GV3）油動機的油缸下部EH油通過插裝閥排往有壓回油DP1管路。由于此時GV2閥位反饋仍然等于2.7%，而“GV2單閥指令”受速率限制器的影響大于2.7%，閥門伺服卡送出指令控制伺服閥進行開閥門調節過程，EH油進口與油缸下部接通，由于此時插裝閥仍然處于打開狀態，這樣EH油就通過GV2的伺服閥和插裝閥直接排到有壓回油管路中，結果導致EH母管油壓大幅下降。

此次閥門活動試驗中出現的故障現象，對機組安全造成極大影響。若備用EH油泵聯鎖啟動故障或備用泵處于檢修狀態，極有可能因EH油壓過低造成機組停機事故。為避免類似故障繼續發生，需要對閥門活動試驗邏輯進行修改，以保障機組安全。

邏輯優化方案如圖4所示，對 “GV2 試驗關”信號的產生條件進行修改。除了修改原有的GV2 閥位判斷條件外，增加快關電磁閥的動作指令，兩條件相“或”后形成最終的“GV2 試驗關”信號。這樣修改能確保快關電磁閥動作后，及時復位RS觸發器（6）并使速率限制器（11）失效，把GV2最終單閥指令迅速降為0。這樣即使活動試驗中出現GV2閥門關不到3%的位置，伺服閥也能立即處于關閥門控制過程，伺服閥的進油口關閉，回油口打開，徹底避免TV/GV閥門活動試驗過程中，EH油通過伺服閥直接排到有壓回油管路的危險狀況。其它所有GV的相關邏輯也進行了同樣的修改。此次邏輯修改完成后，TV/GV閥門活動試驗中快關電磁閥動作時，EH油壓波動較小，不會影響機組安全運行。

3.2 閥門活動試驗完成時機組負荷跳變

由GV試驗邏輯分析得知，GV活動試驗開始后，切換器T（12）保持試驗前的“GV2單閥指令1”，試驗結束后，切換器T（12）和T（15）切換為當前的“GV2單閥指令1”值，在TV/GV活動試驗期間，由于汽輪機在單閥方式下全開全關單側高調門，對鍋爐側造成一定的擾動，導致主汽壓力變化。在DEH投入功率回路的情況下，試驗中的閥位參考值REFERENCE可能有較大差別，從而每個高調門的單閥指令和試驗前的值相比有較大變化，變化量有時可能超過3%，造成機組負荷跳變，嚴重時負荷跳變可達15MW以上。

針對以上現象，可以對GV活動試驗邏輯進行簡單優化即可實現試驗前后的“GV2單閥指令”平穩切換，增加的邏輯見圖1，當“GV2單閥指令”完全恢復到T（12）保持的試驗前“GV2單閥指令1”后，通過脈沖塊（19）產生10S的脈沖，速率限制塊（20）在10S內限制“GV2單閥指令”的變化速率為0.2%/s，脈沖寬度和變化速率可調。這樣通過兩個功能塊，就能在閥門活動試驗結束時使“GV2單閥指令”基本實現無擾切換，減少試驗對機組負荷的擾動。

4 結束語

通過對汽輪機主汽閥門全行程活動試驗邏輯的優化改進，徹底解決了閥門試驗過程中EH油壓大幅下跌的安全隱患，保證了閥門活動試驗過程中機組的安全穩定運行，也可為同型機組解決類似故障時提供一定的參考。此外，機組在TV/GV活動試驗過程中，功控回路響應速率和GV關閉速率不匹配，造成機組負荷有較大波動，因此還需對試驗邏輯進一步優化，以保證閥門活動試驗安全穩定進行。

參考文獻

[1]降愛琴，郝秀芳.數字電液調節與旁路控制系統[M].

作者簡介：黃華煜（1972-），男，湖北，本科，工程師，廣東河源電廠熱控工程師。endprint

另外從GV調節系統的原理進行分析，當快關電磁閥動作后，GV的插裝閥的OPC 油通過快關電磁閥回到有壓回油DP1管路中（見圖3），插裝閥打開，GV2（GV3）油動機的油缸下部EH油通過插裝閥排往有壓回油DP1管路。由于此時GV2閥位反饋仍然等于2.7%，而“GV2單閥指令”受速率限制器的影響大于2.7%，閥門伺服卡送出指令控制伺服閥進行開閥門調節過程，EH油進口與油缸下部接通，由于此時插裝閥仍然處于打開狀態，這樣EH油就通過GV2的伺服閥和插裝閥直接排到有壓回油管路中，結果導致EH母管油壓大幅下降。

此次閥門活動試驗中出現的故障現象，對機組安全造成極大影響。若備用EH油泵聯鎖啟動故障或備用泵處于檢修狀態，極有可能因EH油壓過低造成機組停機事故。為避免類似故障繼續發生，需要對閥門活動試驗邏輯進行修改，以保障機組安全。

邏輯優化方案如圖4所示，對 “GV2 試驗關”信號的產生條件進行修改。除了修改原有的GV2 閥位判斷條件外，增加快關電磁閥的動作指令，兩條件相“或”后形成最終的“GV2 試驗關”信號。這樣修改能確保快關電磁閥動作后，及時復位RS觸發器（6）并使速率限制器（11）失效，把GV2最終單閥指令迅速降為0。這樣即使活動試驗中出現GV2閥門關不到3%的位置，伺服閥也能立即處于關閥門控制過程，伺服閥的進油口關閉，回油口打開，徹底避免TV/GV閥門活動試驗過程中，EH油通過伺服閥直接排到有壓回油管路的危險狀況。其它所有GV的相關邏輯也進行了同樣的修改。此次邏輯修改完成后，TV/GV閥門活動試驗中快關電磁閥動作時，EH油壓波動較小，不會影響機組安全運行。

3.2 閥門活動試驗完成時機組負荷跳變

由GV試驗邏輯分析得知，GV活動試驗開始后，切換器T（12）保持試驗前的“GV2單閥指令1”，試驗結束后，切換器T（12）和T（15）切換為當前的“GV2單閥指令1”值，在TV/GV活動試驗期間，由于汽輪機在單閥方式下全開全關單側高調門，對鍋爐側造成一定的擾動，導致主汽壓力變化。在DEH投入功率回路的情況下，試驗中的閥位參考值REFERENCE可能有較大差別，從而每個高調門的單閥指令和試驗前的值相比有較大變化，變化量有時可能超過3%，造成機組負荷跳變，嚴重時負荷跳變可達15MW以上。

針對以上現象，可以對GV活動試驗邏輯進行簡單優化即可實現試驗前后的“GV2單閥指令”平穩切換，增加的邏輯見圖1，當“GV2單閥指令”完全恢復到T（12）保持的試驗前“GV2單閥指令1”后，通過脈沖塊（19）產生10S的脈沖，速率限制塊（20）在10S內限制“GV2單閥指令”的變化速率為0.2%/s，脈沖寬度和變化速率可調。這樣通過兩個功能塊，就能在閥門活動試驗結束時使“GV2單閥指令”基本實現無擾切換，減少試驗對機組負荷的擾動。

4 結束語

通過對汽輪機主汽閥門全行程活動試驗邏輯的優化改進，徹底解決了閥門試驗過程中EH油壓大幅下跌的安全隱患，保證了閥門活動試驗過程中機組的安全穩定運行，也可為同型機組解決類似故障時提供一定的參考。此外，機組在TV/GV活動試驗過程中，功控回路響應速率和GV關閉速率不匹配，造成機組負荷有較大波動，因此還需對試驗邏輯進一步優化，以保證閥門活動試驗安全穩定進行。

參考文獻

[1]降愛琴，郝秀芳.數字電液調節與旁路控制系統[M].

作者簡介：黃華煜（1972-），男，湖北，本科，工程師，廣東河源電廠熱控工程師。endprint