汽輪機(jī)閥門全行程活動試驗異常分析及優(yōu)化

黃華煜　謝光

摘 要：文章以河源電廠600MW汽輪機(jī)為例，詳細(xì)介紹了汽輪機(jī)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(xiàn)的EH油壓大幅下跌的異常現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)地分析，提出合理的解決方法。

關(guān)鍵詞：全行程活動試驗；優(yōu)化；安全

引言

廣東河源電廠汽輪機(jī)為哈汽生產(chǎn)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(jī)，每臺機(jī)組配置有兩高壓主汽門（TV）、4個高壓調(diào)門（GV）、2個中壓主汽門（RSV）、4個中壓調(diào)門（IV）。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為高壓抗燃油型數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡稱DEH），控制設(shè)備采用ABB北京貝利控制有限公司的Symphony系統(tǒng)。

1 試驗條件

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

TV/GV閥門組活動試驗須具備以下允許條件：（1）機(jī)組處于正常運(yùn)行狀況，帶50%額定負(fù)荷。（2）CCS模式退出，DEH投入功率控制回路。（3）高調(diào)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(jìn)行。（6）DEH投入功率控制回路。（7）沒有閥門校驗進(jìn)行。

為保證一側(cè)GV全關(guān)后負(fù)荷仍能夠穩(wěn)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(wěn)定在18Mpa，此時鍋爐處于BI或者BH運(yùn)行模式均可。

RSV/IV閥門組活動試驗可以在任何負(fù)荷下進(jìn)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(dāng)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(fā)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(fā)器（6）置位，把試驗前的“GV2單閥指令1” 乘以負(fù)1后通過速率限制器（11）與之前保持的數(shù)值相加，其結(jié)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(dāng)前值以0.4%/s的速度遞減到零，GV2就從當(dāng)前開度逐漸關(guān)閉。GV3的控制過程與GV2完全相同，當(dāng)GV2和GV3開度均小于6%時，快關(guān)電磁閥動作，快速關(guān)閉GV2和GV3。當(dāng)GV2（GV3）開度小于2%或者全關(guān)機(jī)械行程開關(guān)動作后，“GV2 試驗關(guān)”為1，并復(fù)位RS觸發(fā)器（6）。

“GV2 試驗關(guān)”和“GV3 試驗關(guān)”信號均變?yōu)?后，開始進(jìn)行TV2的活動試驗，使“TV2試驗進(jìn)行中”，使TV2的閥位指令由2%/s的速率從100降到0，TV2逐漸關(guān)閉。TV2 全關(guān)后，將復(fù)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(fù)位“TV2試驗進(jìn)行中”信號。

當(dāng)TV2完全打開后，“TV2 試驗停止&打開”信號變1（見圖1），RS觸發(fā)器（7）置位，使GV2的關(guān)偏置以0.4%/s的速率由-100%變?yōu)?，使開度指令逐漸恢復(fù)到試驗之前的開度指令。當(dāng)GV2的的開度指令完全恢復(fù)后，RS觸發(fā)器（7）和RS觸發(fā)器（14）復(fù)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(jìn)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(dāng)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(fā)器，使IV1（IV2）的閥門指令疊加-100%的關(guān)偏置信號，使IV1（IV2）以0.5%的速率逐漸關(guān)閉。

當(dāng)IV1和IV2均全關(guān)后，發(fā)出RSV1 TEST CLOSE指令，使RSV1試驗電磁閥帶電，通過液壓回路使RSV1關(guān)閉。RSV1全關(guān)后，使RSV1/IV1&IV2活動試驗指令復(fù)位，即RSV1 TEST START=0，該信號復(fù)位RSV1 TEST CLOSE信號，使中壓主汽閥RSV1開啟。RSV1全開后，中壓調(diào)節(jié)閥IV1和IV2的關(guān)偏置信號以0.5%的速率由-100%變?yōu)?，使IV1和IV2逐漸開啟，當(dāng)開度指令恢復(fù)到試驗前的值時，復(fù)位IV1（IV2） TEST IN PROG信號，發(fā)出閥門活動試驗完成信號。

3 異常分析及優(yōu)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(jī)組進(jìn)行TV2/GV2&GV3閥門組全行程活動試驗，當(dāng)GV2和GV3接近全關(guān)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(lián)鎖啟動，EH油壓緩慢恢復(fù)正常。機(jī)組運(yùn)行過程中EH油壓大幅下跌，嚴(yán)重影響機(jī)組安全。經(jīng)詳細(xì)分析GV的調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和DEH的閥門試驗邏輯后，發(fā)現(xiàn)試驗邏輯中存在一定安全隱患。

在2.1中提到，TV2/GV2&GV3進(jìn)行活動試驗時，當(dāng)GV2和GV3開度均小于6%時，“GV2快關(guān)”信號=1（見圖2），GV2和GV3快關(guān)電磁閥動作，通過液壓回路快速關(guān)閉GV2和GV3。GV2和GV3的快關(guān)電磁閥將一直帶電，直到 “TV2 全關(guān)”由0變1，RS觸發(fā)器復(fù)位后使快關(guān)電磁閥失電。在GV2和GV3的快關(guān)過程中，若系統(tǒng)一切正常， “GV2 試驗關(guān)”和“GV3 試驗關(guān)”信號將順利由0變?yōu)?；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(guān)到2.7%，同時機(jī)械行程開關(guān)也未動作，所以“GV2 試驗關(guān)”的狀態(tài)無法正確翻轉(zhuǎn)，結(jié)果導(dǎo)致速率限制器（11）依舊處于激活狀態(tài)，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(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理進(jìn)行分析，當(dāng)快關(guān)電磁閥動作后，GV的插裝閥的OPC 油通過快關(guān)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(jī)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(jìn)行開閥門調(diào)節(jié)過程，EH油進(jìn)口與油缸下部接通，由于此時插裝閥仍然處于打開狀態(tài)，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(jié)果導(dǎo)致EH母管油壓大幅下降。

此次閥門活動試驗中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，對機(jī)組安全造成極大影響。若備用EH油泵聯(lián)鎖啟動故障或備用泵處于檢修狀態(tài)，極有可能因EH油壓過低造成機(jī)組停機(jī)事故。為避免類似故障繼續(xù)發(fā)生，需要對閥門活動試驗邏輯進(jìn)行修改，以保障機(jī)組安全。

邏輯優(yōu)化方案如圖4所示，對 “GV2 試驗關(guān)”信號的產(chǎn)生條件進(jìn)行修改。除了修改原有的GV2 閥位判斷條件外，增加快關(guān)電磁閥的動作指令，兩條件相“或”后形成最終的“GV2 試驗關(guān)”信號。這樣修改能確保快關(guān)電磁閥動作后，及時復(fù)位RS觸發(fā)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(xiàn)GV2閥門關(guān)不到3%的位置，伺服閥也能立即處于關(guān)閥門控制過程，伺服閥的進(jìn)油口關(guān)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(guān)邏輯也進(jìn)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(guān)電磁閥動作時，EH油壓波動較小，不會影響機(jī)組安全運(yùn)行。

3.2 閥門活動試驗完成時機(jī)組負(fù)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(jié)束后，切換器T（12）和T（15）切換為當(dāng)前的“GV2單閥指令1”值，在TV/GV活動試驗期間，由于汽輪機(jī)在單閥方式下全開全關(guān)單側(cè)高調(diào)門，對鍋爐側(cè)造成一定的擾動，導(dǎo)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(diào)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(jī)組負(fù)荷跳變，嚴(yán)重時負(fù)荷跳變可達(dá)15MW以上。

針對以上現(xiàn)象，可以對GV活動試驗邏輯進(jìn)行簡單優(yōu)化即可實現(xiàn)試驗前后的“GV2單閥指令”平穩(wěn)切換，增加的邏輯見圖1，當(dāng)“GV2單閥指令”完全恢復(fù)到T（12）保持的試驗前“GV2單閥指令1”后，通過脈沖塊（19）產(chǎn)生10S的脈沖，速率限制塊（20）在10S內(nèi)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(diào)。這樣通過兩個功能塊，就能在閥門活動試驗結(jié)束時使“GV2單閥指令”基本實現(xiàn)無擾切換，減少試驗對機(jī)組負(fù)荷的擾動。

4 結(jié)束語

通過對汽輪機(jī)主汽閥門全行程活動試驗邏輯的優(yōu)化改進(jìn)，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(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也可為同型機(jī)組解決類似故障時提供一定的參考。此外，機(jī)組在TV/GV活動試驗過程中，功控回路響應(yīng)速率和GV關(guān)閉速率不匹配，造成機(jī)組負(fù)荷有較大波動，因此還需對試驗邏輯進(jìn)一步優(yōu)化，以保證閥門活動試驗安全穩(wěn)定進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]降愛琴，郝秀芳.數(shù)字電液調(diào)節(jié)與旁路控制系統(tǒng)[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(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理進(jìn)行分析，當(dāng)快關(guān)電磁閥動作后，GV的插裝閥的OPC 油通過快關(guān)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(jī)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(jìn)行開閥門調(diào)節(jié)過程，EH油進(jìn)口與油缸下部接通，由于此時插裝閥仍然處于打開狀態(tài)，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(jié)果導(dǎo)致EH母管油壓大幅下降。

此次閥門活動試驗中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，對機(jī)組安全造成極大影響。若備用EH油泵聯(lián)鎖啟動故障或備用泵處于檢修狀態(tài)，極有可能因EH油壓過低造成機(jī)組停機(jī)事故。為避免類似故障繼續(xù)發(fā)生，需要對閥門活動試驗邏輯進(jìn)行修改，以保障機(jī)組安全。

邏輯優(yōu)化方案如圖4所示，對 “GV2 試驗關(guān)”信號的產(chǎn)生條件進(jìn)行修改。除了修改原有的GV2 閥位判斷條件外，增加快關(guān)電磁閥的動作指令，兩條件相“或”后形成最終的“GV2 試驗關(guān)”信號。這樣修改能確保快關(guān)電磁閥動作后，及時復(fù)位RS觸發(fā)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(xiàn)GV2閥門關(guān)不到3%的位置，伺服閥也能立即處于關(guān)閥門控制過程，伺服閥的進(jìn)油口關(guān)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(guān)邏輯也進(jìn)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(guān)電磁閥動作時，EH油壓波動較小，不會影響機(jī)組安全運(yùn)行。

3.2 閥門活動試驗完成時機(jī)組負(fù)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(jié)束后，切換器T（12）和T（15）切換為當(dāng)前的“GV2單閥指令1”值，在TV/GV活動試驗期間，由于汽輪機(jī)在單閥方式下全開全關(guān)單側(cè)高調(diào)門，對鍋爐側(cè)造成一定的擾動，導(dǎo)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(diào)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(jī)組負(fù)荷跳變，嚴(yán)重時負(fù)荷跳變可達(dá)15MW以上。

針對以上現(xiàn)象，可以對GV活動試驗邏輯進(jìn)行簡單優(yōu)化即可實現(xiàn)試驗前后的“GV2單閥指令”平穩(wěn)切換，增加的邏輯見圖1，當(dāng)“GV2單閥指令”完全恢復(fù)到T（12）保持的試驗前“GV2單閥指令1”后，通過脈沖塊（19）產(chǎn)生10S的脈沖，速率限制塊（20）在10S內(nèi)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(diào)。這樣通過兩個功能塊，就能在閥門活動試驗結(jié)束時使“GV2單閥指令”基本實現(xiàn)無擾切換，減少試驗對機(jī)組負(fù)荷的擾動。

4 結(jié)束語

通過對汽輪機(jī)主汽閥門全行程活動試驗邏輯的優(yōu)化改進(jìn)，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(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也可為同型機(jī)組解決類似故障時提供一定的參考。此外，機(jī)組在TV/GV活動試驗過程中，功控回路響應(yīng)速率和GV關(guān)閉速率不匹配，造成機(jī)組負(fù)荷有較大波動，因此還需對試驗邏輯進(jìn)一步優(yōu)化，以保證閥門活動試驗安全穩(wěn)定進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]降愛琴，郝秀芳.數(shù)字電液調(diào)節(jié)與旁路控制系統(tǒng)[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(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理進(jìn)行分析，當(dāng)快關(guān)電磁閥動作后，GV的插裝閥的OPC 油通過快關(guān)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(jī)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(jìn)行開閥門調(diào)節(jié)過程，EH油進(jìn)口與油缸下部接通，由于此時插裝閥仍然處于打開狀態(tài)，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(jié)果導(dǎo)致EH母管油壓大幅下降。

此次閥門活動試驗中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，對機(jī)組安全造成極大影響。若備用EH油泵聯(lián)鎖啟動故障或備用泵處于檢修狀態(tài)，極有可能因EH油壓過低造成機(jī)組停機(jī)事故。為避免類似故障繼續(xù)發(fā)生，需要對閥門活動試驗邏輯進(jìn)行修改，以保障機(jī)組安全。

邏輯優(yōu)化方案如圖4所示，對 “GV2 試驗關(guān)”信號的產(chǎn)生條件進(jìn)行修改。除了修改原有的GV2 閥位判斷條件外，增加快關(guān)電磁閥的動作指令，兩條件相“或”后形成最終的“GV2 試驗關(guān)”信號。這樣修改能確保快關(guān)電磁閥動作后，及時復(fù)位RS觸發(fā)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(xiàn)GV2閥門關(guān)不到3%的位置，伺服閥也能立即處于關(guān)閥門控制過程，伺服閥的進(jìn)油口關(guān)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(guān)邏輯也進(jìn)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(guān)電磁閥動作時，EH油壓波動較小，不會影響機(jī)組安全運(yùn)行。

3.2 閥門活動試驗完成時機(jī)組負(fù)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(jié)束后，切換器T（12）和T（15）切換為當(dāng)前的“GV2單閥指令1”值，在TV/GV活動試驗期間，由于汽輪機(jī)在單閥方式下全開全關(guān)單側(cè)高調(diào)門，對鍋爐側(cè)造成一定的擾動，導(dǎo)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(diào)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(jī)組負(fù)荷跳變，嚴(yán)重時負(fù)荷跳變可達(dá)15MW以上。

針對以上現(xiàn)象，可以對GV活動試驗邏輯進(jìn)行簡單優(yōu)化即可實現(xiàn)試驗前后的“GV2單閥指令”平穩(wěn)切換，增加的邏輯見圖1，當(dāng)“GV2單閥指令”完全恢復(fù)到T（12）保持的試驗前“GV2單閥指令1”后，通過脈沖塊（19）產(chǎn)生10S的脈沖，速率限制塊（20）在10S內(nèi)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(diào)。這樣通過兩個功能塊，就能在閥門活動試驗結(jié)束時使“GV2單閥指令”基本實現(xiàn)無擾切換，減少試驗對機(jī)組負(fù)荷的擾動。

4 結(jié)束語

通過對汽輪機(jī)主汽閥門全行程活動試驗邏輯的優(yōu)化改進(jìn)，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(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也可為同型機(jī)組解決類似故障時提供一定的參考。此外，機(jī)組在TV/GV活動試驗過程中，功控回路響應(yīng)速率和GV關(guān)閉速率不匹配，造成機(jī)組負(fù)荷有較大波動，因此還需對試驗邏輯進(jìn)一步優(yōu)化，以保證閥門活動試驗安全穩(wěn)定進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]降愛琴，郝秀芳.數(shù)字電液調(diào)節(jié)與旁路控制系統(tǒng)[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