CCI 液壓旁路系統油壓異常分析與處理

何冬輝，魏長宏，安凱

(東北電力科學研究院有限公司，遼寧沈陽 110006)

旁路系統是汽輪機組熱力系統的重要組成部分，是與汽輪機并聯的蒸汽減溫減壓系統，其主要功能是協調鍋爐所產生的蒸汽與汽輪機用汽量間的平衡［1］，降低工質損耗，使蒸汽溫度與金屬溫度快速匹配，縮短機組啟動時間，使機組盡快處于最佳運行工況，特別在甩負荷后使機組具備帶廠用電或者停機不停爐工況運行［2］。液壓旁路系統具有快速動態響應調節特性，已得到廣泛的應用。但因其常出現油壓異常、執行機構卡澀、閥門擺動等故障，嚴重威脅機組安全經濟運行，必須引起足夠重視。文中針對性地列舉了液壓旁路系統3 種油壓異?，F象，并提出了解決對策，具有重要的參考價值。

1 旁路系統概述

1.1 系統構成

某廠新投產的汽輪機機組采用上海CCI 動力控制設備有限公司提供的60%鍋爐最大連續工況(BMCR)及2 ×50% BMCR 的高、低壓二級串聯旁路系統，它以高壓抗燃油為介質，主要由供油系統和執行機構兩部分組成。高壓旁路系統裝置由1 個高壓旁路閥(高旁閥)、1 個噴水調節閥、1 個噴水隔離閥等組成，低壓旁路系統裝置由2 個低壓旁路閥(低旁閥)、2 個噴水調節閥、2 個噴水隔離閥等組成。所有閥門均為液動執行機構，高、低旁閥門控制系統的液壓部分由上海新華威爾液壓系統有限公司提供，并分別獨立設置。

1.2 液壓工作原理

高、低旁液壓站各設置兩臺恒壓變量柱塞泵，由交流馬達通過聯軸器驅動油泵，泵通過油箱、泵入口截止閥、吸油過濾器、恒壓變量泵將高壓抗燃液壓油吸入，高壓油經泵出口濾芯、單向閥、泵出口截止閥進入高壓油母管，蓄能器與高壓油母管并聯。液壓站工作在整定的恒定壓力下，當系統需要增加或減少用油量時，泵會自動改變輸出流量［3］，維護系統油壓在(16 ±0.2)MPa;當系統瞬間用油量大于泵輸出流量時蓄能器將參與系統供油。液壓站的輸出壓力整定為(16 ±0.2)MPa，溢流閥整定在(19 ±0.2)MPa，蓄能器的充氮壓力為(10.4 ±0.2)MPa，備用泵聯鎖啟動壓力開關設定值為13.5 MPa。

1.3 閥門控制原理

高壓噴水隔離閥 (HBD)、低壓噴水隔離閥(LBD)的執行機構屬于開關型執行機構，如圖1 (a)開關型閥門示意圖，其工作原理如下:DSC 指令信號給三位四通電磁換向閥，將高壓油通過該電磁閥、液控單向閥和雙節流/逆止閥進入油缸下腔和上腔，油缸另一腔的油通過節流閥、液控單向閥、電磁閥回到油箱，這樣可以使HBD 閥或LBD 閥全開和全關。

高壓旁路閥(HBP)、高壓噴水閥(HBPE)、低壓旁路閥(LBP)和低壓噴水閥(LBPE)的執行機構屬于控制型執行機構，如圖1 (b)調節型閥門示意圖，其工作原理如下:DSC 指令信號經過伺服放大器放大后，在電液轉換器伺服閥中將電氣信號轉換成液壓信號，使伺服閥主閥芯移動，并將液壓信號放大后，控制高壓油的通道，使高壓油進入油動機活塞一腔，使油動機活塞向下或向上移動，從而開啟相應旁路閥門。當油動機活塞移動時，同時帶動一個線性位移傳感器，將油動機活塞的機械位移轉換成電氣信號，作為負反饋信號與DCS 送來的信號相加，由于二者的極性相反，只有在原輸入信號與反饋信號相加后，使輸入伺服放大器的信號為零時，這時伺服閥的主閥芯回到中間位置，不再有高壓油通向油動機任一腔室，此時閥門便停止移動，停留在一個新的工作位置［4］。

圖1 旁路閥門控制原理圖

2 油壓異常分析與處理

2.1 油壓急劇下降

2.1.1 油壓急劇下降過程及現象

在低旁快開調試過程中發現，當低旁快開指令發出后，如圖2 所示，低旁系統油壓急劇下降，由16.0 MPa 快速下降到13.4 MPa 且就地系統管道產生劇烈振動，導致低旁閥開到43.5% 時候有所停頓，然后再繼續開啟，延長了低旁快開時間。查看低旁系統其他閥門的動作歷史曲線，發現也有同樣的現象，而且油壓下降導致備用泵聯啟壓力開關動作，備用泵聯鎖啟動，隨后，油壓開始逐漸上升到正常值16.0 MPa。

圖2 低旁油壓急劇下降過程曲線

2.1.2 分析與處理

初步分析，由于低旁系統有兩路，共6 個閥門，低旁快開時，系統瞬間用油量增大，油壓確實會有所下降，但因柱塞泵的自動調節特性和蓄能器補油作用，油壓不可能下降3 MPa 左右。系統油壓急劇下降，可能由以下幾個原因造成:(1)系統存在大量泄油點;(2)柱塞泵故障，調節性能差;(3)溢流閥調整不當，泄油量過大;(4)蓄能器工作不正常，穩定性差;(5)伺服閥卡澀在某個位置，泄油量增大。

經排查，重點檢查了柱塞泵和蓄能器。首先，啟動另一臺油泵，待系統油壓穩定后，再次進行快開試驗，結果系統油壓仍是急劇下降。隨后，重新調整兩臺柱塞泵恒壓變量閥，系統油壓能及時跟蹤變化，說明柱塞泵并不存在問題。最后檢查蓄能器進、出口截止閥和充氮壓力，發現蓄能器進口截止閥在系統耐壓試驗完成后沒有再次打開，導致蓄能器沒有參與系統補油。于是，打開蓄能器進口截止閥，并重新測量了蓄能器的充氮壓力后，再次進行低旁快開試驗，低旁系統6 個閥門能夠正常開啟，系統油壓只下降了0.5 MPa。因此，在系統調試前，應認真檢查系統管路和各閥門的狀態是否正確，才能防止各種異常發生。

2.2 油壓緩慢下降

2.2.1 油壓緩慢下降過程及現象

在機組的某次點火啟動前，進行旁路動作檢查。運行人員啟動A 油泵，待系統油壓建立正常后(16.0 MPa)，給高旁閥5%的指令，結果高旁閥開到5%后又緩慢關閉至零，且系統油壓緩慢下降，如圖3 所示。當油壓下降到14.5 MPa 時，運行人員隨即啟動B 油泵，系統油壓逐漸恢復正常。接著又分別啟停A、B 泵，系統油壓仍不能維持穩定并緩慢下降，且給高旁閥指令時，閥門始終處于全關位置。

圖3 高旁油壓緩慢下降過程曲線

2.2.2 分析與處理

就地檢查發現，油泵聲音比正常運行時大且振動也大，說明油泵有過載現象。同時，高旁閥油管道產生劇烈振動，且回油管比其他閥門回油管熱，而此時高旁閥指令為零。于是關閉高旁閥進油截止門，啟動一臺油泵，待系統油壓恢復正常后，試驗高旁噴水調節門，閥門能正常開啟且系統油壓正常，說明系統油路不存在問題。初步判斷可能是高旁閥伺服閥卡澀，泄油量增大，從回油管溫度高和油泵過載現象可以看出［5］。由于伺服閥的閥芯與閥套間隙只有2 μm 左右，極易造成卡澀，一旦卡死，將導致調節過程無法控制。更換高旁閥伺服閥后，閥門動作正常且系統油壓穩定。

從以上的分析可以看出:伺服閥是高精密液壓元件，其抗污染能力差，對運行、維護、檢修有相當高的技術要求。伺服閥故障大多數都是由于油質的劣化。因此，平時應嚴格控制油質，油中顆粒度指標過高，會引起控制元件卡澀、節流孔堵塞及加速液壓元件的磨損等［6］。

2.3 油壓頻繁波動

2.3.1 油壓頻繁波動過程及現象

在機組某次停機開旁路泄壓時，發現高旁閥反饋信號極不穩定，波動大且頻繁擺動，系統油壓也頻繁劇烈波動，如圖4 所示。就地檢查發現，整個高旁系統油管道產生劇烈振動，且回油管溫度高，高旁閥頻繁上下抖動。換另一臺油泵試驗，現象并沒有消除。

2.3.2 分析與處理

針對以上調節系統頻繁擺動現象，采取了以下處理對策:(1)更換伺服閥;(2)檢查油動機與閥門連接處是否松動;(3)檢查位移傳感器LVDT 是否松動、脫落;(4)檢查伺服閥指令線是否松動;(5)重新調整VPC 卡內部的增益設置;(6)更換LVDT和VPC 卡;(7)檢查油泵調節裝置。

經過上述排查處理后，系統油壓頻繁波動現象仍然沒有消除。接著，就地給高旁閥的換向電磁閥加信號，結果閥門能夠正常開啟且油壓正常;隨后又拔下高旁閥伺服閥插頭，使用伺服閥測試工具通過外加信號的方法將閥門開啟，而此時閥門反饋信號沒有擺動;同時還關閉高旁閥進油截止門，試驗高旁噴水調節閥，發現該閥能夠正常平穩開啟且系統油壓穩定。通過以上分析，可以得出是高旁閥故障導致系統油壓不穩。因此，最終判斷為熱工信號存在問題，要求電建人員檢查伺服閥信號是否有接地和線路短接現象，結果發現VPC 卡中LVDT 變送器外殼與電路板之間存在短路現象，造成VPC 伺服系統輸出信號中含有交流干擾分量，進而造成旁路調節系統出現干擾信號。于是對VPC 卡中LVDT 變送器外殼和電路板上進行隔離處理，消除短路故障，成功解決了調節系統擺動問題。

圖4 高旁油壓頻繁波動過程曲線

3 總結

CCI 液壓旁路系統具有較為完善的調節、控制及保護功能和動態快速響應特性。伺服閥是旁路液壓執行機構的核心元件，對旁路系統的安全可靠運行至關重要。平時應加強對抗燃油的油質維護，保證油質污染顆粒度和酸值在標準范圍內，防止伺服閥因油質變差而卡澀。對系統出現的問題，應仔細分析系統各重要參數(指令、閥位、油壓、油溫等參數)變化情況是否異常，將異常閥門隔離，然后對懷疑的部件進行逐個更換或解體檢查，通過對油流聲音的大小、油管溫度的高低、油管振動情況是否異常等的判斷，尋找突破點進行分析處理。

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［3］鄒家懋.秦山核電站300 MW 機組EH 系統改造與故障分析［J］.汽輪機技術，2003(4):243－245.

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