液壓旁路系統調試技術要點及故障分析

何冬輝，趙奕州

(國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

液壓旁路系統調試技術要點及故障分析

何冬輝，趙奕州

(國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

某型機組配備了蘇爾壽液壓旁路系統。根據旁路系統運行的技術要點，對系統進行調試。在旁路系統的啟動及調試過程中，常易發生某些故障。根據故障現象，分析了故障產生的原因，并進行了相應處理，為同類型機組的液壓旁路系統的調試工作及日常運行，提供參考。

機組； 液壓； 旁路； 調試； 技術； 故障； 處理； 對策

0 概 述

在發電機組中，合理運用旁路系統，有利于縮短啟動時間，降低能耗，減輕缸體金屬的疲勞損傷，使機組盡快處于最佳運行工況1。蘇爾壽CCI液壓旁路系統，具有快速響應和良好的動態調節特性，已應用于眾多機組中。但是，因旁路系統常出現伺服閥故障、執行機構卡澀、油壓異常、閥門擺動或拒動等故障，嚴重威脅了機組的安全運行，必須引起足夠重視[2]?，F根據蘇爾壽CCI液壓旁路系統的布置特點，結合調試某新建機組旁路系統所積累的經驗，綜述了調試時的技術要點。在旁路系統啟動及調試過程中，常易發生某些異?，F象，對產生這些現象的原因進行了分析，并作相應處理。

1 旁路系統的布置

1.1 系統的組成

某新建300 MW機組的旁路系統，采用了蘇爾壽CCI產品。在高壓旁路和低壓旁路系統中，主要由供油系統和執行機構兩部分組成。供油系統采用了獨立的液壓油站，執行機構由1個高壓旁路閥(高旁閥)、1個高壓噴水調節閥、1個高壓噴水隔離閥、2個低壓旁路閥(低旁閥)、2個低壓噴水調節閥、2低壓個噴水隔離閥以及各閥之間相連管路所組成。

1.2 液壓油站工作原理

液壓油站的工作原理，如圖1所示。油箱中的抗燃液壓油，通過泵入口截止閥K1或K2、吸油濾器進入恒壓變量泵，再經泵出口濾芯、單向閥、泵出口截止閥K7或K8進入高壓油母管，其中蓄能器與高壓油母管并聯。液壓油站的輸出壓力值為(16±0.2)MPa。安全閥的設定值為(19±0.2)MPa，若油站系統的壓力異常，即高壓油母管壓力達到(19±0.2)MPa時，安全閥動作，起到過壓(溢流)的保護作用。

圖1 液壓油站工作原理圖

當泵出口處濾芯的壓差大于(0.5±0.05)MPa，目視式壓差開關的按鈕會自動彈出，此時，需更換泵出口處的濾芯。恒壓變量泵啟動后，泵以全流量向系統供油(40 L/min)，同時也給蓄能器充油。當泵的輸出壓力達到調壓閥的調定壓力，高壓油將推動恒壓變量泵上的控制閥，控制閥引發泵的變量機構動作，使泵的輸出流量減少。若泵的輸出流量和系統用油流量相等，泵的變量機構就處于某平衡位置。因此，當系統需要增加或減少油量時，泵的輸出流量會自動改變，系統油壓維持在(16±0.2)MPa。當系統的瞬間用油量大于泵的輸出流量時，蓄能器將參與供油。

1.3 液控閥門工作原理

低壓噴水隔離閥(LBD)、高壓噴水隔離閥(HBD)的執行機構，均屬于開關型兩位式執行機構，如圖2(a)所示。開關型閥門的工作原理為：三位四通電磁換向閥接受來自DSC控制信號，當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，同時泄掉上腔控制油，實現閥門全開；當油缸下腔的油通過節流閥、液控單向閥、電磁閥回到油箱，同時高壓油進入上腔，實現閥門全關。

低壓旁路閥(LBP)和低壓噴水閥(LBPE)、高壓旁路閥(HBP)、高壓噴水閥(HBPE)的執行機構，屬于連續控制的伺服型執行機構，可以將閥門控制在任意位置上。按照控制要求，調節蒸汽量以適配汽輪機的運行需求。調節型閥門的示意圖，如圖2(b)所示。調節型閥門的工作原理為：伺服閥控制高壓油的通道開閉。伺服閥接受計算機處理后的電氣信號，在電液轉換器-伺服閥中進行放大處理，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，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，從而控制相應旁路閥門在任意位置3。

圖2 旁路閥門控制原理圖

2 調試技術要點

2.4 調試前準備工作

調試前，參照旁路油管路系統圖，檢查油管路的安裝狀態，包括各支路管道、油泵的出入口、測點表的安裝等；油動機就位于各相應的閥門，并正確連接油動機框架及閥桿，伺服閥、位移傳送器及行程開關應安裝完畢。用充氣工具核查蓄能器壓力，若蓄能器的氮氣壓力低于(10.4±0.2)MPa，應補氣。嚴禁在無油和空吸狀況下啟泵，首次啟泵前，應對泵體注油，按泵的旋轉方向手動盤動聯軸器，排出吸油泵芯內的空氣。

2.5 耐壓試驗

關閉蓄能器組件上的截止閥，隔離蓄能器。啟動液壓油泵，調整調壓螺絲釘，使系統壓力增至21 MPa，維持3 min，檢查系統的各部接口、焊口等處，不應有泄漏和變形(此時溢流閥的調壓應大于21 MPa)。耐壓試驗結束后，打開蓄能器組件上的截止閥，使蓄能器投入運行。

2.6 溢流閥的設定

先將溢流閥調壓手柄松開，再將待調變量泵調壓閥的調壓螺桿擰緊，緩慢調緊溢流閥調壓手柄，使壓力變送器上的壓力表值為(19±0.2)MPa，然后，鎖緊溢流閥調壓手柄，將壓力保持在(19±0.2)MPa，溢流閥的壓力設定完畢。

2.7 系統油壓的設定

安全閥壓力設定后，將A 泵調壓閥的調壓螺桿緩慢擰松，觀察壓力變送器的壓力由(19±0.2)MPa下降至5 MPa時，再緩慢擰緊調壓螺桿，使壓力上升為16 MPa，反復二次后，再鎖緊A泵調壓閥螺桿，使該A泵的輸出壓力為(16±0.2)MPa。A泵的壓力調整完畢，停A泵。用同樣方法，調整B泵，使B泵的輸出壓力為(16±0.2)MPa，B 泵的壓力調整完畢。

2.8 閥門的靜態調試

用信號發生器給伺服閥發出正負信號，使油缸帶動閥桿運行至上級、下級的極限位置，測出閥桿的最大行程。采用瞬態數據記錄儀，按照全行程啟閉動作，通過手動加載信號統計旁路閥門快開、快關所需時間，其快速開、關時間，應分別小于3 s。

2.9 閥門的動態調試

在正式投運旁路系統前，需進行邏輯功能檢查(自動調節及關閉保護)。根據機組啟停期間的運行情況，投入旁路系統，系統壓力和溫度調節設定為自動。根據旁路閥的設計參數，分別在機組冷態、熱態等工況下，檢查旁路系統的投運情況，檢查運行參數是否符合設計值。在動態投運過程中，仔細觀察各調節系統的調節過程，核查各調節系統的調節狀態，并進行調節參數的設定與調整。當閥門動作時，應檢查系統油壓、油溫的變化情況，并觀察各閥門是否存在擺動等現象。

2.10 信號系統的校驗

按照連鎖保護試驗卡，檢查各個壓力開關動作和儀表盤指示是否正常，檢查相關報警裝置及聯鎖保護裝置，如低油壓聯鎖備用泵等設備。該系統可手動在線試驗泵聯鎖壓力開關的動作，若系統壓力低于(13.5±0.2)MPa時，此開關應自動接通。試驗時，將液壓箱內的開關K18和K15打開，模擬系統壓力低于(13.5±0.2)MPa，檢查泵聯鎖壓力開關是否動作。

3 故障分析與處理

3.1 伺服閥故障

電液伺服閥是液壓旁路系統中非常重要的電液轉換元件，其性能的優劣將直接影響到旁路系統的安全運行。如果電液伺服閥故障，將導致系統發生閥門拒動、閥門突然失控、閥門擺動、閥門遲緩率大、閥門關不到位等現象。

在該機組某次啟動過程中，隨著主汽壓力上升，運行人員打開高旁閥以控制系統壓力，當高旁閥開至5%后，又緩慢關閉至零，同時，發現系統油壓出現緩慢下降，此時，系統油壓的變化曲線，如圖3所示。當系統油壓下降至14.5 MPa， B油泵啟動，待系統油壓逐漸恢復正常后，B泵停運，而系統油壓再次緩慢下降。讓B泵保持運行，停運A泵，油壓仍然緩慢地下降。再次給高旁閥指令時，閥門拒動。檢查后發現：(1)油泵聲音異常，且振動較大。(2)油泵電流由正常運行時34A上升至54A，說明油泵有過載現象。(3)當高旁閥處于全關狀態時，或將伺服閥的接線拔出，高旁閥回油管道的溫度，明顯比其它閥門回油管的溫度高，同時，閥內有泄油聲，且閥體產生劇烈振動。

圖3 高旁系統油壓下降曲線

首先，關閉高旁閥進油截止門，待系統油壓正常后，分別試驗高旁噴水調節門和高旁隔離閥，閥門的動作正常，且系統油壓并未出現下降，這樣便可排除油泵和系統油路故障，僅僅是高旁閥的故障。根據(1)～(3)故障現象，初步判斷高旁閥伺服閥存在內漏，泄油量比較大，導致系統油壓下降4。伺服閥內漏最常見故障是卡澀和磨損5。由于伺服閥的閥套與閥芯之間的間隙較小，僅約2 μm，如果液壓油中雜質的顆粒度較大，極易造成伺服閥的卡澀。伺服閥閥口的磨損，也能引起伺服閥內漏量的增大。更換了高旁閥伺服閥，故障被消除。

3.2 熱工信號故障

在該機組某次停機過程中，打開旁路泄壓時，在高旁閥指令不變的情況下，高旁閥的反饋信號發生周期性的連續波動，且波動幅值大，同時，系統油壓也隨之劇烈波動。高旁閥的擺動曲線，如圖4所示。經就地檢查發現，回油母管的溫度極高，且整個高旁系統內所有油管道均產生了劇烈振動，高旁閥的閥體上下抖動。

圖4 高旁閥的振動曲線

由于涉及系統零部件較多，因此，需要對零部件逐個進行排除，首先應檢查比較容易檢查和處理的零部件。(1)啟動另1臺油泵，發現故障現象并沒有消除，排除了油泵故障。(2)檢查LVDT接線是否已脫落或松動。(3)檢查油動機與閥門連接處是否松動。(4)檢查伺服閥指令線是否松動。(5)重新調整VPC卡內部的參數配置。(6)更換LVDT和VPC卡。(7)檢查2臺油泵的調節裝置。(8)更換高旁閥伺服閥。(9)檢查蓄能器壓力是否正常，截止門是否已打開。經過排查及相應處理后，故障現象并未消除。

隨后，關閉了高旁閥進油截止門，分別試驗高旁噴水調節閥和高旁隔離閥，閥門動作正常且系統油壓穩定。拔下伺服閥插頭，輸入外加信號，開啟高旁閥，高旁閥的開關動作正常。就地單獨給高旁閥的快開、快關電磁閥加信號，閥門的動作也正常。通過試驗，得出僅是高旁閥故障導致系統油壓波動，初步判斷，可能還存在外部熱工信號的干擾，逐一排查伺服閥信號是否有接地和線路短接現象，發現VPC卡中，在LVDT變送器外殼與電路板之間存在短路現象，導致VPC伺服系統輸出信號中含有交流干擾分量，進而造成高旁閥指令出現干擾信號。于是對LVDT變送器外殼和電路板進行隔離處理。消除了短路故障后，高旁閥的振動現象隨之消失。

3.3 蓄能器故障

蓄能器是能量儲存裝置，可保持系統油壓的相對穩定，改善了系統的動態品質，同時，可降低運行噪聲。

在進行低旁閥快開試驗時，當快開指令發出后，發現低旁閥開度至44%后，有所停頓，然后再繼續開啟。同時，低旁系統油壓由16.0 MPa急劇下降至13.4 MPa，導致低油壓開關動作，備用泵聯鎖啟動。當閥門全開后，油壓逐漸恢復到正常值16.0 MPa。低旁油壓急劇下降曲線，如圖5所示。

圖5 低旁油壓急劇下降曲線

低旁油壓劇降后，系統管道產生了劇烈振動。就地檢查后，發現無漏油現象。由于低旁系統有6個閥門，低旁快開時，系統用油量瞬間增大，油壓確會有所下降，但因柱塞泵的自動調節特性和蓄能器補油作用，油壓不應下跌3 MPa。觀察低旁其它閥門的動作曲線，發現存在同樣現象，說明是系統存在故障。經排查后，重點檢查了柱塞泵和蓄能器。(1)單獨啟動另1臺油泵，快開低旁，故障并未消除。(2)重新調整2臺柱塞泵恒壓變量閥，系統油壓能及時跟蹤變化，從而排除2臺柱塞泵故障。(3)檢查蓄能器的進、出口截止閥和充氮壓力，發現蓄能器進口截止閥沒有打開，導致蓄能器沒有參與系統補油。打開蓄能器進口截止閥后，再次進行低旁快開試驗，低旁系統6個閥門快速開啟，系統油壓僅下降0.5 MPa。

4 結 語

蘇爾壽CCI液壓旁路系統具有較為完善的調節控制及保護功能，兼有動態快速響應的特性。在調試過程中，應充分暴露系統與設備安裝中存在的問題，以便及時分析和處理。對液壓旁路系統出現的問題，應仔細分析系統各項參數的變化情況(如閥位、油溫、油壓等)，就地檢查油管溫度的高低，監聽油流聲音的大小，觀察油管的振動情況。如發生異?，F象，首先應判斷是系統問題，還是個別閥門的問題，將疑似故障閥門進行隔離，尋找突破點進行分析和處理。

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Commissioning Technical Essential and Fault Analysis of Sulzer CCI hydraulic Bypass System

HE Dong-hui, ZHAO Yi-zhou

(Northeast Electric Power Research Institute Co., Ltd., Shenyang 110006， Liaoning, China)

A type of unit is equipped with Sulzer hydraulic bypass system. According to the technical points of the bypass system, the system is debugged. During the start-up and commissioning of the bypass system, some faults often occur. According to the fault phenomena, the causes of the faults are analyzed, and the corresponding treatment is carried out, which provides reference for the hydraulic system of the same type.

unit; hydraulic pressure; bypass; commissioning; technology; fault; treatment; countermeasures

1672-0210(2017)01-0039-04

2015-12-18

何冬輝(1982-)，男，工程師，碩士，從事火電汽輪機組的調試工作。

TK223.7+4

A