某熱電廠汽輪機高調門指令、反饋偏差大的分析及處理

摘 要：針對某熱電廠#1機組高調門指令、反饋偏差逐年變大的問題，通過分析高調門伺服系統及高調門調節保安系統，推斷出油路中有雜質影響通油流量是故障的主要原因，并判斷堵在高壓油動機滑閥底部的可能性最大，停機后證實確有鎢金碎塊堵在該處。

關鍵詞：高壓油動機;滑閥;DDV閥;鎢金塊;主油泵

某熱電廠安裝2臺100MW熱電聯產機組，2005年投產，哈汽廠一次調節單抽汽式汽輪機，單個高調門通過凸輪控制4個進汽調節閥。2013年以來，該廠#1機組高調門指令、反饋之間偏差自開機后逐漸變大，之后基本穩定在某一值，該值呈逐年遞增趨勢。經過熱工和機務專業協作，分析高調門控制油路含雜質是故障的主要原因，之后清理雜質并加強濾油后故障得到徹底處理。

1設備結構及工作原理

1.1 高調門調節保安系統

哈汽N110/C68-8.83/0.981機組高調門調節保安系統。機組運行時，主油泵將壓力油油壓提升至2.0MPa，一路壓力油經高壓油動機滑閥補給一次脈沖油，另一路經粗濾、精濾、DDV閥補給一次脈沖油。一次脈沖油連接危急遮斷器滑閥、OPC滑閥、可調節流閥。高調門電調系統、伺服控制系統的動力油使用機組透平潤滑油源，無EH油系統。

1.2 電調控制系統

汽輪機調速系統采用上海新華的DEH-ⅢA型數字低壓純電調控制系統。

伺服控制系統由伺服控制卡（VPC）、伺服閥（DDV）、油動機、LVDT等構成。DEH閥位指令和OFFSET信號（啟動偏置）求和，通過VPC卡輸出±10mA信號控制DDV閥，由DDV閥將電信號轉換成脈沖的液壓信號，該油壓送入油動機以準確控制油動機位移，當LVTD#1、LVTD#2高選值和DEH閥位指令相等時閥門停止運動，形成閉環控制回路。

2故障現象

由于機械磨損、閥門靜態調試存在偏差等原因，該型機組高調門指令、反饋偏差值在3%內屬正常，但近年來該偏差值已逐步超過6%。經核對，現場閥位與DCS顯示閥位相同，閥位（LVDT）測量正常。

某年6月6日，緊急停機后#1機組啟動，其偏差值達到21%且有異常波動，隨運行時間增加該值最終大于23%，導致機組無法滿負荷運行被迫停機處理缺陷。

3原因分析

除存在偏差外，高調門指令、反饋波動曲線吻合;另外，機組運行時負荷加、減也正常。分析高調門伺服系統工作原理，在排除了LVDT故障可能性后，還有DEH指令、VPC卡、DDV閥、油動機、可調節流閥等設備待驗證。

3.1 DEH指令

停機后檢測高調門指令AO、AI通道，通道最大切換誤差為0.17%，小于通道本身精度0.25%，符合廠家要求。另外，自機組投產以來高調門電液伺服控制系統運行穩定，不存在設備接線錯誤或強電磁干擾的問題，且電磁干擾通常現象不規律，很難出現高調門指令、反饋波動曲線吻合這種現象。

3.2 VPC卡

該電廠VPC卡及端子板使用8年，運行情況一直穩定，雖然可能存在電子元件日益老化的問題，但電子元件老化引起的故障現象通常會引起高調門無規律的波動，或者閥門控制失靈，但目前的故障現象除了指令、反饋偏差大外，閥門的顯示、控制均正常，S值也非常穩定。停機后執行VPC卡調試步驟，高調門開環中位、零位及滿度調試均正常，閥門階躍試驗也穩定，可排除VPC卡及端子板引起故障的可能性。

3.3 DDV閥

DDV閥工作原理：主要由閥位控制器（集成電子線路）、位移傳感器、發套、閥芯、直線馬達（包括就中彈簧）等組成。當一個電指令信號施加到閥芯位置控制器集成塊上時，此電信號將轉換成一個脈寬調制（PWM）電流，震蕩器就使閥芯位置傳感器（LVDT）勵磁。經解調以后的閥芯位置信號和指令位置信號進行比較，使閥芯位置控制器產生一個電流給力馬達，力馬達驅動閥芯，一直使閥芯移動到指令位置。閥芯的位置與指令信號成正比。伺服閥的實際流量是閥芯位置與通過閥芯計量的壓力降的函數。

DDV閥作用是將DEH系統發出的脈沖電信號轉變成脈沖的液壓信號，從而來控制汽輪機調門的開度，從而達到控制汽輪機轉速和負荷的目的。DDV閥保持平衡就保持一次脈沖油壓不變，油動機就穩定在一個新的工作位置。

DDV閥芯與閥套盒間隙很小，只有2-3μm左右，一旦發生卡澀現象，機組就不能正常運行。如果DDV閥因雜質引起卡澀，則可能出現三種情況：①高調門在開啟時DDV閥卡澀，脈動油壓保持高值，閥門將一直動作至全開;②高調門在關閉時DDV閥卡澀，閥門將一直動作至全關;③高調門在保持穩定時DDV閥卡死，閥門將卡在當前位置無法變化。目前，高調門的實際現象與上述三種情況均不符，且機組負荷變化時響應速率正常，可判定DDV閥未卡澀。

除卡澀外，油路堵塞也會嚴重影響高調門開度。DDV閥前后油路通流量突降，會導致一次脈沖油壓突降，從而使高調門關小。DDV閥對油質的清潔度要求位NAS不低于6級。目前該機組DDV閥的壓力油經過兩級雙筒濾油器過濾，濾油器出口精度為20μm，可以清除或阻止油中混入的大顆粒雜質，防止閥芯卡澀，節流孔堵塞等故障的發生。經檢查，兩級濾油器濾芯潔凈，DDV閥前油壓值正常，差壓開關未報警，且機組臨停時DDV閥更換新備品后故障現象依舊，可判斷DDV閥及其前部油路堵塞的可能性較小。

3.4 油動機

高壓油動機為液壓反饋斷流式雙側進油油動機。油動機主要由滑閥（又叫錯油門）、油動機活塞、反饋LVDT 以及套筒等組成。

高調門長期在75%～90%區間運行，油動機缸體與活塞長期摩擦導致密封性小幅度下降，在該區間高調門指令與反饋偏差變大，約為2%，其它區間偏差小于1%。從開啟閥門到開度60%，偏差一直穩定在21%左右，油缸和活塞之間如果存在卡澀或密封性嚴重破壞，高調門響應應該出現明顯滯后且可能出現超調，但運行及停機后的調試均無該現象。

滑閥共分六檔油口，自上而下第一和第五油口為壓力油口，第二和第四油口分別與油動機活塞的上下油室相通，第三油口為排油口，第六油口為一次脈沖油室。當滑閥處于中間平衡位置時，作用在滑閥上下的油壓作用力是平衡的。

即? ? Pe×F1= Pm×F2

式中，F1為滑閥頂部的環形面積，cm2;F2為滑閥底部的面積，cm2;Pm為一次脈沖油壓，MPa;Pe為壓力油壓，MPa。

當滑閥下部的一次脈沖油壓Pm增大時，滑閥失去平衡而向上移動，高壓油經套筒上的油口進入油動機活塞的下部，而活塞上部則與排油相接通，在活塞上下油壓差的作用下，活塞向上移動，通過凸輪配汽機構，開大調節汽閥。油動機活塞向上移動后，反饋LVDT 將閥位送給伺服控制系統，伺服控制系統通過改變DDV閥芯位置減少一次脈沖油量，使一次脈沖油壓Pm下降，滑閥回到平衡位置封閉第二和第四油口，油動機活塞停留在新的平衡位置。反之，當脈動油壓Pm下降時，其動作過程與上述相反，油動機活塞將調節汽閥關小。

滑閥若卡澀，其現象應類似DDV閥芯卡澀的三種情況，目前的現象與其不符。

除卡澀外，分析油路堵塞的可能性。一次脈沖油主要由壓力油通過滑閥底部開口補充，其開口縫隙較小，壓力油未經粗濾油器、精密濾油器過濾，有存在雜質的可能。如果雜質堵塞在滑閥底部開口處，則油路通流面積減少，一次脈沖油壓下降，導致高調門突然關小，且雜質在滑閥底部，不會導致高調門卡澀。高調門滑閥有雜質堵塞油路的可能性很大。

3.5 可調節流閥

可調節流閥為針型閥，正常運行時該閥鎖死。可調節流閥的作用：通過調整開度控制一次脈沖油泄油量，建立一次脈動油初始油壓，該油壓略小于高調門滑閥平衡時的一次脈沖油壓，保證DDV閥失電時油動機能自動關閉。初始油壓不能過低，因為DDV閥通油量較少，一般不超過40 L/min，初始油壓過低導致DDV閥為保證高調門滑閥的力平衡而大幅度開啟，其閥芯平衡位置遠大于通常值55%，這將對開啟閥門造成不良影響。該油壓偏差值在閥門靜態調試時設置，在高調門即將開啟位置將可調節流閥再開大約半圈～1圈，由此產生的壓降值即為偏置值（OFFSET）。

目前存在異常現象：可調節流閥開度較正常位置已大幅度關小，通常剩余2～3圈才完全關閉，現在閥門靜態調試后只剩余半圈就會全關，這表明一次脈沖油排油量已大幅度減少。

理論上可調節流閥的錐形通流面容易堵塞雜質，但是在該處堵塞雜質會導致排油不暢通，一次脈沖油壓上升，高調門開度應變大，這與故障現象不符。在停機后的高調門靜態試驗中也大幅度開關了該閥，故障現象沒有變化，可調節流閥堵塞的可能性可以排除。

3.6 其他位置

一次脈沖油管道與危急遮斷器滑閥、OPC滑閥的兩處連接口密封不嚴，漏油量加大，也可能導致類似故障;另外，DDV閥后、三通接頭前的小段管道堵塞也有可能，但可能性很小。

3.7 原因綜述

綜上所述，可基本排除熱工控制設備（帶電設備）故障的可能性，判斷故障是由一次脈沖油壓突降引起，引起油壓降低的原因重點懷疑高調門滑閥有雜質堵塞油路，其次懷疑一次脈動油管道與其它設備連接處是否有泄露點，最后得出需要徹底檢查清掃高調門調節保安系統油路的結論。

4故障處理及防范措施

4.1 故障處理

機組停機檢修后，對高調門調節保安系統油路進行全面拆解檢查，在高壓油動機滑閥上部發現1塊5mm直徑鎢金，底部發現1塊長54mm、寬16mm、厚4mm大塊鎢金，在主油箱回油側底部發現1塊鎢金，主油泵入口平臺發現4塊鎢金，其它部位檢查未發現明顯異常。上述鎢金碎塊證實了之前的判斷，如此大塊的雜物堵在高壓油動機滑閥底部必然影響一次脈沖油壓，且碎塊形狀不規則，每次位置變化后油壓變化也不同，極端情況下出現嚴重故障。

經查資料，只有主油泵軸承采用鎢金材料，記錄顯示2007年主油泵曾因發生燒損軸瓦事故。推測該次搶修未能徹底清理油系統，導致鎢金碎塊逐年移動至目前位置，這反映出當時的汽機檢修工作存在一些疏漏。

通過用壓縮空氣吹掃油路毛細管道，大流量潤滑油沖洗油路主管道，以及用內窺鏡檢查主油泵內部等方法，充分清理了油系統雜物，同時采用更換主油箱底層透平油，延長油循環時間等措施作進一步處理。

機組開機后高調門指令、反饋偏差最大值降為2%且穩定不變，可以認為故障已得到有效處理。

4.2 防范措施

設備一般有壽命年限，到期后可對老化嚴重的部件進行更換。檢修回裝時要認真檢查和清理，避免由于雜物存在等原因，導致部件之間的銜接不到位，重點檢查油箱各處開口、組件鉛封及法蘭連接部位。可在油流死角區域加裝排污閥，定期開閥進行排污。其次，還需對油管道進行深度清洗，以及必要的化學清洗。具體落實有如下方面措施：

熱控專業：嚴格執行大修返廠清洗DDV閥、定期校驗壓力表及壓力開關、定期做DCS性能測試、開機前必須做閥門靜態調試等規定，同時關注設備的使用年限，通常8～10年更換VPC卡、DDV閥及DEH控制器等重要電子設備。

機務專業：檢修時注意防護，防止粉塵、焊渣、棉線、密封膠、鐵銹等雜物進入油系統，對彎頭、變徑、堵頭等部位進行重點檢查清理，對檢修后的油系統先用壓縮空氣吹，雜物用面團粘。采購新的濾油設備加強在線濾油工作，新增的可移動式濾油機過濾主油箱第二格儲油，現有固定式濾油機過濾第一格儲油，大修時定期更換透平油。及時消除軸封、冷油器、水封等相關部件結合層的泄露，避免進水。

運行方面：加強濾油、取樣工作。優化油質取樣，防止取到不流動的部分。加強油質監督、定期排污、保證汽輪機油清潔度，現有固定式濾油機由原來每天運行2小時改為每天運行24小時，新增的可移動式濾油機在油質下降時投入運行，雙重措施保證油質控制在6級以內。

5結語

低壓透平油純電調系統、伺服控制系統仍使用機組透平潤滑油液壓油源的老式機組存在較大安全隱患，油質的清潔度問題可能引發莫名原因故障，如：危急遮斷裝置誤動作、閥門卡澀、閥門抖動等，要完善檢修維護管理制度，機組運行中加強濾油并定期檢驗，檢修時也要加強管道吹掃清潔工作。

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作者簡介：

李林（1981-），男，湖南靖州人。中級工程師，工學學士，主要從事電廠熱工自動化及控制系統維護工作。