火電機組汽輪機調節系統伺服閥常見故障分析

（山西魯能河曲發電有限公司，山西 忻州 036500）

汽輪機調節系統是火電機組的核心系統，它關系著汽輪機的正常調節和安全穩定運行。目前，國內600MW及以上機組調節系統均采用高壓抗燃油電液調節系統。某電廠600MW汽輪機為東方汽輪機廠生產的亞臨界凝汽式汽輪機，調節系統由東方汽輪機廠配套提供。汽輪機調節系統采用磷酸脂抗燃油系統進行驅動調節，調節系統中的關鍵部件電液伺服閥由美國穆格公司生產，型號為M00G072。

1 電液伺服閥的結構及工作原理

下面以美國穆格M00G072型伺服閥為例，介紹其結構及工作原理（圖1）。

（1）伺服閥的結構介紹。M00G072型伺服閥由電磁控制部分和閥體液壓兩部門組成。電磁部分是磁式力矩馬達，主要由磁鐵、導磁體、可動銜鐵、控制線圈和彈簧管組成；液壓部分主要由閥體、閥套、滑閥、噴嘴、擋板、反饋桿、節流孔、過濾器等部件組成，滑閥通過反饋桿與銜鐵、擋板組件相連。該型式的伺服閥優點是結構緊湊，外形尺寸小，線性度好，響應快，工作可靠、壽命長；缺點是由于噴嘴擋板的工作間隙小，對油的清潔度要求較高。

圖1

（2）伺服閥的工作原理。伺服閥又稱電液轉換器，它將控制輸出信號轉換成液壓信號。高壓抗燃油進入伺服閥分成兩路，一路經過濾器過濾后進入滑閥兩側腔室，然后進入噴嘴與擋板間的控制間隙中流出，另一路由滑閥控制推動油動機活塞動作。其原理如下：在穩定工況下，無電流輸入時，在彈簧管支撐下銜鐵處于導磁體的中間位置，擋板在噴嘴的中間位置，擋板兩側與噴嘴的距離相同，噴嘴兩側的油壓一致，滑閥處于中間位置，閥無液壓輸出。

當執行機構需要動作時，電流由伺服閥放大器輸入，力矩馬達中的電磁線圈產生磁通，可動銜鐵在磁鐵上產生旋轉力矩作用下旋轉，同時帶動與其相連的擋板轉動，擋板移近一只噴嘴，使該噴嘴流量變小，噴嘴前的油壓變高，而對側的噴嘴與擋板距離變大，使噴嘴前的油壓降低，這樣實現了將電信號轉變為力矩而產生機械位移信號，再轉變為油壓信號，并通過噴嘴擋板系統將信號放大。擋板兩側的噴嘴前油壓與下部滑閥的兩個腔室相連通，當兩個噴嘴前油壓不相等時，滑閥兩端的油壓也不相等，油壓差使滑閥移動，滑閥上的凸肩控制油口的開啟或關閉，以此控制油動機活塞下腔的進、回油，實現閥門的開啟或關閉。滑閥移動時，使反饋桿產生彈性形變，對銜鐵擋板組件產生反轉矩，當作用在銜鐵擋板組件上的電磁轉矩、反饋桿反轉矩等力矩達到平衡時，滑閥停止移動，達到一個平衡位置，閥門開、關動作完成。

為了增加調節系統的可靠性，在伺服閥中設置了彈簧管，彈簧管設有一定的機械偏零，其作用為：如果伺服閥在運行中突然斷電，借助機械力量可以使滑閥偏移一側，使汽閥關閉；彈簧管還有一個重要的負反饋作用，它可以增加調節系統的穩定性，當電信號輸入使擋板移動后，滑閥移動，此時彈簧管會產生彈性變形，平衡掉部分滑閥壓差，防止在滑閥兩端面壓差力作用下，滑閥由中間位置被推向一端的極限位置，造成油動機活塞移動量過大，導致汽門調節過程中產生振蕩等問題。

2 電液伺服閥常見故障分析

調節系統電液伺服閥在運行過程中發揮著重要作用，根據多年運行、檢修情況，歸納了伺服閥存在的常見故障為卡澀、密封圈損壞、閥芯部件腐蝕磨損、緊固螺栓斷裂等，針對以上常見故障，進行分析、總結并提出處理措施。

（1）伺服閥堵塞、卡澀。調節系統在運行過程中會經常出現伺服閥卡澀問題，嚴重影響機組的安全穩定運行。統計發現，伺服閥堵塞占伺服閥故障次數的75%以上。一旦發生卡澀，會造成汽輪機汽閥開、關位置異常，處于全開或全關狀態無法實現調整。主要原因為伺服閥的閥芯與閥套間隙只有2μm，噴嘴與擋板間的間隙在3μm左右，極易發生堵塞卡澀，當油中有顆粒卡在當中時，就會使擋板始終靠近一個噴嘴且反饋桿無法將其拉回，造成滑閥兩端的差壓始終存在，滑閥始終移向一個方向，導致油動機處于全開或全關位置而無法控制。伺服閥發生卡澀時，運行人員不要著急進行操作，將指令輸入過高或過低，這樣容易造成閥門突關而引起參數大幅波動，影響機組安全穩定運行。運行人員應做好事故預想，同時聯系汽機、熱工檢修人員共同分析，制定好處理措施后，再開展后續處理工作。

（2）伺服閥密封圈損壞。伺服閥因密封圈失效或損壞問題易發生泄漏故障。主要原因：一是伺服閥長期在溫度較高的環境下運行，密封圈長期使用后老化未及時更換造成泄漏，二是密封圈材質、質量不符合要求造成泄漏，三是在檢修過程中，檢修工藝不良造成泄漏。

針對以上原因，為避免發生伺服閥密封圈密封失效導致的泄漏問題，提出以下處理措施：一是建立、完善密封件更換、檢修臺賬。建立抗燃油系統特別是調節系統中各伺服閥、電磁閥等設備密封臺賬，重點做好密封圈更換時間記錄。根據記錄，對密封圈進行定期檢查、更換，避免因長期使用老化損壞造成泄漏。二是把好密封圈質量關。目前，火電機組抗燃油一般使用磷酸酯抗燃油，其對金屬材料本身沒有腐蝕性，但油中的水分、氯含量、電阻率和酸值等指標超標都會導致金屬部件的腐蝕。因此，伺服閥使用的密封圈必須注意其材質、質量。如果使用不符合要求材質的密封圈，不但會造成伺服閥泄漏，還會污染抗燃油，使抗燃油變質。材質必須滿足可以長期在高溫、高壓的抗燃油中正常使用，同時滿足被壓縮后正常變形量情況下不會泄漏。硅橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯可以在磷酸酯抗燃油中適應，一般選用氟橡膠作為密封材料。在伺服閥檢修時，必須對密封圈材質進行檢查確認，密封圈備件到貨后做好質量驗收，同時在使用前進行外觀檢查，不能有變形、磨損等缺陷；不能使用老化、過期的密封圈；在安裝時嚴格檢修工藝，確保密封圈安裝到位，防止發生泄漏。

（3）伺服閥本身腐蝕、磨損及力矩馬達故障。伺服閥在運行過程中，本身會發生故障，主要表現為控制系統短路或斷線、零部件腐蝕、磨損等。造成伺服閥本身故障的原因較多，如抗燃油油溫過高、酸值超標、水分超標、顆粒度不合格等。對閥體部分，存在腐蝕、磨損問題，主要是油質不合格造成，同時由于系統運行壓力較高，也會對閥造成磨損。閥內部噴嘴、節流孔、通道、滑閥的凸肩等部件發生腐蝕、磨損后，會造成內漏，零偏增大，流體噪聲增大，導致系統調節不穩定。在運行過程中，要加強對油質的監督，減少腐蝕情況的發生，同時定期對伺服閥進行維修，對磨損嚴重的定期進行更換。對力矩馬達部分，存在松動、斷線等問題，主要原因為設備存在振動，造成固定螺栓松動，同時，部分伺服閥工作的環境溫度較高，造成電子元件損壞，使閥無法動作，影響系統調節。在運行過程中，要加強對伺服閥力矩馬達的檢查，防止因振動造成螺栓松動，同時做好伺服閥環境溫度的監測工作，如溫度過高，及時采取措施，避免電子元件的損壞。

（4）伺服閥緊固螺栓斷裂。伺服閥緊固螺栓對伺服閥的安全運行起著重要作用。截至目前，火電機組已發生多起因伺服閥螺栓斷裂造成機組非計劃停運的事件，如某600MM亞臨界機組運行過程中汽輪機高調門伺服閥螺栓斷裂，導致抗燃油系統漏油造成機組非計劃停運，某電廠給水泵汽輪機高調門伺服閥連接螺栓斷裂造成機組非計劃停運，這表明對伺服閥螺栓的重要性認識存在明顯不足。

伺服閥螺栓斷裂的主要原因之一是疲勞斷裂，螺栓使用后可能發生一定的松動，產生徑向或軸向作用力，造成斷裂；二是螺栓制造加工存在缺陷；三是螺栓強度不滿足要求，螺栓承受的力大于螺栓強度造成斷裂；四是螺栓材料達不到要求，選用螺栓時材料等級偏低；五是螺栓緊固工藝不當，預緊力過小會導致泄漏，預緊力過大，會損傷螺栓甚至斷裂。因此，如何控制螺栓預緊力是必須重視的問題。

為防止螺栓發生斷裂問題，建議一是根據實際運行工況，選用高強度、韌性及抗疲勞性能較好的螺栓，目前部分火電機組已將伺服閥螺栓強度由原來的8.8級提高至12.9級；二是做好螺栓到貨后驗收工作，制定和完善相應的驗收標準，防止不合格螺栓使用；三是在檢修期間做好螺栓檢測工作，根據相關導則要求“對大于和等于M32的螺栓均應依據DL/T694進行100%超聲檢測，必要時可按NB/T47013.4、NB/T47013.4進行磁粉檢測、滲透檢測，或進行其他有效的無損檢測”，而伺服閥螺栓不在監督范圍內。因此，建議各火電機組將伺服閥螺栓檢測納入金屬檢測內容并定期檢測；四是嚴格螺栓緊固工藝，按力矩要求緊固螺栓；五是做好日常巡檢工作，檢查螺栓固定情況，發現松動時及時緊固處理。

3 電液伺服閥運行及維護工作的建議

（1）加強對伺服閥檢修的管理。伺服閥在更換時，原則上應選用與原來使用規格型號相同的；做好伺服閥臺賬，運行一定的時間后，聯系專業廠家對伺服閥進行清洗、檢測、做耐壓試驗，通過專業設備可以徹底完成清洗工作，并通過試驗和調整使伺服閥處于最佳的工作狀態，防止事故的發生。

（2）加強對抗燃油系統油質的管理。伺服閥對油質的要求很高，目前火電機組普遍采用磷酸酯抗燃油，在使用過程中會發生顆粒度和酸值超標問題。據有關資料介紹，80%的伺服閥故障是由于油液污染造成的。因此，加強抗燃油油質控制，對調節系統的安全可靠運行至關重要。為保證抗燃油油質，應加強油質的監督，嚴格按照DL/T571-2014《電廠用磷酸脂抗燃油運行維護導則》的規定開展工作，確保顆粒度SAE AS4059F等級≤6級，酸值≤0.15mgKOH/g。發現油質異常時要縮短分析周期。在維護工作中，建立抗燃油系統濾芯更換臺賬，定期對系統各濾芯進行檢查、更換，同時開展定期濾油工作，保證油質合格。在檢修過程中，必須做好抗燃油系統設備的防護、封堵工作，防止污染油質；同時，盡量避免凡士林等潤滑劑在液壓設備上的使用，避免對抗燃油油質造成老化或污染。目前，抗燃油基本上采用進口油，建議做好抗燃油儲存工作并做好臺賬記錄，在加入新油前，做好混油試驗，防止發生油質惡化。

（3）加強運行過程中的管理。在運行過程中，加強對伺服閥溫度的檢查，盡可能降低其工作環境溫度；同時，對靠近熱力設備的抗燃油供油、回油管路進行隔離、阻斷熱源傳遞。

在機組啟動前，對伺服閥零位偏置進行試驗，在伺服閥失電的情況下，被控制的汽閥應緩慢關閉，同時記錄好關閉時間，發現問題及時對伺服閥進行檢查、更換。嚴格按制造廠家要求開展高壓調門活動試驗，不但可以防止閥門發生卡澀問題，而且可以促使油動機內油的循環，防止油動機活塞底部高溫抗燃油長時間囤積，造成抗燃油的劣化。根據運行經驗，伺服閥在正常條件下應結合機組A級檢修機會聯系專業廠家進行檢測、修復，如具備條件，建議每年對伺服閥進行清洗，以保證伺服閥具有良好的性能。

4 結語

電液伺服閥作為火電機組調節系統的關鍵部件，其微小故障將嚴重影響機組的安全穩定運行。本文重點介紹了電液伺服閥結構原理、對常見的故障進行了分析并提出了處理措施及相關建議，加強對伺服閥的管理，對火電機組的安全穩定運行尤為重要。上述總結還不全面，需要在以后的工作中加強這方面的研究，不斷地提高調節系統的可靠性。