600MW汽輪機EH油系統伺服閥內漏常見故障分析

大唐陽城發電有限責任公司 支雁鵬

某電廠7號機組為哈爾濱汽輪機廠生產的NJK600-16.7/538/538型亞臨界間接空冷凝汽式汽輪機組，所配套EH油系統包括油箱、高壓柱塞泵、油動機、蓄能器等其他相關部件，基本功能是提供汽輪機組核心控制部分所需的動力油并驅動伺服執行機構。2019年4月機組小修后進行系統調試試運，抗燃油泵出口母管油壓為13Mpa（正常運行時油泵啟動后壓力為14.0±0.5Mpa），較正常運行偏低且抗燃油箱油溫緩慢上漲至60℃（正常運行40～50℃），嚴重影響機組正常啟動和安全穩定運行。

1 原因分析及處理

1.1 原因分析

EH油系統試運時母管油壓低、油溫緩慢升高，主要由外界環境因素及系統自身內泄所造成的。此時EH油系統調試時工作異常有不同方面的原因，而實際造成異常狀況的發生主要是由于系統內泄過大所致，具體原因分析如下。

外界環境因素。導致母管油壓偏低的問題系統可能存在外漏點，對系統及各設備的外漏點進行檢查均未發現異常；檢查抗燃油泵出口濾網，抗燃油系統運行過程中若任一濾網堵塞都有可能引起系統的壓力降低，對油泵出口濾芯進行檢查是否存在堵塞現象，將濾芯更換甚至拆除后母管壓力均未變，排除了濾網堵塞造成壓力降低的可能。

EH油冷卻系統異常。針對此問題，曾對抗燃油冷卻器進行切換投入雙冷卻器、冷卻水管及冷卻器排空、冷卻水控制電磁閥和冷卻水出入口截止閥進行檢查均無異常，且抗燃油溫無明顯下降，說明冷卻系統投運正常。

油泵出口集成裝置溢流閥泄漏。油泵出口集成裝置溢流閥設定值為>17±0.2MPa時溢流，若閥芯卡澀或定值偏低會導致泵出口回流至油箱，油管也會發熱。經檢查溢流管無異常，可基本排除溢流閥存在故障的問題。

蓄能器短路。系統正常運行時，油動機入口蓄能器進油閥保持開啟，回油閥處于開啟狀態。若回油閥未關到位，高壓油會直接短路回流至油箱，蓄能器回油管路會持續發熱，造成油箱油溫持續升高、油壓偏低。經確認蓄能器回油管路無發熱現象，可排除蓄能器短路的原因。

EH油泵變量調整機構故障。本系統設置兩臺恒壓變量柱塞泵，正常運行時可維持系統供油壓力在14±0.5MPa左右。當系統壓力降低時EH油泵會根據油壓變化情況自動進行調節，維持系統所需的供油量。當泵體調壓閥工作異常，其中一部分高壓油會回流至油箱造成母管油壓變化。現場通過對調壓閥功能進行大流量沖洗和試驗后仍存在母管壓力偏低的現象，因此排除EH油泵變量調整機構故障的可能性。

伺服閥內漏嚴重。在排除外界壞境因素的可能性后，發生系統母管壓力降低的最大可能原因為各調速閥門的電磁閥內漏所致。為進一步確定，啟動高備泵就地對主機掛閘進行檢查和試驗，掛閘后發現母管油壓恢復正常。就地檢查OPCATS集成塊無壓回油母管溫度逐漸降低，油箱油溫也恢復正常，掛閘后將無壓回油管路切斷，說明抗燃油系統各主汽調門某一個油動機伺服閥內漏較嚴重導致母管壓力低，且抗燃油在管道內打循環，高速油流與管道摩擦生熱造成抗燃油溫升高，掛閘將整個油路切斷后內漏現象便無法通過無壓回油管道返回油箱。

進一步分析出現問題的原因需逐一對EH油系統每臺油動機進行單獨隔離，觀察母管壓力是否變化，以此來判斷油動機伺服執行機構內漏較大的問題。當隔離到二號中壓主汽油動機時，系統母管壓力迅速恢復到正常值14.5MPa（145bar），說明伺服閥內漏較嚴重。繼續隔離其余油動機時均未發生母管油壓有變化，證明其余油動機電液伺服閥及快速卸載閥不存在泄漏，故無需對各汽門油動機的快速卸載閥進行解體檢查及對電液伺服閥進行更換處理。

隨著伺服閥閥口磨損腐蝕，伺服閥內漏程度會隨時間的增加而增大。伺服閥正常運行其實是允許有一定的泄漏量，但長時間運行后閥套與閥芯之間磨損會增加，噴嘴擋板也會存在內漏。因噴嘴擋板處的內漏量變化不是很大，因此主要集中在閥套與閥芯之間的內漏。目前國內外大型機組伺服閥大多數是零開口型，即在零位時閥芯凸肩剛好與閥套重疊、蓋住開口部位。由于長期工作，閥套與閥芯之間會不斷磨損使間隙增大，閥芯的凸肩被沖刷為圓弧形狀造成內漏量增大。另外伺服閥閥芯經常會出現零偏現象，也會使泄漏量增大，回油溫度升高壓力下降等現象。

1.2 處理效果

通過分析與排查結果對出現問題的伺服閥進行更換，系統投運后故障得到解決。通過解體伺服閥發現閥芯與閥套有嚴重磨損的情況，并進行汽輪機各調速閥門的開關試驗，EH油系統母管壓力恢復正常，油箱油溫逐步降至40℃左右，系統恢復正常。至此7號機組的EH油系統母管壓力低、油溫高的缺陷徹底消除，保證了機組的可靠運行。

2 電液伺服閥內漏分析

目前國內外大型火電汽輪機組機組普遍采用機械反饋式電液伺服閥調節機構，它主要由力矩馬達、可動銜鐵、反饋桿、噴嘴、閥芯、擋板、節流孔、過濾器等主要零部件組成（圖1）。此次異常現象為2號中壓主汽閥油動機電液伺服閥內漏導致壓力低、油溫高，伺服閥是由一個力矩馬達和兩級液壓放大及機械反饋系統組成，其工作原理為：當有電氣信號給指令輸入時電磁可動銜鐵帶動擋板轉動，靠近噴嘴的一側油壓發生變化，將使滑閥跟隨移動，產生位移控制伺服閥的進油和回油量，油口開啟或關閉，同時控制高壓油源由此通向油動機活塞下腔室操作油動機活動，以調節油動機的開度。

圖1 機械反饋式電液伺服閥結構圖

各主汽閥、調汽閥油動機快速卸荷閥安裝在油動機的液壓塊上，它主要作用是當機組發生緊急情況時使油動機活塞下的壓力油快速釋放。其結構原理為滑閥下部的腔室與油動機活塞下的高壓油相通，在滑閥底部有一小孔與滑閥上部相通，滑閥上部一路與危機遮斷油相通，另一路經針閥與油動機活塞上腔相通。正常運行時滑閥上部的油壓作用力加上彈簧力大于滑閥下部高壓油的壓力，使滑閥壓在底座上，使其與回油相通的油口關閉（圖2）。

圖2 快速卸荷閥結構圖

在機組未掛閘情況下，高壓抗燃油經伺服閥進入油動機活塞下腔室，同時下腔室與快速卸載閥下部相連通并通過小孔流入危急遮斷油，經薄膜閥后通過無壓回油母管流回抗燃油箱。正常情況下油動機伺服閥允許有一定的泄漏量，但此部分油的泄漏量不足以影響系統抗燃油母管的油壓，當電液伺服閥閥芯內漏量較大時，通過快速卸載閥經節流小孔流回系統無壓回油母管當中，便會使系統母管油壓維持不住，當機組掛閘后便切斷了危急遮斷油的回油通道，此部分油無法卸掉，母管油壓便恢復正常（圖3）。

圖3 控制型執行機構液壓原理圖

3 采取的措施及建議

加強油質監督的管理。EH油普遍采用磷酸酯抗燃油，屬于后期人工合成油，在使用過程中極易發生劣化變質，主要表現為酸值升高、電阻率增大及污染顆粒度的增加。磷酸酯抗燃油一般要求顆粒污染度SAE AS4059F級≤6級，酸值mgKOH/g應≤0.15。隨著機組檢修系統內部油管道及死角部位沖洗不到位，油中含有顆粒度不達標極易造成伺服閥卡澀，同時閥套與閥芯之間的磨損也會相應增加。近幾年來通過實踐對油質進行分析和處理，發現EH油酸值的升高會對伺服閥內部構件產生嚴重的侵蝕，特別是對閥套與閥芯銳邊間的腐蝕，這對于伺服閥的泄漏量起著至關重要的作用。為此化學監督人員必須定期進行油質劣化分析，掌握劣化趨勢。同時要加強新油進廠供貨渠道的管理工作，補油前要符合混油試驗標準，并使用專用的濾油設備。

加強伺服閥的管理。伺服閥的更換盡量選用與原機組同等型號規格的伺服閥，在使用一段時間后要定期使用專用設備進行檢驗，雖然普通的沖洗臺可清洗伺服閥，但作業環境也有較高的要求，不能徹底對伺服閥的性能進行恢復，也無法判斷性能指標是否滿足要求。因此需專用檢修設備對性能參數進行調整修復，讓伺服閥始終處于最佳工作狀態，這樣不但可延長設備使用壽命還可防患于未然。

改善伺服閥的工作環境。通過對電液伺服閥現場使用所處環境的調查，發現有些機組日常維護工作不到位，伺服閥工作環境周圍熱源較多，此時伺服閥若長期在高溫環境下工作，對內部構件的工作特性有較大影響，直接影響伺服閥的性能特性；加強檢修過程的質量管理。在檢修過程中要認真清洗各管路和元件，系統檢修時要及時封堵管口，防止空氣中的灰塵及雜物進入系統。系統中所使用的“O”型圈必須采用氟橡膠材質，嚴禁使用其他材料代替，安裝前要對“O”型圈進行認真仔細檢查，防止不合格的“O”型圈使用在系統內。發現有些機組伺服閥使用普通橡膠密封組件，這樣長期運行會嚴重腐蝕密封件導致油質惡化并引起伺服閥泄漏。

加強定期清洗或更換伺服閥過濾器。經過對伺服閥入口過濾器的跟蹤檢查發現，過濾器每隔半年就應清洗或更換，由于過濾器清洗時經常會出現均勻的褐色物質，極易造成伺服閥卡澀粘結，致使閥門出現異常。如對整件伺服閥進行更換則造成相當大的的浪費，因此一般采取清洗或更換伺服閥過濾器的方式，這樣既經濟又能保證質量，也不會改變伺服閥的性能；定期進行閥門活動試驗。在機組冷熱態啟動和機組帶負荷運行時必須制定具體的措施及方案進行閥門活動試驗，以保證伺服閥的安全可靠性。

綜上，國內大型汽輪機組電液伺服閥都具備工作穩定可靠、調節特性好、維護量小等優點，但它對加工工藝及制造裝配的要求和系統油質的要求很高。只要掌握了電液伺服閥的特性、了解它發生故障的原因及規律，就能盡早發現問題并采取相應的預防措施，把故障所造成的損失與影響降到最低。