汽輪機調速系統失控原因與處理措施

谷佳祥 趙琪 劉江虹 馬銘伯

中核工程咨詢有限公司（田灣核電項監部） 江蘇連云港 222000

當前國際國內工業汽輪機調速系統逐步采用電液控制系統，其優點是控制精度高，靈敏度高；實現調速系統的計算機自動控制容易；維護成本低；對石油產品清潔程度等技術指標的要求也相對較低。因此，采用冗馀雙閥液力調速系統的技術改造，可以將空氣壓力組的控制水平提高到較高水平，解決長期轉速不穩定、二次機油壓力低、負荷波動大等問題。

1 汽輪機組調速系統的結構分析

技術不斷發展，蒸汽輪機組自主能力也在提高。在這一過程中，機組電網集中運行時也經常出現規劃問題，啟停次數不斷增加，因此會出現電液調節問題。電液調節是指整個調節系統由液壓元件和執行器組成。控制器由在閉環轉速和快速起動速度中起重要作用的機構元素組成。在汽輪機組調速系統中，整定過程只在狹窄、緩慢的范圍內進行，出現這種現象的主要原因是整定過程中靜態特性不變，調節系統由于機組存在問題而繼續減速當今數字和計算機技術的發展帶動了蒸汽機車技術的改革和發展，人們開始將數字和計算機技術應用于控制器的調控，不僅保證了整個系統的正常運行，而且大大提高了整個系統的速度。

2 調速控制的原理

汽輪機轉速參數是通過轉速檢測傳感器實時檢測出來的。轉速傳感器本質上是一種磁脈沖發生器，它把汽輪機“齒盤”的轉動信號轉換成相應的磁脈沖信號，磁脈沖信號再經過SDP測速卡件轉換成相應轉速的電信號。與轉速相應的電信號傳送于DPU處理單元中，DPU將轉速信號與汽輪機設定的轉速加以比較，通過各項邏輯運算輸出閥位指令信號至VPC伺服卡，VPC伺服卡將閥位指令信號同LVDT調節汽閥反饋信號進行比較、并經PID運算后輸出控制電信號至電液轉換器，電液轉換器將控制電信號轉換成脈沖油壓信號；在脈沖油壓的作用下錯油門內部的滑閥上下位移，使高壓油及回油通過機械油路與油動機的油室連通；活塞在油室差壓的作用下反向位移，帶動機械杠桿及末端連接的蝶閥組上下滑動，最終實現對汽輪機調節氣閥及進汽量的調節。當調速機構中油動機活塞上下移動時，反饋滑閥將發生反向運動，反作用于脈沖油壓，使錯油門內部滑閥回到中心位置、關閉油動機油室油路；同時LVDT將調節汽閥反饋信號傳輸至數字調節器，使電液轉換器的內部閥芯回到平衡位置，脈沖油壓恢復平衡壓力。

3 汽輪機調速控制系統失控的原因

3.1 系統的油壓波動

汽輪機機組運行過程中，當油壓波動影響調節系統時，首先要考慮噴油器和噴油泵的性能是否穩定。當機油壓力變化影響調節系統運行時，應啟動備用油泵。在啟動過程中，應仔細傾聽聲音是否是注油泵的旋轉——甚至是。此外，應注意油溫，看是否需要停機處理。其次，空氣混在油系統中，可能是系統管道油壓不穩定的一個重要因素，可能導致調節系統出現問題。在這種情況下，如果高壓泵工作正常，油系統會自動啟動，從而產生氣泡。要解決這一問題，必須在調節系統運行前關閉出口門，直到油泵開始工作，然后再重新起動。在開洞過程中，應逐步增加機油壓力，不要太匆忙排出室內空氣，保證整個系統正常運轉。如果不能排除空氣，影響因素可能包括：回油管道的不合理（過高）布置、油箱的油層低于標準、油箱的體積等。要排除油中的空氣，應考慮在彎管的最高級別打開排氣孔，以便順利排出空氣。

3.2 對設備零部件透明機油質量變化和漏油的實際分析

透明機油質量是衡量系統是否運轉良好的重要標準。油質量差的原因主要由兩個方面組成：油質量不清潔和運行過程中油質量惡化。在液壓調節系統中，由于不同零件之間間隔較小，當鐵屑、顆粒等進入透明油團，可能引起全系統堵塞問題，影響調節系統的穩定運行，這是很常見的。如果調節系統中的放大器在整個組內出現阻塞情況，其主要性能如下：起動時二次機油壓力不變，無法調節負荷活動；當轉速不能獨立調節時；無法在平行執行中調整負載狀態。如出現上述問題，應關閉主閥，進行停機處理。

3.3 部件卡澀造成調速失控

汽輪機調速控制系統部分元件發生卡澀現象，是造成調速控制系統發生失控故障的主要原因之一。發生卡澀的主要原因是由于運動部件發生活動靜止或者活動緩慢造成，該現象的出現會使控制油壓不正常。另外，油質差、運動部件發生銹蝕也會出現卡澀。當系統出現卡澀時，脈沖油壓發生變化時油動機活塞不能同步進行相應的調節，最終導致調節汽閥的開度與DPU處理單元發出的指令信號發生較大偏差；脈沖油壓增大或減小到一定數值時，油動機活塞瞬間發生突變造成調節汽閥的過調。通過上述情況基本可以斷定調速控制系統機械部件有卡澀問題。

3.4 活動電磁閥帶電而所有的主汽門不動作

主閥試驗時，插入電磁閥時主閥不反射。原因可能是——主閥活動試驗的油路堵塞，出現電磁閥活塞不反映的現象，閉鎖孔是控制主閥的關鍵，而且由于油路的影響，出現了無動于衷的現象一、仔細檢查分析，看看高壓主閥的有源電磁閥是否工作正常，如果沒有異常情況，可以排除電磁閥的影響因素。二、檢查機油發動機活塞下部高壓機油與主閥活性溢油道是否存在異常。例如，螺絲長度過長是漏油路徑問題的原因。在進行活動試驗之前必須對其進行處理具體試驗后要檢查是否符合標準要求第三，試驗的最終結論是，閉鎖孔作為控制高壓主閥活動的關鍵要素，完全符合工廠的要求。通過實際試驗可以看出，在重新試驗時，必須調整機油圖案中的高壓油流節孔，以滿足要求。同樣的方法用于修改其他三個前門的鎖緊孔，以證明猜想和修改是完整和正確的。

3.5 信號零點偏移造成調速失控

調速控制主要是由電液控制轉換器根據VPC伺服卡控制電信號，通過靜態調試確定內部閥芯位置、及脈沖油壓。當出現信號零點的偏移時，DPU處理單元發出的指令信號與LVDT調節汽閥反饋信號發生偏差，并且電液控制轉換器內部閥芯位置反饋、脈沖油壓也和靜態調試數據不一致；信號零點的偏移使得電氣零位與機械零位不重合，極易造成汽輪機掛閘即發生調節汽閥開啟的現象。通過上述數據及現象就可以判定信號是否出現零點偏移現象。

3.6 低壓安全油失壓

近年來，一些火力發電廠也遇到了低壓安全供油管道泄漏引起的調速保護系統異常問題，導致主閥關閉事故。因此，調速保護系統的機油壓力損失也可能導致汽輪機運行故障。低壓安全閥壓力損失的原因有幾個。一方面，如果薄膜閥上有機油壓力，薄膜閥就會打開，導致油液排放到EH郵箱中，導致閥門迅速關閉。薄膜閥上腔低壓安全閥的壓力損失是蒸汽輪組引發的一個重要原因。同時也會有低壓安全系統泄漏時，低壓安全機油壓力無法保證，也會導致調速保護系統故障。

4 汽輪機調速控制系統故障的處理措施

4.1 技術路線

①保持汽輪機機體部位不變。保持汽輪機調節閥、機油動機、機油閥門差、轉速關閉閥等。不變。②拆卸WOODWARDPGPL調速裝置、原有啟動裝置、齒輪箱等。所有調速管路均更新，管道和管件均為不銹鋼。③裝配新部件：調速元件、冗馀雙閥液元件、測速裝置、三閥合閘控制系統（駐車電磁閥3、2超速）、速閉閥行程監控組件。防眩光接線盒及其附件（支架、套筒、儀器附件等）。④保持OPC高速機械觸發裝置。改造成先進的電控系統：安裝6個新的測速探頭，2個調速器通道，3個調速器通道，1個用于測速裝置改造。⑤添加2/3超速保護器。需要的功能有：實際轉速顯示、峰值轉速顯示和存儲、單元可在線測試、單元可在線更換等。技術特點為：三種二次關機模式，防止意外停機，停機轉速250～25000r/min，轉速監控頻率100～32000Hz，顯示屏顯示故障原因，方便通過面板設置停機點⑥采用德國VOITH制造的成熟雙閥電動液總成。在正常運行時相互預留，在線更換故障閥。本變換采用德國電動液體轉換器VOITH系列（VoithTurbo），該系列將4ma至20ma的控制信號線性按比例轉換為機油壓力輸出。②組裝三閥組合系統（三、兩個超高速駐車電磁閥）。轉速閉合控制組合具有以下功能：①對汽輪機轉速閉合閥進行在線測試。②汽輪機自動、手動緊急停車，同時具有電磁閥3～2的速度停止功能。③輸出與蒸汽調節閥對應的控制閥壓力信號。④打開汽輪機速度關閉閥。⑤關鍵安全裝置自動復位。⑥快速組裝儀表界面。

4.2 部件卡澀的處理措施

為了避免汽輪機的調速控制系統發生卡澀，汽輪機操作保養人員要定期進行汽輪機的清潔工作，避免尾渣出現累積；要按照規定，定期更換動力油、潤滑油；要保證汽輪機油質的清潔、保證汽輪機汽水系統密封的正常工作；進而確保各個運動部件不發生腐蝕。

4.3 信號零點偏移的處理措施

信號零點的偏移主要是因為：信號傳感器線路質量存在問題、傳感器線路與強磁場間隔過近、信號處理電路存在設計缺陷等。針對上述原因，首先在傳感器線材選購時，要選擇正規品牌、具有一定屏蔽功能的線材；其次在汽輪機線路鋪設時，各傳感器線路要遠離動力線等強磁場區域、并進行單獨敷設；最后要對信號處理電路進行必要的完善，使其具備一定的雜波處理能力，最終達到信號傳輸不失真的目的。

4.4 完善測點的報警和監視工作

調速保護系統在設計和維護方面可能存在一些小問題。而且這些小問題可能會在實際工作中引起重大事故因此，加強調速保護系統異常檢測和處理極為重要。改進對重要保護措施點的監控，做好相應的報警工作，是調速保護系統安全管理的重要內容。在汽輪機組的設計或改造階段，改進這些工作可以幫助工作人員及時發現調速保護系統的異常問題，從而降低發生異常停機事故的可能性。一個有條件的火力發電廠可以引進信息技術和自動監測技術，加強對電磁閥、異常振蕩等重要元素的檢測。同時，它可以更好地收集調速保護系統的運行參數，使工作人員能夠更好地判斷其運行狀況并正確識別其異常情況。

4.5 油質問題的處理措施

汽輪機所用油質的好壞，直接關系著汽輪機調速系統的各項性能。因此，汽輪機用油采購必須選擇統一標號的優質油料。操作人員必須進行定期、不定期的油質化驗，為了保證油路系統的干凈，必須定期油濾、并按周期進行更換。

4.6 強化重點監控

從調速保護系統的異常情況看，電磁閥和低壓安全油管道是最容易出現問題的部件之一。因此，在實際工作中，也要加強對這些部分的重點監控。比如，對于AST電磁閥，應該強化對線圈電阻和絕緣電阻的檢查，并應加強對密封圈腐蝕情況的監控，及時清理油壓節流孔等處，避免節流孔的堵塞。也要注意AST電磁閥是否存在卡澀情況，通過重點監控，及時消除安全隱患。而對于管道振動問題，也要檢查支吊架的固定情況，同時也要注意低壓安全油管道是否存在與其他管道搭接，以免因為其他管道的震動導致低壓安全油管道的強迫震動等。

5 結語

汽輪機調速控制系統的性能直接關系到主機的運行工況。如果汽輪機調速控制系統發生故障，將對汽輪機的安全性、穩定性產生重大影響。所以，汽輪機調速控制系統的故障診斷、處理措施非常重要；需要相關人員能夠及時找出故障產生的原因，并針對故障原因采取相應的措施，進而確保汽輪機能夠安全、穩定運行。