25 MW抽汽凝汽式汽輪機(jī)負(fù)荷故障分析與處理

楊東旭，張正宇

（本鋼板材股份有限公司能源管控中心，遼寧本溪 117000）

前言

某自備電廠25 MW 抽汽凝汽式汽輪機(jī)，型號為C25-3.43∕0.12，額定進(jìn)汽壓力為3.43 MPa，額定進(jìn)汽溫度為435 ℃，純凝工況下額定蒸汽流量為101 t∕h，帶抽汽工況下額定蒸汽流量為128 t∕h，高壓油動機(jī)行程為200 mm，近期該機(jī)組發(fā)生汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）閥控狀態(tài)下運(yùn)行操作員點擊加、減負(fù)荷按鈕0.2%指令，高壓油動機(jī)未執(zhí)行指令，繼續(xù)在DEH 點擊加、減負(fù)荷按鈕0.2%指令，當(dāng)DEH 操作指令累積到一定程度時，突然油動機(jī)執(zhí)行累積的操作指令，負(fù)荷出現(xiàn)大幅度升高或降低（見圖1）。

圖1 加、減負(fù)荷時負(fù)荷和蒸汽量曲線圖

1 汽輪機(jī)控制原理

C25-3.43∕0.12 型汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)圖見圖2。當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組啟動并網(wǎng)帶初負(fù)荷后，DEH 控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)為閥控方式，該機(jī)組運(yùn)行操作員可通過點擊操作畫面“閥控”增、減按鈕改變總閥位給定值，DEH 輸出4～20 mA 控制信號給REXA 控制箱指令，REXA控制箱輸出控制信號給REXA 執(zhí)行器，REXA 執(zhí)行器與高壓油動機(jī)連接的閥桿產(chǎn)生位移進(jìn)而改變高壓油動機(jī)錯油門位置，高壓油動機(jī)錯油門位置改變之后，與錯油門連接油缸活塞上、下部油壓也相應(yīng)改變，導(dǎo)致活塞進(jìn)行上、下移動，拉動與之連接的蒸汽進(jìn)汽閥移動，改變進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量，達(dá)到增加或減少負(fù)荷的目的。［1］同時油缸通過反饋杠桿使錯油門達(dá)到新的平衡位置，滑閥又恢復(fù)到中間位置，相應(yīng)蒸汽進(jìn)汽閥開度也穩(wěn)定在新的位置，機(jī)組便在新的工況下運(yùn)行。

圖2 C25-3.43/0.12型汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)圖

DEH 閥控操作畫面見圖3，單箭頭按鈕指令變化量為0.2%，雙箭頭按鈕指令變化量為1%。箭頭向上為增大指令，向下為減少指令。

圖3 DEH閥控操作畫面

2 導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷異常的原因分析及檢查驗證

2.1 汽輪機(jī)油品質(zhì)

汽輪機(jī)油主要包括潤滑油和調(diào)節(jié)保安用油。汽輪機(jī)油品質(zhì)不佳會造成汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)部件故障，如滑閥、套筒、油缸銹蝕卡澀，造成機(jī)組啟動時汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速不能穩(wěn)定控制，并網(wǎng)帶負(fù)荷后負(fù)荷調(diào)節(jié)困難，甚至?xí)l(fā)生機(jī)組超速的嚴(yán)重事故。

影響汽輪機(jī)油品質(zhì)的主要原因是油中的水分和雜質(zhì)。

水分主要來源于汽輪機(jī)軸端密封漏汽、汽輪機(jī)軸端密封汽含水量大、冷油器換熱管束漏水進(jìn)入到油中、汽輪機(jī)油箱蓋板密封不嚴(yán)密，油箱上的積水會從密封蓋板滲入到油箱中［2-3］。

產(chǎn)生雜質(zhì)的主要原因有：

（1）汽輪機(jī)油箱蓋板密封不嚴(yán)密，負(fù)壓過大，油箱上灰塵吸入到油箱中；

（2）油箱油煙機(jī)呼吸器過濾不好吸入周圍空氣灰塵、汽輪機(jī)油系統(tǒng)呼吸器周圍積塵較大進(jìn)入到油系統(tǒng)中；

（3）汽輪機(jī)油系統(tǒng)更換油濾芯操作不當(dāng)把雜質(zhì)摻混進(jìn)入系統(tǒng)，機(jī)組前期濾油不好殘存雜質(zhì)，油系統(tǒng)機(jī)械部件磨損。

對上述可能造成汽輪機(jī)油品劣化的原因逐一進(jìn)行排查。對機(jī)組油箱底部放水進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果為無水；對機(jī)組油箱上蓋進(jìn)行密封性檢查，檢查結(jié)果為無泄漏點；查看DCS 油箱油位趨勢，發(fā)現(xiàn)油位平穩(wěn)無上升趨勢，證明冷油器換熱管無泄漏；檢查汽輪機(jī)前、后汽封壓力處于0.03 MPa，處于正常范圍；檢查汽輪機(jī)軸封冷卻器溫度處于正常范圍；油箱和油系統(tǒng)各處呼吸器檢查正常；機(jī)組油系統(tǒng)附近環(huán)境衛(wèi)生情況良好，無積塵。

檢查更換油系統(tǒng)濾芯操作標(biāo)準(zhǔn)，回放現(xiàn)場更換濾芯監(jiān)控視頻，驗證了檢修過程規(guī)范，未混入異物；油箱負(fù)壓在規(guī)定范圍，無過負(fù)壓現(xiàn)象；油系統(tǒng)濾油設(shè)備運(yùn)行正常，已定期對油箱進(jìn)行濾油；查取往期油品化驗記錄均為合格。

取汽輪機(jī)油樣送檢驗，檢查外觀、雜質(zhì)混合物、水分、透明度等，檢驗結(jié)果為機(jī)組汽輪機(jī)油品合格。經(jīng)過逐一排查，證明油品質(zhì)量不是造成汽輪機(jī)負(fù)荷故障的原因。

2.2 REXA控制箱、執(zhí)行器

REXA 是一種集成式電子液壓執(zhí)行器和驅(qū)動器，是液壓、電子和機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。整個執(zhí)行器包含兩個主要部分，即執(zhí)行器（油缸、反饋裝置和電液動力組件）部分和控制箱部分。執(zhí)行器裝在驅(qū)動裝置上，控制箱遠(yuǎn)程安裝。REXA 控制箱接收DEH 輸出的4～20 mA 控制信號，輸出機(jī)械行程至液壓執(zhí)行單元。

經(jīng)過分析，造成REXA控制箱、執(zhí)行器異常可能有以下幾方面原因：REXA 控制箱控制面板異常，控制信號無法輸入、輸出；REXA 控制箱與執(zhí)行器接線、接頭損壞、松動；REXA 執(zhí)行器電液動力模塊損壞，包括電機(jī)、齒輪泵故障。

對造成REXA 控制箱、執(zhí)行器異常的原因逐一進(jìn)行排查：請REXA 廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場對控制箱板卡，執(zhí)行器進(jìn)行檢查，電源無異常、控制板卡無報警、無異常；REXA 執(zhí)行器電液動力模塊各個組件、油缸、反饋裝置無異常，同時停機(jī)臨檢對REXA執(zhí)行器連接的汽輪機(jī)高壓油動機(jī)錯油門滑閥進(jìn)行分解檢查，未發(fā)現(xiàn)滑閥油孔堵塞和明顯雜質(zhì)顆粒物，也間接證明汽輪機(jī)油品合格。

最后單獨(dú)對REXA 執(zhí)行器進(jìn)行靜態(tài)試驗，其動作平穩(wěn)，無卡澀、無異常。證明不是由于REXA控制箱、執(zhí)行器異常原因?qū)е缕啓C(jī)負(fù)荷調(diào)整故障。

2.3 DEH控制系統(tǒng)

造成DEH 控制系統(tǒng)異常有以下幾方面原因：DEH 相關(guān)控制程序、邏輯、板卡異常；DEH 輸出異常，不能正確輸出控制信號或者輸出有偏差會造成負(fù)荷調(diào)整故障發(fā)生。

對上述可能造成DEH 信號異常的原因逐一進(jìn)行排查：對控制系統(tǒng)、控制柜各個板卡狀態(tài)進(jìn)行檢查，無報警、無異常；檢查DEH 輸出電流信號，無異常；檢查DEH 輸出閥位信號，與REXA 執(zhí)行器反饋信號進(jìn)行比較，無異常。經(jīng)過逐一排查，證明也不是DEH系統(tǒng)及其設(shè)備的原因造成汽輪機(jī)負(fù)荷故障。

2.4 調(diào)節(jié)汽閥卡澀

調(diào)節(jié)汽閥的作用是按照DEH 的指令調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量，以使機(jī)組受控參數(shù)（功率或轉(zhuǎn)速、進(jìn)汽壓力、背壓等）符合運(yùn)行要求。

調(diào)節(jié)汽閥主要由主蒸汽調(diào)節(jié)閥、REXA 控制箱、REXA 執(zhí)行機(jī)構(gòu)、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)、反饋杠桿和油動機(jī)6部分組成。

主蒸汽調(diào)節(jié)閥包括蒸汽閥座、進(jìn)汽閥碟、閥梁及閥桿等。

傳動機(jī)構(gòu)由支架、杠桿組成。

油動機(jī)是調(diào)節(jié)汽閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以調(diào)節(jié)油泵輸出的0.8 MPa 調(diào)節(jié)油為工作介質(zhì)，主要由油缸、錯油門、油缸與錯油門的油路連接器、反饋機(jī)構(gòu)等組成，其中油缸由底座、筒體、缸蓋活塞、活塞杠等組成，活塞配有專用活塞環(huán)起到活塞與筒體密封作用。REXA 執(zhí)行機(jī)構(gòu)將DEH 輸入的電信號轉(zhuǎn)換為有足夠作功能力的行程輸出，從而控制油動機(jī)操縱調(diào)節(jié)閥，達(dá)到改變功率或轉(zhuǎn)速、進(jìn)汽壓力、背壓的目的。

經(jīng)分析，造成調(diào)節(jié)汽閥卡澀的原因有以下幾個方面：主蒸汽調(diào)節(jié)閥各個部件連接關(guān)節(jié)卡澀；閥桿與導(dǎo)向套筒卡澀；傳動機(jī)構(gòu)支架與杠桿連接銷子固定處卡澀；高壓油動機(jī)錯油門卡澀；高壓油動機(jī)油缸活塞密封圈損壞，活塞上、下沒有建立壓差；油缸活塞桿導(dǎo)軌內(nèi)滾柱軸承卡澀，導(dǎo)致摩擦阻力增大引起卡澀；油缸與錯油門的油路連接器的接口密封圈損壞，調(diào)節(jié)油內(nèi)部泄漏導(dǎo)致油壓不足，無法驅(qū)動錯油門在缸內(nèi)動作導(dǎo)致負(fù)荷調(diào)整異常；反饋杠桿各連接關(guān)節(jié)卡澀。

根據(jù)上述可能造成調(diào)節(jié)汽閥卡澀的原因逐一進(jìn)行排查。經(jīng)檢查，外部各關(guān)節(jié)部位動作無卡澀、無異常，并給予適當(dāng)潤滑，但檢查發(fā)現(xiàn)油缸活塞桿導(dǎo)軌內(nèi)滾柱軸承損壞，高壓油動機(jī)油缸活塞密封圈也有輕微磨損，說明調(diào)節(jié)汽閥卡澀應(yīng)是造成汽輪機(jī)負(fù)荷故障的原因之一。

2.5 調(diào)節(jié)油

調(diào)節(jié)油壓是驅(qū)動油動機(jī)往復(fù)式運(yùn)動的動力來源，經(jīng)過分析，造成調(diào)節(jié)油異常的原因有以下幾個方面：調(diào)節(jié)油泵聯(lián)軸器損壞，導(dǎo)致油泵出口壓力、流量不足；調(diào)節(jié)油泵出口門異常，導(dǎo)致油泵出口壓力不足、流量不足；調(diào)節(jié)油過濾器平衡門異常、過濾器相關(guān)閥門異常，導(dǎo)致調(diào)節(jié)油壓力不足、流量不足；油動機(jī)調(diào)節(jié)油接頭堵塞，導(dǎo)致調(diào)節(jié)油壓力不足、流量不足。

對上述可能造成調(diào)節(jié)油異常的原因逐一進(jìn)行排查：查取歷史油壓曲線未發(fā)現(xiàn)異常；逐個對調(diào)節(jié)油泵及油系統(tǒng)閥門、切換閥進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常；對油動機(jī)調(diào)節(jié)油接頭進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。證明調(diào)節(jié)油不是造成汽輪機(jī)負(fù)荷故障的原因。

3 實施及效果

利用停機(jī)臨檢時機(jī)，對高壓油動機(jī)油缸活塞密封圈進(jìn)行更換，對油缸活塞桿導(dǎo)軌內(nèi)滾柱軸承進(jìn)行更換。設(shè)備檢修完成后進(jìn)行靜態(tài)高壓油動機(jī)拉閥試驗，油動機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)無卡澀，機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電后負(fù)荷調(diào)整得到改善（見圖4）。

圖4 檢修后加負(fù)荷時負(fù)荷和蒸汽量曲線圖

4 結(jié)語

汽輪機(jī)負(fù)荷波動、調(diào)速系統(tǒng)卡澀在汽輪機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行中會經(jīng)常遇到，微小異常不一定會引起足夠的重視，微小異常的累積會造成大的設(shè)備故障。無論生產(chǎn)人員還是設(shè)備檢修人員都應(yīng)熟練掌握設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)原理［4］，只有精心運(yùn)維、實時狀態(tài)監(jiān)控，科學(xué)合理檢修，才能為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的基礎(chǔ)保障。