電廠汽輪機(jī)閥門關(guān)閉時(shí)間超時(shí)分析

中國電力國際發(fā)展有限公司 王 永 中電華創(chuàng)（蘇州）電力技術(shù)研究有限公司 李國慶

汽輪機(jī)超速嚴(yán)重威脅發(fā)電廠設(shè)備和人身安全，特別是發(fā)生嚴(yán)重超速造成的事故，更會(huì)引起整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行癱瘓，導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失，是能夠造成汽輪發(fā)電機(jī)組毀滅性事故之一。汽輪發(fā)電機(jī)組在A/B 級(jí)檢修后、汽門解體檢修后或者停機(jī)時(shí)間超過2個(gè)月時(shí)，按相關(guān)規(guī)程要求應(yīng)進(jìn)行閥門快關(guān)時(shí)間測(cè)試，通過測(cè)試來獲取汽輪機(jī)各油動(dòng)機(jī)閥門的快關(guān)時(shí)間，從而進(jìn)一步確認(rèn)閥門快關(guān)時(shí)間是否符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽閥油動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)間的相關(guān)要求，防止汽輪機(jī)在甩負(fù)荷、調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控等情況下機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升超過危急遮斷轉(zhuǎn)速[1-3]。

對(duì)某電廠660MW 超臨界機(jī)組進(jìn)行閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)時(shí)，測(cè)試結(jié)果顯示存在多個(gè)閥門關(guān)閉時(shí)間超標(biāo)，與同類型機(jī)組閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試結(jié)果差別較大，對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，并對(duì)引起汽輪機(jī)閥門關(guān)閉時(shí)間超時(shí)的各方面因素提出了針對(duì)措施。

1 閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試原理

機(jī)組在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)，為提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，需完成數(shù)字電液控制系統(tǒng)（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）的調(diào)試工作，確保油動(dòng)機(jī)行程試驗(yàn)已完成且結(jié)果無誤，閥門在開啟和關(guān)閉過程中無卡澀，油質(zhì)滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，控制油油壓、油溫在要求范圍內(nèi)，汽輪機(jī)具備掛閘條件[4]。

閥門總關(guān)閉時(shí)間由以下3部分構(gòu)成[5-6]，即：T=Tc+Td+Ts，其中：T是閥門關(guān)閉的總時(shí)間，即自盤前手動(dòng)打閘開始至閥門關(guān)到位的時(shí)間，ms；Tc是控制回路的延遲時(shí)間，即自打閘至繼電器開始動(dòng)作的時(shí)間，ms；Td為機(jī)械延時(shí)時(shí)間，也就是從繼電器動(dòng)作到閥門開始關(guān)閉的時(shí)間，ms；Ts是閥門的動(dòng)作時(shí)間，即自閥門開信號(hào)動(dòng)作至關(guān)信號(hào)到位的時(shí)間，ms；Tc+Td稱為總延遲時(shí)間。

控制回路的延時(shí)時(shí)間主要是控制器的掃描周期，有些電廠的跳閘回路經(jīng)過ETS 控制器，所以一般是指ETS 控制器的掃描周期。如果跳閘信號(hào)為臺(tái)盤手動(dòng)打閘信號(hào)，那么跳閘回路走硬接線，不經(jīng)過繼電器，此時(shí)控制回路的延時(shí)時(shí)間為0。機(jī)械延時(shí)時(shí)間主要與油路有關(guān)，電磁閥動(dòng)作時(shí)泄油到閥門動(dòng)作需要一個(gè)過程，因此從電磁閥動(dòng)作到閥門開始關(guān)閉也有一段延時(shí)。閥門純關(guān)閉時(shí)間就是閥門本體的關(guān)閉時(shí)間，該時(shí)間真實(shí)地反映了閥門自身的工作特性[7-8]。

《汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗(yàn)導(dǎo)則》（DL/T 711-2019）規(guī)定閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試中停機(jī)信號(hào)應(yīng)接操作臺(tái)手動(dòng)停機(jī)按鈕針，其對(duì)機(jī)組不同功率下主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥（包括補(bǔ)汽閥）的快關(guān)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 汽閥油動(dòng)機(jī)總快關(guān)時(shí)間

2 案例分析

2.1 關(guān)閉時(shí)間測(cè)試

某電廠汽輪機(jī)為GE 公司設(shè)計(jì)制造的660MW超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組進(jìn)汽方式為全周進(jìn)汽，高壓缸處共有兩個(gè)高壓主汽閥和兩個(gè)高調(diào)閥，此外在主蒸汽管道上布置有兩個(gè)高壓補(bǔ)汽閥，在高負(fù)荷下投入使用，起到帶高負(fù)荷和快速調(diào)節(jié)負(fù)荷的作用。

該機(jī)組在進(jìn)行檢修后，為獲取各閥門的關(guān)閉時(shí)間以判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，利用高速錄波儀進(jìn)行了閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試工作。設(shè)置高速錄波儀的采樣精度為20kS/s，各閥門開關(guān)反饋信號(hào)從DEH 機(jī)柜中接線取出，汽機(jī)遮斷信號(hào)采用盤前手動(dòng)打閘指令信號(hào)，將各信號(hào)接入高速錄波儀中，通過熱工指令將各閥門強(qiáng)制開啟，然后盤前手動(dòng)打閘，閥門迅速關(guān)閉，利用高速錄波儀記錄各信號(hào)的變化過程，從而測(cè)試出各個(gè)閥門的延遲時(shí)間和動(dòng)作時(shí)間，兩時(shí)間之和即為閥門關(guān)閉的總時(shí)間。試驗(yàn)中各閥門的關(guān)閉測(cè)試時(shí)間如表2所示，部分閥門的測(cè)試波形圖如圖1至圖4所示。

圖1 高壓主汽閥

圖2 中壓主汽閥

圖3 高調(diào)閥

圖4 中調(diào)閥和補(bǔ)汽閥

表2 汽輪機(jī)油動(dòng)機(jī)閥門快關(guān)時(shí)間

從試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可以看出，高壓主汽閥A 和B總關(guān)閉時(shí)間小于300ms，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；而中壓主汽閥A 和B、高壓調(diào)閥A 和B、中壓調(diào)閥A 和B、補(bǔ)汽閥A 和B 的總關(guān)閉時(shí)間均大于300ms，各抽汽逆止閥和高排逆止閥的總關(guān)閉時(shí)間均大于1s，不滿足標(biāo)準(zhǔn)《汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗(yàn)導(dǎo)則》（DL/T 711-2019）的要求。

該型機(jī)組為技術(shù)成熟機(jī)組，同類型機(jī)組的閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試結(jié)果均較好，為了進(jìn)一步分析該機(jī)組主汽閥和調(diào)閥總關(guān)閉時(shí)間超標(biāo)原因，進(jìn)行盤前手動(dòng)打閘閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試時(shí)接入了電磁閥動(dòng)作信號(hào)和順序閥動(dòng)作信號(hào)。此外，為考慮不同打閘方式情況下對(duì)閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試結(jié)果影響，另外增加了就地機(jī)頭打閘情況下閥門關(guān)閉時(shí)間的測(cè)試，相關(guān)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分別如表3和表4所示。

表3 汽輪機(jī)盤前手動(dòng)打閘時(shí)電磁閥和順序閥動(dòng)作時(shí)間

表4 汽輪機(jī)就地打閘時(shí)閥門動(dòng)作時(shí)間

2.2 結(jié)果分析

該汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的盤前手動(dòng)打閘是將打閘指令信號(hào)先傳遞至DEH，經(jīng)過卡件掃描和控制器判斷后再傳輸至ETS 電磁閥，而非將打閘信號(hào)由硬接線直接傳遞至ETS 電磁閥，這種接線方式相當(dāng)于打閘指令多了一道運(yùn)算程序，使得在試驗(yàn)中閥門關(guān)閉的延遲時(shí)間較長。

從補(bǔ)充試驗(yàn)也可以看出，盤前打閘至電磁閥失電信號(hào)傳遞時(shí)間大于100ms，就中主A 而言，就地打閘由硬接線直接傳遞的延遲時(shí)間為60ms，盤前打閘時(shí)延遲時(shí)間為192ms，相比之下就地打閘比盤前打閘節(jié)省了約130ms 的延遲時(shí)間，因此接線方式的原因造成的延遲時(shí)間較長，是導(dǎo)致盤前打閘后高壓主汽閥B、中壓主汽閥A 和B、高壓調(diào)閥A 和B、補(bǔ)汽閥A 和B 總關(guān)閉時(shí)間大于標(biāo)準(zhǔn)要求300ms 的主要原因。而中調(diào)閥A 和B 則是因其延遲時(shí)間和動(dòng)作時(shí)間均較長，從而導(dǎo)致了總關(guān)閉時(shí)間超過300ms。主汽閥和調(diào)閥的關(guān)閉時(shí)間超標(biāo)存在一定安全隱患，當(dāng)機(jī)組在高負(fù)荷發(fā)生跳機(jī)事件，會(huì)導(dǎo)致容積時(shí)間常數(shù)變大，機(jī)組可能存在一定的超速風(fēng)險(xiǎn)。

各段抽汽逆止閥以及高排逆止閥閥門動(dòng)作無卡澀，但其關(guān)閉時(shí)間均大于1s 超出標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要是因?yàn)樵谡麄€(gè)關(guān)閉過程中延遲時(shí)間和動(dòng)作時(shí)間均較長。抽汽逆止閥關(guān)閉時(shí)間超標(biāo)且有較大差距的原因有以下幾方面。

汽輪機(jī)跳閘信號(hào)到抽汽逆止閥動(dòng)作，是靠各系統(tǒng)間通訊傳遞，要經(jīng)過網(wǎng)點(diǎn)的上網(wǎng)、下網(wǎng)，從而數(shù)據(jù)掃描周期以及頁面執(zhí)行周期對(duì)延遲時(shí)間有影響；該試驗(yàn)是在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行的逆止閥快關(guān)試驗(yàn)，該機(jī)組逆止閥為氣動(dòng)逆止閥，試驗(yàn)中所謂的閥門關(guān)閉主要是靠氣缸的放氣帶動(dòng)行程開關(guān)反轉(zhuǎn)，真正的逆止閥閥芯是沒有動(dòng)作的，在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，逆止閥的關(guān)閉主要是靠打閘后逆止閥排出側(cè)的汽流反作用力以及逆止閥閥芯的自重，這兩點(diǎn)在試驗(yàn)時(shí)都沒有發(fā)揮作用，也導(dǎo)致閥門在試驗(yàn)時(shí)測(cè)試的關(guān)閉時(shí)間較運(yùn)行工況下實(shí)際動(dòng)作時(shí)間長。

試驗(yàn)取逆止閥的開關(guān)行程作為逆止閥開關(guān)的反饋信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)行程開關(guān)的靜態(tài)調(diào)試、開關(guān)的松緊程度也對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較明顯的影響；由于汽輪機(jī)各級(jí)抽汽管道壓力、蒸汽流量存在明顯差異，各級(jí)抽汽管道的截面也明顯不同，管道公稱直徑越大，所配逆止閥尺寸也隨之增大、執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉轉(zhuǎn)動(dòng)半徑也匹配的大些，從而導(dǎo)致各抽汽逆止閥的關(guān)閉時(shí)間差異較大。

3 結(jié)語

該汽輪機(jī)多個(gè)閥門在關(guān)閉時(shí)間測(cè)試中存在超時(shí)現(xiàn)象，最主要的原因是其盤前手動(dòng)打閘信號(hào)先要經(jīng)過控制器預(yù)處理，需要經(jīng)過卡件掃描和控制器判斷后才能傳遞至電磁閥，導(dǎo)致閥門實(shí)際動(dòng)作前信號(hào)延遲時(shí)間較長，最行之有效的改進(jìn)方法是將盤前手動(dòng)打閘信號(hào)由硬接線直接傳遞至ETS 電磁閥。

對(duì)于調(diào)節(jié)汽門，除了熱工控制系統(tǒng)因素以外其他原因?qū)е碌年P(guān)閉時(shí)間超標(biāo)可以從以下方面考慮：適當(dāng)放大快關(guān)電磁閥下端轉(zhuǎn)接板的節(jié)流孔徑；提高檢修水平，消除機(jī)械方面阻力對(duì)閥門系統(tǒng)的影響。對(duì)于抽汽逆止門，除了以上客觀因素外，可以從以下方面縮短閥門關(guān)閉時(shí)間：按照規(guī)定要求，定期開展閥門行程試驗(yàn)以及閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試工作，提高閥門檢修水平，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械阻力、彈簧剛度或預(yù)緊力、水壓解除時(shí)間。