1、科技与创新Science and Technology&Innovation822023 年 第 17 期文章编号：2095-6835（2023）17-0082-04#2 汽轮机主汽门、调门异常摆动分析及处置王胜辉，高振渊（中天合创能源有限责任公司化工分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）摘要：汽轮机主汽门、调门是机组调节系统的主要安全机构、执行机构，发生故障时不仅会影响机组的带负荷能力，甚至会影响机组安全稳定运行。对#2 汽轮机正常运行工况下出现的主汽门、调门异常摆动故障进行分析，查找出导致主汽门、调门异常摆动故障的直接原因和根本原因，并提出相应的在线处理的方法，为解决类似问题提供技术参考
2、与借鉴。关键词：主汽门、调门；异常摆动；伺服阀；故障处置中图分类号：TM621文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.17.023中天合创能源有限责任公司是国内目前在运最大规模的煤制烯烃项目，项目于 2016 年 10 月试运行，热力发电系统设计有 6 台高压煤粉锅炉，配有总量为300 MW 的发电机组（#1 汽轮发电机组为 30 MW 背压机组、#2、#3 汽轮发电机组为 135 MW 抽凝机组）；公司装置区正常工况运行时用电总负荷在 330 MW 左右，其中#2、#3 汽轮发电机组共计发电量 270 MWh，#1 汽轮发电机组由于蒸汽不平衡暂无法运行，缺额电量从
3、外电网吸取。中天合创能源有限责任公司厂区所在乌审断面处于电网供电的末端，受制于外电网供电能力不足的影响，电力公司对公司下网用电频繁限制，不能完全满足公司安全生产用电需求。在这种情况下，若#2、#3汽轮发电机组发电机因故障或检修停运时，电网没有足够的电力负荷供应，需要生产系统大量装置迅速停车、压减负荷来保证供电稳定。#2、#3 汽 轮 机 均 采 用 DEH（Digital ElectricHydraulic，汽轮机数字电液）控制系统，其控制精度高、反应速度快、动态响应好，DEH 控制系统在整个系统中发挥了重要作用。然而主汽门、调门控制系统就地设备所处的环境温度高，振动大，EH 油（抗燃油）的品
4、质时刻影响着伺服阀的工作性能，特别是EH 油油质劣化变质后形成的油泥、凝胶等物质将造成整个 EH 油系统工作不稳定，甚至造成机组非计划停机事故发生1。汽轮机主汽门、调门异常摆动故障在热电厂中出现频次较多，但具体原因大都是某个部件出现问题。本文通过对故障部件进行解体检查，在深入研究的基础上查找出导致汽轮机主汽门、调门异常摆动的根本原因，并给出较为完善的解决方案，对其他同类型的电厂解决相似的问题具有一定的借鉴作用。1设备、控制系统简介1.1汽轮机 EH 油系统中天合创能源责任公司热电部汽机装置#2 汽轮机采用上海电气集团股份有限公司生产的CCZK135-11.8/1.8/0.9 型汽轮机，该机组为
5、超高压、单轴、直接空冷、具有 2 级可调整抽汽式汽轮机；DEH 系统采用艾默生过程控制有限公司的产品，为高压抗燃油型数字电液调节系统，机组 EH 液压系统配置有 2 个高压自动主汽门油动机（TV1、TV2）、4 个高压调节汽门油动机（GV1GV4）、3 个中压抽汽门油动机（IV1IV3），所有油动机都采用单侧进油、连续控制式结构，油动机靠油压作用开启阀门，靠弹簧作用关闭阀门。1.2机组主汽门、调门控制系统工作原理#2 汽轮机高压调节汽门油动机属连续控制型执行机构，可以将高压调节汽门控制在任一位置上，成比例地调节进汽量以适应汽轮机运行。它一般是由伺服阀、伺服回路控制卡（伺服卡）、线性位移传感器（
6、LinearVariable Differential Transformer，LVDT）、EH 油液压系统组成。经 DEH 控制器运算处理后，开大或关小高调门的电气信号，经过伺服放大器放大后，在电液伺服阀中将电气信号转换为液压信号，使电液伺服阀主阀芯移动，并将液压信号放大后控制高压抗燃油的通道，使高压抗燃油进入执行机构活塞杆下腔，使执行机构活塞向上移动，带动高压调节汽阀使之开启，或者是使压力油自活塞杆下腔泄出，借弹簧力使活塞下移，关闭高压调节汽阀。当执行机构活塞移动时，同时带动 2个 LVDT 线性位移传感器，将执行机构活塞的位移转换成电气信号，作为负反馈信号与前面计算机处理后送来的信号相叠
7、加，输入伺服放大器。当伺服放大器输入信号为 0 时，伺服阀的主阀回到中间位置，不再Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 17 期83有高压油通向执行机构活塞杆下腔，此时高压调节汽阀便停止移动，停留在一个新的工作位置。油动机控制块上装有一个卸载阀。当汽机转速超过 103%额定转速或发生故障需紧急停机时，危急中断系统动作时，使机组 OPC（OLE for Process Control，针对现场控制系统的一个工业标准接口）母管油压泄去，卸载阀快速打开，迅速泄去执行机构活塞杆下腔的压力油，在弹簧力的作用下迅速关闭各高压调节汽门1。2故障现象及直
8、接损失2.1故障现象2021-11-02#2 汽轮发电机组为配合电仪装置#2 主变清扫预试停机 8 h，根据技术监督导则要求完成了相关静态试验，自 2021-11-02 启动并网发电 2021-12-09，机组在 EH 母管油压无波动和主汽门、调门阀门指令不变的情况下，多次出现阀门开度异常摆动的现象，如表 1 所示。电负荷波动较大，而且中压调门异常关闭导致中低压抽汽管道安全阀起跳，严重影响装置运行。表 1机组主汽门、调门若干次摆动情况汇总阀门摆动时间阀门反馈摆动幅度/（%）功率变化/MWTV12021-11-05T15：25：362021-11-05T15：28：462021-11-05T15
9、：29：0410065.61001351301352021-12-08T18：21：372021-12-08T19：01：192021-12-08T19：03：2510017.4100140108962021-12-08T21：29：252021-12-08T21：30：152021-12-08T21：30：211003.717.3135103118IV22021-11-04T21：20：112021-11-04T21：21：112021-11-04T21：21：3810001001231201232021-11-25T07：52：532021-11-25T07：53：282021-11-25
10、T08：40：231000100140121135IV32021-11-04T19：17：212021-11-04T19：17：322021-11-04T19：21：2410001001401361402021-11-04T20：05：412021-11-04T20：05：492021-11-04T20：07：1910001001301251262021-11-04T20：15：552021-11-04T20：16：012021-11-04T20：16：0510001001251251252021-11-04T21：19：122021-11-04T21：19：512021-11-04T21：2
11、0：0110001001251201252021-11-04T21：31：122021-11-04T21：31：192021-11-04T21：31：4410001001201131252.2直接损失根据“内发改价费字20201290 号”文件中20212022 蒙西电网输配电价表规定：最大需量电费为 28 元/kW月，中天合创能源有限责任公司正常工况下的下网电量为 6 万 kWh 左右，#2 汽轮机主汽门、调门故障期间，最大下网电量达到了 10 万 kWh，相当于最大需量电量增加了 4 万 kWh，当月带来的直接经济损失约 112 万。故障期间为保证#2 汽轮发电机组工况安全稳定可控，机组被
12、迫以低负荷运行，环比十月份同一时段少发电量约 60 万 kWh，按照每 kWh 需0.4 元/（kWh）的电费计算，故障期间产生经济损失约24 万元。3主汽门、调门异常摆动原因分析由油动机动作原理可知，DEH 控制器上输出阀门控制信号与 LVDT 位置反馈信号的比较形成位置偏差信号，该信号经伺服卡（伺服放大器）放大后控制电液伺服阀改变油动机活塞下腔室油量，进而控制阀门开度，控制原理如图 1 所示。图 1油动机动作原理图2由图 1 可知，伺服卡、伺服阀、卸载阀故障均有可能导致主汽门、调门油动机出现异常摆动故障。3.1伺服卡、LVDT 线性位移传感器故障根据机组调节保安系统说明书可知，当 LVDT
13、 线性位移传感器出现故障，输出电压信号突然变大时，机组调门在 DEH 有差调节作用下将关闭阀门；当伺服卡接线松动或卡件损坏时，伺服卡将无法输出电压信号，机组调门油动机油压将缓慢卸去，在油动机压簧的作用下，阀门也将下关。#2 汽轮机主汽门、调门开度异常波动期间，仪表人员对波动调门（IV3）伺服卡输出电压信号和 LVDT反馈电压信号进行现场实测，当IV3调门指令为100%、反馈为 100%时，伺服卡输出电压值变化呈恒定上波浪型波动曲线，LVDT 反馈电压信号呈恒定下波浪型波危急遮断油母管高压调门位置反馈LVDT控制信号油缸伺服放大器DP有压回油母管卸载阀HP 高压供油伺服阀科技与创新Science
14、 and Technology&Innovation842023 年 第 17 期动曲线；证明机组 DEH 调节系统工作正常，伺服卡和LVDT 线性位移传感器处于正常调节状态。当 IV3 调门指令为 100%、反馈为 0%时，伺服卡输出电压值为最大恒定值，LVDT 反馈电压信号为小电压恒定值；该现象反映了调门故障情况下机组 DEH 调节系统工作正常，伺服卡和 LVDT 线性位移传感器也处于正常调节状态。通过上述分析，结合机组调门摆动期间伺服卡和LVDT 线性位移传感器输出电压值变化情况，可初步判断主汽门、调门故障由机组主汽门、调门故障非伺服卡和 LVST 线性位移传感器故障引起。3.2卸载阀故
15、障卸载阀动作原理如图 2 所示。由图可知，正常情况下杯形阀 A 和锥形阀 B 均处于关闭状态（锥形阀 B可控制杯形阀 A 的开度），进入油动机下腔室的压力油无法卸出，油动机下腔压力油油压恒定，油动机开度维持不变。图 2卸载阀动作原理图2当杯形阀 A 存在开度时，油动机下腔压力油就会从油压回油母管卸出，进而导致油动机开度处于关闭状态，使阀门开度发生变化。引起杯形阀 A 由关变开的因素有：阀 A 上压簧弹性减弱、阀 B 上压簧弹性减弱、危急遮断油母管压力（AST 油压）不足。#2 汽轮机主汽门、调门开度摆动期间，AST 就地压力表压力恒定正常，指针无摆动，可排除危急中断油母管压力不足因素；阀 A、
16、阀 B 上压簧弹性减弱导致阀门开度降低为不可逆过程，从主汽门、调门开度下关后可回位可排除阀 A、阀 B 上压簧弹性减弱因素；可知机组主汽门、调门故障不是由卸载阀故障引起。3.3伺服阀故障3.3.1伺服阀工作原理DEH 控制器发出阀位开启指令后，通过电磁线圈作用，将挡板转动，挡板移近左边喷嘴时，该喷嘴的泄油面积减小，流量减小，与左侧喷嘴相通的滑阀左侧油压升高；与此同时右边喷嘴与挡板的距离增大，流量增加；与右侧喷嘴相通的滑阀右侧油压降低；当滑阀左右两侧的油压不相等时，差压导致滑阀向右边移动，使滑阀凸肩所控制的油口开大，压力油进入油动机活塞下部；增加油动机进油量，使油动机活塞上升，开启主汽门、调门1。伺服阀动作原理如图 3 所示。图 3伺服阀动作原理图23.3.2伺服阀故障分析#2 汽轮机主汽门、调门开度摆动故障发生后，为TV1、IV2、IV3 控制机构更换新伺服阀，机组在后续运行过程中不再出现主汽门、调门异常摆动故障。经拆卸检查伺服阀发现，高压油进油滤网、伺服阀入口滤网、伺服阀滑阀中部积累了大量油泥、凝胶等脏物，如图 4 所示。图 4伺服阀部分部件内部图当伺服阀喷嘴回油口处积聚大量脏物时，