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汽轮机冷态升速过程中转速异常原因浅析李绍卿 刘 佳（大唐许昌禹龙发电有限责任公司）【摘 要】本文对机组某次启动阶段，汽轮机阀切换过程中发生的转速异常波动而导致OPC 动作的原因加以着重分析，做出合理的判断及解释并提出今后的注意事项，以避免同类事件再次发生。【关键词】阀切换 预启阀 阀门卡涩 转速波动1 引言某电厂两台机组为哈尔滨汽轮机厂制造的660MW 超超临界机组，液压系统采用了哈汽厂成套的高压抗燃油EH 装置，其控制系统为北京日立公司的H5000M 系统。2009 年底两台正式投产运行，投运期间机组运转正常。某次在某台机组启动冲转阶段，目标转速由高压主汽门TV 切换到高压调门GV 控制时，高压主汽门失控，转速出现大幅波动并一度引起OPC 动作，虽最终恢复正常，但问题的存在严重威胁机组的安全运行，为此我们进行了详细地分析。2 事件经过某日某台机组启动冲转，机组采用TV 冲转方式。06:43:52，机组开始冲转，冲转压力为3.805Mpa，冲转初期顺利，未发现有异常。07:06:08，当汽轮机转速达到2910rpm 时，2 个TV 阀开度分别为19.98%和20.17%，4 个GV 阀全开，运行人员按下TV-GV 阀切换按钮，但此时2 个TV 阀仍保持不动，4 个GV 阀也保持全开，转速逐步上升至2978rpm。直至07:08:29，2 个TV 阀阀位反馈开始变小，转速才开始逐步回落。当2 个TV 阀调节转速关至9%，转速降低至2885rpm。07:09:07，TV-GV 阀切换指示消失，转速由GV 调节控制。2 个TV 阀迅速开启，但开度到20%时再次保持不动，4 个GV 阀因转速调节缓慢关闭。07:11:21，4 个GV 阀关至15.9%，2 个TV 阀再次开始动作，并迅速全开。07:11:08，转速第一次达到3000rpm，但仍保持上升趋势，直至转速飞升最高达到3098rpm，OPC 动作。07:15:54，转速下降并最终稳定在2900rpm，运行人员改变目标值至3000rpm，汽轮机转速缓慢上升至目标值，机组恢复正常运行。具体如图1 所示。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机37图1 阀切换过程的趋势图3 转速波动原因通过调取冲转当时的历史曲线及数据，发现整个冲转过程中，TV 阀曾出现了两次不受控的状况。一次在TV-GV 阀切换前，转速由阀控制。转速设定值与实际值的偏差作用在控制的转速回路上，发出伺服阀指令，使2 个TV 阀开度的由零逐渐增大。但当左右TV 阀开度达左右时，阀门不再随伺服阀指令的增加而增大，即使在伺服指令达时，个阀的开度仍保持在，因原设计中无伺服指令偏差报警，故冲转初期没有注意。直到转速的上升使伺服指令小于时，个阀才再次恢复受控状态。第二次发生在阀切换过程中。当转速由切换为控制时，阀本应随100%伺服指令迅速全开，但当个阀开到20左右时，阀门再次保持不动。直到4 个GV 阀逐步关至16左右时，个阀迅速从至全开。阀转速控制逻辑如图2。图2 阀转速控制逻辑图全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机38正是阀切换前后两次阀门不受控而停滞在开度上数分钟，最终导致转速失调，并触发了动作。4 原因分析4.1 伺服系统故障引起阀门卡涩可能从上述情况来看，阀门失去控制，主要伺服系统故障原因可能为：一由于开阀侧喷嘴的滤网堵塞，导致伺服阀活塞的B 口通T 口，将液压缸动力腔油压泄光，这种可能性中，堵塞不可能很快恢复，一般阀门将关至关死位置。二是油质较差，小的颗粒卡在伺服阀滑阀中，导致滑阀卡涩，不接收控制。当阀门开启时，阀门指令与阀门反馈相差越来越大，由于伺服卡中的比例控制回路的左右，伺服阀电流也越来越大，甚至可达到伺服卡最大限制。随着电流的增加，电磁线圈带动偏转杠向开阀位置偏转，偏转杠与喷嘴越近，泄流面积越小，油压越高，作用在滑阀上的压力越大，而另外一侧喷嘴由于偏转杠与其距离相差较大，油压下降，作用在滑阀上的油压下降。滑阀两侧油压差增大，将能克服滑阀卡涩的摩擦力，使滑阀复位。在这种可能性中，伺服阀在阀门关闭的过程中可能会恢复正常。现实中还有因油质的问题引起泄载阀卡涩的可能，使动力油漏泄到无压回油管路，但一般需要重新清洗卸载阀才能恢复。4.2 主阀停留实际位置分析高压主阀的机械结构与其他调节性阀门有所不同，主汽阀阀芯内有个预启阀的机构，其作用就是在主阀还未动作的时候，预启阀预先动作，会使小流量蒸汽通过预启阀芯到达主阀后，以降低主阀前后压差，有利于主阀的顺利开启。同时由于预启阀的通径较主汽阀小得多，它便于用小流量蒸汽对汽轮机进行冲转并平稳升速。预启阀阀芯直接连接在主汽阀阀杆上，主汽阀油动机开始动作后，先开启预启阀，当预启阀全开后，主汽阀才在阀杆的带动下再逐渐打开。对冲转过程仔细分析发现，两次阀均在左右开度停滞不前，而且几乎个阀同时发生。2 个TV 阀同时出现卡涩的几率可认为是小概率事件。查阅TV 阀门的原始数据发现，预启阀的密封行程为17（1719）mm，而阀门的总行程为99.3（97.5102.5）mm，预启阀最大可开至17mm，然后带动主阀向上开启。预启阀行程占总行程的百分比为17/99.310017.2%。与DEH 指示约差%左右。这表明了当时主阀是接近全关位置。而%的误差可能源于主阀与预启阀之间的行程、或阀门的机械总行程（预启阀及主阀行程）发生了变化、或DEH 在安装调试过程中有微小的偏差，以及阀杆在运行过程中不可避免的热膨胀导致 DEH 有小的偏差，因此认为当时主阀阀杆在全关位置比较合理，而卡涩的可能极小。预启阀应在全开位置，这也可解释伺服阀在阀门关闭过程即刻恢能正常工作的原因。4.3 阀门受力分析由前分析，整个冲转阶段伺服阀可视为正常工作。根据伺服阀与液压缸的工作原理，由于指令与反馈存在很大的偏差，此时伺服阀的进油直通液压缸，液压缸压力将达到系统压力。阀门无法开启，还需进一步从阀门的受力方面进行分析。全国火电600MW 级机组能效对标及竞赛第十五届年会论文集 汽机39当预启阀处于全开且主阀处于关闭位置时，只有主阀阀杆受力大于零，主阀才能开启主阀阀杆受力的公式为：F F F K(P P1 ) y T st = 式中： y F 为液压缸提升力， T F 为主阀弹簧压力， st P 为主蒸汽压力， 1 P 为调节级压力，为作用在主阀液压缸提升力方向上的主汽差压分量系数。一般情况， 1 P 在冲转过程中压力很小，而T F 与阀体位移成比例变化，位移量越大T F 越大，因而y F 一定的情况下， T F 越小主阀就越容易开启。而主蒸汽压st P 除了自身对影响外又决定了阀体位移量的大小，即st P 过大或st P 过小使阀门位移量加大，均需提高y F 才能保证主阀的顺利开启。这也是机组冲转时要求满足一定主蒸汽压力的原因之一。从机组冲转数据可见，机组在开始冲转前主蒸汽压力为3.805Mpa，而哈汽厂家说明书要求压力为.Mpa，两者相差近.Mpa。综上所述，可以认为此事故中，当阀首次处于全关位置而预启阀在全开位置时，由于阀门前后压差及弹簧力之和大于液压缸的提升力，阀无法继续开启，只能维持原有开度，直至阀随伺服指令下降而恢复控制。而当机组阀切换时，阀再次开启到预启阀全开时，液压缸的提升力仍未能满足开启需求而再次保持不动。直到阀门开度的减小，主汽门前后差压的持续下降，最终使液压缸提升力大于弹簧力与蒸汽压差之和后方才开启。而阀门失控，最终引起转速的失调，大幅波动。5 几点建议1、注意监视EH 油质，定期进行油样化验，增加主汽阀活动试验的次数，使液压缸中的油能够置换，以防止由于高温导致油质变化后的油垢在进行活动试验时进入伺服阀；2、DEH 逻辑是根据汽轮机的运行特性而制作的，所以操作者应严格按照厂家说明书及启动运行规程进行操作，合理选择参数；、DEH 系统增加伺服系统报警逻辑，并在生产运行加