某热电厂汽轮机高调门指令、反馈偏差大的分析及处理

摘 要：针对某热电厂#1机组高调门指令、反馈偏差逐年变大的问题，通过分析高调门伺服系统及高调门调节保安系统，推断出油路中有杂质影响通油流量是故障的主要原因，并判断堵在高压油动机滑阀底部的可能性最大，停机后证实确有钨金碎块堵在该处。

关键词：高压油动机;滑阀;DDV阀;钨金块;主油泵

某热电厂安装2台100MW热电联产机组，2005年投产，哈汽厂一次调节单抽汽式汽轮机，单个高调门通过凸轮控制4个进汽调节阀。2013年以来，该厂#1机组高调门指令、反馈之间偏差自开机后逐渐变大，之后基本稳定在某一值，该值呈逐年递增趋势。经过热工和机务专业协作，分析高调门控制油路含杂质是故障的主要原因，之后清理杂质并加强滤油后故障得到彻底处理。

1设备结构及工作原理

1.1 高调门调节保安系统

哈汽N110/C68-8.83/0.981机组高调门调节保安系统。机组运行时，主油泵将压力油油压提升至2.0MPa，一路压力油经高压油动机滑阀补给一次脉冲油，另一路经粗滤、精滤、DDV阀补给一次脉冲油。一次脉冲油连接危急遮断器滑阀、OPC滑阀、可调节流阀。高调门电调系统、伺服控制系统的动力油使用机组透平润滑油源，无EH油系统。

1.2 电调控制系统

汽轮机调速系统采用上海新华的DEH-ⅢA型数字低压纯电调控制系统。

伺服控制系统由伺服控制卡（VPC）、伺服阀（DDV）、油动机、LVDT等构成。DEH阀位指令和OFFSET信号（启动偏置）求和，通过VPC卡输出±10mA信号控制DDV阀，由DDV阀将电信号转换成脉冲的液压信号，该油压送入油动机以准确控制油动机位移，当LVTD#1、LVTD#2高选值和DEH阀位指令相等时阀门停止运动，形成闭环控制回路。

2故障现象

由于机械磨损、阀门静态调试存在偏差等原因，该型机组高调门指令、反馈偏差值在3%内属正常，但近年来该偏差值已逐步超过6%。经核对，现场阀位与DCS显示阀位相同，阀位（LVDT）测量正常。

某年6月6日，紧急停机后#1机组启动，其偏差值达到21%且有异常波动，随运行时间增加该值最终大于23%，导致机组无法满负荷运行被迫停机处理缺陷。

3原因分析

除存在偏差外，高调门指令、反馈波动曲线吻合;另外，机组运行时负荷加、减也正常。分析高调门伺服系统工作原理，在排除了LVDT故障可能性后，还有DEH指令、VPC卡、DDV阀、油动机、可调节流阀等设备待验证。

3.1 DEH指令

停机后检测高调门指令AO、AI通道，通道最大切换误差为0.17%，小于通道本身精度0.25%，符合厂家要求。另外，自机组投产以来高调门电液伺服控制系统运行稳定，不存在设备接线错误或强电磁干扰的问题，且电磁干扰通常现象不规律，很难出现高调门指令、反馈波动曲线吻合这种现象。

3.2 VPC卡

该电厂VPC卡及端子板使用8年，运行情况一直稳定，虽然可能存在电子元件日益老化的问题，但电子元件老化引起的故障现象通常会引起高调门无规律的波动，或者阀门控制失灵，但目前的故障现象除了指令、反馈偏差大外，阀门的显示、控制均正常，S值也非常稳定。停机后执行VPC卡调试步骤，高调门开环中位、零位及满度调试均正常，阀门阶跃试验也稳定，可排除VPC卡及端子板引起故障的可能性。

3.3 DDV阀

DDV阀工作原理：主要由阀位控制器（集成电子线路）、位移传感器、发套、阀芯、直线马达（包括就中弹簧）等组成。当一个电指令信号施加到阀芯位置控制器集成块上时，此电信号将转换成一个脉宽调制（PWM）电流，震荡器就使阀芯位置传感器（LVDT）励磁。经解调以后的阀芯位置信号和指令位置信号进行比较，使阀芯位置控制器产生一个电流给力马达，力马达驱动阀芯，一直使阀芯移动到指令位置。阀芯的位置与指令信号成正比。伺服阀的实际流量是阀芯位置与通过阀芯计量的压力降的函数。

DDV阀作用是将DEH系统发出的脉冲电信号转变成脉冲的液壓信号，从而来控制汽轮机调门的开度，从而达到控制汽轮机转速和负荷的目的。DDV阀保持平衡就保持一次脉冲油压不变，油动机就稳定在一个新的工作位置。

DDV阀芯与阀套盒间隙很小，只有2-3μm左右，一旦发生卡涩现象，机组就不能正常运行。如果DDV阀因杂质引起卡涩，则可能出现三种情况：①高调门在开启时DDV阀卡涩，脉动油压保持高值，阀门将一直动作至全开;②高调门在关闭时DDV阀卡涩，阀门将一直动作至全关;③高调门在保持稳定时DDV阀卡死，阀门将卡在当前位置无法变化。目前，高调门的实际现象与上述三种情况均不符，且机组负荷变化时响应速率正常，可判定DDV阀未卡涩。

除卡涩外，油路堵塞也会严重影响高调门开度。DDV阀前后油路通流量突降，会导致一次脉冲油压突降，从而使高调门关小。DDV阀对油质的清洁度要求位NAS不低于6级。目前该机组DDV阀的压力油经过两级双筒滤油器过滤，滤油器出口精度为20μm，可以清除或阻止油中混入的大颗粒杂质，防止阀芯卡涩，节流孔堵塞等故障的发生。经检查，两级滤油器滤芯洁净，DDV阀前油压值正常，差压开关未报警，且机组临停时DDV阀更换新备品后故障现象依旧，可判断DDV阀及其前部油路堵塞的可能性较小。

3.4 油动机

高压油动机为液压反馈断流式双侧进油油动机。油动机主要由滑阀（又叫错油门）、油动机活塞、反馈LVDT 以及套筒等组成。

高调门长期在75%～90%区间运行，油动机缸体与活塞长期摩擦导致密封性小幅度下降，在该区间高调门指令与反馈偏差变大，约为2%，其它区间偏差小于1%。从开启阀门到开度60%，偏差一直稳定在21%左右，油缸和活塞之间如果存在卡涩或密封性严重破坏，高调门响应应该出现明显滞后且可能出现超调，但运行及停机后的调试均无该现象。

滑阀共分六档油口，自上而下第一和第五油口为压力油口，第二和第四油口分别与油动机活塞的上下油室相通，第三油口为排油口，第六油口为一次脉冲油室。当滑阀处于中间平衡位置时，作用在滑阀上下的油压作用力是平衡的。

即    Pe×F1= Pm×F2

式中，F1为滑阀顶部的环形面积，cm2;F2为滑阀底部的面积，cm2;Pm为一次脉冲油压，MPa;Pe为压力油压，MPa。

当滑阀下部的一次脉冲油压Pm增大时，滑阀失去平衡而向上移动，高压油经套筒上的油口进入油动机活塞的下部，而活塞上部则与排油相接通，在活塞上下油压差的作用下，活塞向上移动，通过凸轮配汽机构，开大调节汽阀。油动机活塞向上移动后，反馈LVDT 将阀位送给伺服控制系统，伺服控制系统通过改变DDV阀芯位置减少一次脉冲油量，使一次脉冲油压Pm下降，滑阀回到平衡位置封闭第二和第四油口，油动机活塞停留在新的平衡位置。反之，当脉动油压Pm下降时，其动作过程与上述相反，油动机活塞将调节汽阀关小。

滑阀若卡涩，其现象应类似DDV阀芯卡涩的三种情况，目前的现象与其不符。

除卡涩外，分析油路堵塞的可能性。一次脉冲油主要由压力油通过滑阀底部开口补充，其开口缝隙较小，压力油未经粗滤油器、精密滤油器过滤，有存在杂质的可能。如果杂质堵塞在滑阀底部开口处，则油路通流面积减少，一次脉冲油压下降，导致高调门突然关小，且杂质在滑阀底部，不会导致高调门卡涩。高调门滑阀有杂质堵塞油路的可能性很大。

3.5 可调节流阀

可调节流阀为针型阀，正常运行时该阀锁死。可调节流阀的作用：通过调整开度控制一次脉冲油泄油量，建立一次脉动油初始油压，该油压略小于高调门滑阀平衡时的一次脉冲油压，保证DDV阀失电时油动机能自动关闭。初始油压不能过低，因为DDV阀通油量较少，一般不超过40 L/min，初始油压过低导致DDV阀为保证高调门滑阀的力平衡而大幅度开启，其阀芯平衡位置远大于通常值55%，这将对开启阀门造成不良影响。该油压偏差值在阀门静态调试时设置，在高调门即将开启位置将可调节流阀再开大约半圈～1圈，由此产生的压降值即为偏置值（OFFSET）。

目前存在异常现象：可调节流阀开度较正常位置已大幅度关小，通常剩余2～3圈才完全关闭，现在阀门静态调试后只剩余半圈就会全关，这表明一次脉冲油排油量已大幅度减少。

理论上可调节流阀的锥形通流面容易堵塞杂质，但是在该处堵塞杂质会导致排油不畅通，一次脉冲油压上升，高调门开度应变大，这与故障现象不符。在停机后的高调门静态试验中也大幅度开关了该阀，故障现象没有变化，可调节流阀堵塞的可能性可以排除。

3.6 其他位置

一次脉冲油管道与危急遮断器滑阀、OPC滑阀的两处连接口密封不严，漏油量加大，也可能导致类似故障;另外，DDV阀后、三通接头前的小段管道堵塞也有可能，但可能性很小。

3.7 原因综述

综上所述，可基本排除热工控制设备（带电设备）故障的可能性，判断故障是由一次脉冲油压突降引起，引起油压降低的原因重点怀疑高调门滑阀有杂质堵塞油路，其次怀疑一次脉动油管道与其它设备连接处是否有泄露点，最后得出需要彻底检查清扫高调门调节保安系统油路的结论。

4故障处理及防范措施

4.1 故障处理

机组停机检修后，对高调门调节保安系统油路进行全面拆解检查，在高压油动机滑阀上部发现1块5mm直径钨金，底部发现1块长54mm、宽16mm、厚4mm大块钨金，在主油箱回油侧底部发现1块钨金，主油泵入口平台发现4块钨金，其它部位检查未发现明显异常。上述钨金碎块证实了之前的判断，如此大块的杂物堵在高压油动机滑阀底部必然影响一次脉冲油压，且碎块形状不规则，每次位置变化后油压变化也不同，极端情况下出现严重故障。

经查资料，只有主油泵轴承采用钨金材料，记录显示2007年主油泵曾因发生烧损轴瓦事故。推测该次抢修未能彻底清理油系统，导致钨金碎块逐年移动至目前位置，这反映出当时的汽机检修工作存在一些疏漏。

通过用压缩空气吹扫油路毛细管道，大流量润滑油冲洗油路主管道，以及用内窥镜检查主油泵内部等方法，充分清理了油系统杂物，同时采用更换主油箱底层透平油，延长油循环时间等措施作进一步处理。

机组开机后高调门指令、反馈偏差最大值降为2%且稳定不变，可以认为故障已得到有效处理。

4.2 防范措施

设备一般有寿命年限，到期后可对老化严重的部件进行更换。检修回装时要认真检查和清理，避免由于杂物存在等原因，导致部件之间的衔接不到位，重点检查油箱各处开口、组件铅封及法兰连接部位。可在油流死角区域加装排污阀，定期开阀进行排污。其次，还需对油管道进行深度清洗，以及必要的化学清洗。具体落实有如下方面措施：

热控专业：严格执行大修返厂清洗DDV阀、定期校验压力表及压力开关、定期做DCS性能测试、开机前必须做阀门静态调试等规定，同时关注设备的使用年限，通常8～10年更换VPC卡、DDV阀及DEH控制器等重要电子设备。

机务专业：检修时注意防护，防止粉尘、焊渣、棉线、密封胶、铁锈等杂物进入油系统，对弯头、变径、堵头等部位进行重点检查清理，对检修后的油系统先用压缩空气吹，杂物用面团粘。采購新的滤油设备加强在线滤油工作，新增的可移动式滤油机过滤主油箱第二格储油，现有固定式滤油机过滤第一格储油，大修时定期更换透平油。及时消除轴封、冷油器、水封等相关部件结合层的泄露，避免进水。

运行方面：加强滤油、取样工作。优化油质取样，防止取到不流动的部分。加强油质监督、定期排污、保证汽轮机油清洁度，现有固定式滤油机由原来每天运行2小时改为每天运行24小时，新增的可移动式滤油机在油质下降时投入运行，双重措施保证油质控制在6级以内。

5结语

低压透平油纯电调系统、伺服控制系统仍使用机组透平润滑油液压油源的老式机组存在较大安全隐患，油质的清洁度问题可能引发莫名原因故障，如：危急遮断装置误动作、阀门卡涩、阀门抖动等，要完善检修维护管理制度，机组运行中加强滤油并定期检验，检修时也要加强管道吹扫清洁工作。

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作者简介：

李林（1981-），男，湖南靖州人。中级工程师，工学学士，主要从事电厂热工自动化及控制系统维护工作。

科学与财富2019年4期