調節(jié)保安系統(tǒng)的問題分析及處理

熊 巍

(西北電力建設調試施工研究所,陜西 西安 710032)

1 概述

調節(jié)保安系統(tǒng)是高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)的執(zhí)行機構,可接受DEH 發(fā)出的指令,完成掛閘、驅動閥門及遮斷機組等操作。某600 MW 機組的汽輪機調節(jié)保安系統(tǒng),按照其組成可劃分為低壓保安系統(tǒng)和高壓抗燃油系統(tǒng)兩大部分。而高壓抗燃油系統(tǒng),即EH油系統(tǒng)是由液壓伺服系統(tǒng)、高壓遮斷系統(tǒng)和EH油供油系統(tǒng)三個部分組成,現(xiàn)將各組成部分分別加以說明。

1.1 低壓保安系統(tǒng)

低壓保安系統(tǒng)布置見圖1,系統(tǒng)由危急遮斷器、危急遮斷裝置、危急遮斷裝置連桿、手動停機機構、復位試驗閥組、機械停機電磁鐵(3YV)和高壓遮斷組件等組成。該系統(tǒng)可以完成機組的掛閘、遮斷功能。

圖1 低壓保安系統(tǒng)圖

掛閘操作時,系統(tǒng)設置的復位試驗閥組中的復位電磁閥(1YV),機械遮斷機構的行程開關ZS1、ZS2供掛閘用。掛閘程序如下:按下掛閘按鈕,復位試驗閥組中的復位電磁閥(1YV)帶電動作,將潤滑油引入危急遮斷裝置活塞側腔室,活塞上行到上止點,使危急遮斷裝置的撐鉤復位,通過危急遮斷裝置連桿的杠桿,將高壓遮斷組件的緊急遮斷閥復位,接通高壓安全油路進油的同時,將高壓安全油的排油口封住,建立高壓安全油。當高壓壓力開關組件中的三取二壓力開關,檢測到高壓安全油已建立后,向DEH發(fā)出信號,使復位電磁閥(1YV)失電,危急遮斷器裝置活塞回到下止點,DEH檢測行程開關ZS1的常開觸點由斷開轉換為閉合,再由閉合轉為斷開,ZS2的常開觸點由閉合轉換為斷開,DEH判斷掛閘程序完成。

遮斷操作時,為了確保機組遮斷的可靠性,該系統(tǒng)設計有電氣、機械及手動三種冗余的遮斷方式。

(1)電氣停機

實現(xiàn)該功能是由機械停機電磁鐵和高壓遮斷組件完成。該系統(tǒng)設置的電氣遮斷本身就是冗余的,一旦接受電氣停機信號,ETS使機械停機電磁鐵(3YV)帶電,同時使高壓遮斷組件中的主遮斷電磁閥(5YV、6YV 、7YV 、8YV)失電。機械停機電磁鐵(3YV)通過危急遮斷裝置連桿的杠桿,使危急遮斷裝置的撐鉤脫扣,危急遮斷裝置連桿使緊急遮斷閥動作,切斷高壓安全油的進油并將高壓安全油的排油口打開,泄掉高壓安全油,快速關閉各主汽、調節(jié)閥門,遮斷機組進汽。而高壓遮斷組件中的主遮斷電磁閥失電,直接泄掉高壓安全油,快速關閉各閥門。因此危急遮斷器裝置的撐鉤脫扣后,即使高壓遮斷組件中的緊急遮斷閥拒動,系統(tǒng)仍能遮斷所有調門、主汽門,以確保機組安全。

(2)機械超速保護停機

機械超速保護由危急遮斷器、危急遮斷裝置、高壓遮斷組件和危急遮斷裝置連桿組成。當機組轉速達到危急遮斷器設定值時,危急遮斷器的飛環(huán)擊出,打擊危急遮斷裝置的撐鉤,使撐鉤脫扣,通過危急遮斷裝置,使高壓遮斷組件中的緊急遮斷閥動作,切斷高壓安全油的進油并泄掉高壓安全油,快速關閉各進汽閥,遮斷機組進汽。

(3)手動停機

系統(tǒng)在機頭設有手動停機機構供緊急停機用。手動停機機構按鈕,通過危急遮斷裝置連桿,使危急遮斷裝置的撐鉤脫扣,后續(xù)過程與機械超速保護動作相同。

1.2 液壓伺服系統(tǒng)

液壓伺服系統(tǒng)由閥門操縱座及油動機兩部分組成,見圖2所示。伺服系統(tǒng)可對每個閥門實現(xiàn)開度控制和快速關閉的操作。該機組設置有4個高壓調節(jié)閥油動機,2個高壓主汽閥油動機,2個中壓主汽閥油動機,2個中壓調節(jié)閥油動機。油動機按其動作類型可分為兩類,即連續(xù)控制型和開關控制型。高壓調節(jié)閥油動機、右側高壓主汽閥油動機和中壓調節(jié)閥油動機由電液伺服閥實現(xiàn)連續(xù)控制,屬連續(xù)控制型油動機,該類型油動機的控制塊上裝有伺服閥、關斷閥、卸載閥、遮斷電磁閥和單向閥及測壓接頭等,而左側高壓主汽閥油動機、中壓主汽閥油動機由電磁閥實現(xiàn)二位控制,屬開關控制型油動機,該類型油動機的控制塊上則裝有試驗電磁閥、關斷閥、卸載閥、遮斷電磁閥和單向閥及測壓接頭等。

圖2 油動機液壓油路圖

不論是連續(xù)控制型還是開關控制型油動機,二者均具有閥門快關的功能。在發(fā)生事故的情況下,一旦安全油壓泄掉時,卸載閥打開,將油動機活塞下腔室接通油動機活塞上腔室及排油管,在彈簧力及蒸汽力的作用下快速關閉油動機,同時伺服閥(試驗電磁閥)將與活塞下腔室相連的排油口也打開接通排油,作為油動機快關的輔助手段。另外,油動機設置的關斷閥供甩負荷或遮斷狀況時,快速切斷油動機進油,避免系統(tǒng)油壓因油動機快關的瞬態(tài)耗油而下降。

1.3 高壓抗燃油遮斷系統(tǒng)

高壓遮斷系統(tǒng)由能實現(xiàn)在線試驗的主遮斷電磁閥、隔離閥及緊急遮斷閥組成。當機組掛閘后,危急遮斷裝置的撐鉤復位;緊急遮斷閥復位;主遮斷電磁閥(5YV 、6YV 、7YV 、8YV)帶電,高壓安全油相繼建立。

1.4 供油系統(tǒng)

供油系統(tǒng)為調節(jié)保安系統(tǒng)各執(zhí)行機構提供符合要求的高壓工作油。該系統(tǒng)主要由油泵、油箱、濾油器、安全閥、冷油器、油加熱器、蓄能器、磁性過濾器、油再生裝置以及必備的監(jiān)視儀表等組成。

2 調試過程中的問題分析及處理

調節(jié)保安系統(tǒng)所涉及的范圍較廣,中間環(huán)節(jié)較多,加之電氣、熱工、機械、液壓等方面的諸多接口問題,因此在調試過程中難免會出現(xiàn)一些異常情況。鑒于調節(jié)保安系統(tǒng)對于機組的重要性,面對這些異常情況,必須及時地解決并采取預防措施。現(xiàn)對調試過程中曾遇到的問題進行分析和探討。

2.1 1號高壓調節(jié)閥不能正常開啟

主機進行閥門標定期間,1號高壓調節(jié)閥(簡稱CV1)打不開。而在此期間CV2～CV4等3個閥門均能正常開啟,因此可以排除系統(tǒng)安全油壓出問題的懷疑。就地進行檢查,使用干電池直接給CV1的伺服閥加信號,閥門仍然無法開啟;由此可以排除DEH遠控指令的問題,初步判定為就地的問題。為便于排查,首先將CV1和CV2的伺服閥互相對換?；Q后再試的結果:CV1仍然打不開,而CV2能夠正常開啟。由此可以證明CV1的伺服閥工作正常,排除了CV1的伺服閥故障的可能,遂將對換的伺服閥重新恢復到各自的系統(tǒng)中。據此情況進一步分析認為導致CV1的油動機無法開啟,有兩種可能:其一,油動機不能進油;其二,油動機內部的安全油壓不能建立。出現(xiàn)第一種情況的原因:

(1)油動機進油濾網被堵。

(2)油動機內部的安全油壓不能建立。

若油動機內部的安全油壓不能建立,關斷閥則不能開啟,進而無法導通油動機的高壓進油。在這種情況下,若快關電磁閥關閉不嚴或油動機內部的快速卸載閥關閉不嚴。均有可能引起這種故障現(xiàn)象,按照由易到難的順序,進行針對性排查。

首先,隔離油動機的濾網,導通濾網旁路,再試CV1仍無法開啟,同時排除濾網堵的可能;根據這一情況分析:EH油不能進入油動機,就只能是因為關斷閥不能開啟造成的。由于關斷閥是一個純粹的機械部件,如果內部存在卡澀而導致密封不嚴,極易造成安全油壓下降,從而無法克服彈簧的預緊力,達到導通EH進油的目的。為了查明CV1的關斷閥是否存在問題,進行下面的操作:互換CV1和CV2的關斷閥。更換完畢后再試:CV1正常開啟,而CV2卻不能開啟。由此判定問題的確出自CV1油動機的關斷閥,另外排除了CV1油動機內部安全油壓不能建立的懷疑,進一步可以證明CV1的快關電磁閥和快速卸載閥均工作正常。

重新更換CV1的關斷閥后,同時將CV2的關斷閥裝回原系統(tǒng)中,再次試驗:CV1、CV2均能正常開啟,問題得以解決。

2.2 OPC超速保護動作使汽機跳閘

超速試驗期間,首先進行OPC保護試驗。升速至3090r/min,OPC保護動作。聯(lián)關高、中壓調門(由于機組為中壓缸啟動,在空負荷期間高壓調門不開啟,因此高壓調門處于全關位置。但是OPC動作仍會聯(lián)開高壓調門的快關電磁閥,泄放油動機內部的安全油),保護動作正確。當轉速降至3086 r/min以下,OPC復位時汽機跳閘。事后查閱此次OPC動作期間的相關參數(shù),發(fā)現(xiàn)在OPC復位后,高壓遮斷模塊處的安全油壓力開關和壓力變送器顯示安全油壓均下降,造成主汽門關閉使汽機跳閘。

分析認為:基于OPC保護的設計理念,只是在超速工況發(fā)生的瞬間,使所有調節(jié)閥門的快關電磁閥帶電從而關閉高、中壓調門,抑制轉速進一步上升,待轉速降至3086r/min以下時,OPC復位、快關電磁閥失電,進而高、中壓調門轉為由伺服閥控制,維持3000 r/min穩(wěn)定運行。主汽門在此期間應該正常開啟。機組在OPC復位后,安全油壓大幅下降,有可能是因快關電磁閥在復位的過程中造成的。按此思路出發(fā),更深入地對該問題進行了排查。

暫時從OPC保護邏輯中解列4個高壓調門,即OPC動作后,不給4個高壓調門的快關電磁閥發(fā)出帶電的指令,使之始終處于關閉的位置。重新開始OPC試驗:轉速至3090 r/min時,中壓調門迅速關閉;轉速降至3086r/min以下時,OPC復位,中壓調門恢復至伺服閥控制,維持機組轉速至3000r/min,汽機未跳閘。OPC動作前后,從高壓遮斷模塊處觀察的系統(tǒng)安全油壓未見大幅下降,基本平穩(wěn)。據此可以判定問題出在4個高壓調門上(其中的1個或幾個),進一步展開排查措施,鎖定故障發(fā)生在高壓調門。

從OPC保護邏輯中解列CV3和CV4,恢復對CV1和CV2的控制邏輯。重新開始OPC試驗,試驗現(xiàn)象同上所述:OPC動作前后,系統(tǒng)安全油壓未見大幅下降,基本平穩(wěn),汽機維持3000r/min運行。由此可以證明CV1和CV2均沒有問題。

從OPC保護邏輯中解列CV1和CV2,恢復對CV3和CV4的控制邏輯。重新開始OPC試驗:轉速至3090 r/min時,中壓調門迅速關閉;轉速降至3086r/min以下時,OPC復位,此時,系統(tǒng)安全油壓大幅下降,導致汽機跳閘。

從OPC保護邏輯中解列CV1、CV2和CV3,恢復對CV4的控制邏輯。重新開始OPC試驗:轉速至3090 r/min時,中壓調門迅速關閉;轉速降至3086r/min以下時,OPC復位,此時,系統(tǒng)安全油壓大幅下降,導致汽機跳閘。由此鎖定故障的高壓調門即為CV4。隨后隔離CV4油動機,對其快關電磁閥實施解體檢查:機械滑閥閥芯動作靈活、密封嚴密,未發(fā)現(xiàn)進、回油通道“竄油”等異狀,由此可以排除快關電磁閥對于系統(tǒng)安全油壓的影響。繼續(xù)對CV4油動機上的與安全油有聯(lián)系的相關部件進行檢查:快速卸載閥由于在油動機內部,拆卸工作在現(xiàn)場不便進行,加之如果該閥有異常,系統(tǒng)安全油壓應該一直無法建立,與實際故障現(xiàn)象不相符。因此暫不考慮檢查快速卸載閥,決定先對關斷閥進行解體檢查。檢查發(fā)現(xiàn):該閥的安全油進油管路上的節(jié)流孔為1.2mm,較之廠家要求的0.8mm偏大。綜合分析認為:快關電磁閥從開到關,實際是完成針對油動機內部安全油從泄油到進油的一次轉換?，F(xiàn)就OPC保護所觸發(fā)快關電磁閥的動作過程做一分解:OPC信號發(fā)出后,快關電磁閥帶電開啟,泄油通道打開、將油動機內部的安全油壓釋放,同時封閉進油通道,將來自系統(tǒng)安全油的進油阻斷。這樣便保證了油動機的快速關閉,同時避免了系統(tǒng)安全油壓的降低,從而保證了在OPC的工況發(fā)生時,只是關閉調門而主汽門保持開啟;OPC信號復位后,快關電磁閥失電關閉,進油通道打開、引入來自系統(tǒng)安全油的進油,同時封閉泄油通道,等待油動機內部的安全油壓再次建立。在這個過程中,系統(tǒng)安全油壓也是變化的?？礻P電磁閥帶電時,其油動機內部的安全油壓消失殆盡,系統(tǒng)的安全油壓相對穩(wěn)定,當快關電磁閥失電后,對于油動機內部安全油系統(tǒng)“空空如也”的情況,一旦系統(tǒng)安全油向其進油,必然會打破系統(tǒng)安全油原有的穩(wěn)態(tài),導致系統(tǒng)安全油壓下降。為此廠家設計了節(jié)流孔來抑制系統(tǒng)安全油壓的這種下降趨勢,也就是允許系統(tǒng)安全油壓在一定程度上的降低。但是如果節(jié)流孔的孔徑超過了廠家的原有設計尺寸,必然會造成系統(tǒng)安全油壓的非正常下降,進而導致汽機跳閘。

查明原因后,更換了CV4油動機的關斷閥處的安全油進油節(jié)流孔,同時針對其它高壓調節(jié)閥油動機的相應節(jié)流孔進行復查?；謴拖到y(tǒng)后再次進行OPC保護試驗,動作正確,汽機正常運行。

2.3 ZS2行程開關的閉合信號

在進行遠方、就地打閘試驗期間,發(fā)現(xiàn)ZS2行程開關的動作很不穩(wěn)定:打閘后,汽機遮斷動作正確,但是ZS2的信號時發(fā)時不發(fā)。起初認為是ZS2行程開關有問題,重新更換1個新的備品后,再次進行打閘試驗,發(fā)現(xiàn)問題依舊。查閱ZS2信號的歷史趨勢,發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象:即每次在就地通過手動停機機構打閘,ZS2信號都能觸發(fā);而每次在遠方通過集控室停機按鈕打閘,ZS2信號卻過不來。依據這一情況分析:就地打閘是手拉機頭處的停機手柄,通過危急遮斷裝置連桿使危急遮斷裝置的撐鉤脫扣,進而使高壓遮斷組件中的緊急遮斷閥動作,切斷高壓安全油的進油并泄掉高壓安全油;遠方打閘屬于電氣遮斷方式,電氣遮斷本身就是冗余的,一旦接受電氣停機信號,ETS使機械停機電磁鐵(3YV)帶電,同時使高壓遮斷組件中的主遮斷電磁閥(5YV、6YV、7YV、8YV)失電。機械停機電磁鐵(3YV)帶電動作后,通過危急遮斷裝置連桿的杠桿使危急遮斷裝置的撐鉤脫扣,危急遮斷裝置連桿使緊急遮斷閥動作,切斷高壓安全油的進油并將高壓安全油的排油口打開,泄掉高壓安全油;而高壓遮斷組件中的主遮斷電磁閥(5YV 、6YV 、7YV、8YV)失 電,直接泄掉高壓安全油。

位于機械遮斷機構上的ZS2行程開關,是通過就地危急遮斷裝置的動作實現(xiàn)信號的觸發(fā),在低壓保安系統(tǒng)中是一個用來表征汽機跳閘的信號。DEH在發(fā)出“掛閘”指令前,首先要檢驗ZS2的常開接點是否處于閉合位置,否則不能掛閘,其作用相當于一個掛閘的允許條件。因此必須確保該信號在汽機跳閘后能夠準確發(fā)出,否則將延誤汽機掛閘。根據分析,無論在就地、還是遠方進行打閘,汽機的遮斷動作均正確,證明兩種打閘方式下高壓安全油均可以迅速泄掉。可是唯獨只有通過就地打閘,ZS2的常開接點才能處于閉合位置。這說明遠方打閘,也即電氣遮斷方式中的機械停機電磁鐵(3YV)動作回路存在故障。在這種情況下,遠方打閘其實已經失去了原有的冗余配置,汽機遮斷時起作用的僅僅是高壓遮斷組件中的主遮斷電磁閥(5YV、6YV、7YV、8YV)失電這一路遮斷回路。如此也恰恰吻合了故障現(xiàn)象:遠方打閘,汽機遮斷正確,但是ZS2的信號出不來。為了驗證這一判斷,在將主遮斷電磁閥的失電指令強置為零以后,再次掛閘進行了遠方打閘試驗。試驗結果:汽機未遮斷。證明機械停機電磁鐵(3YV)的動作回路有問題,隨即對機械停機電磁鐵(3YV)進行了檢查,發(fā)現(xiàn)其線圈已經燒壞無法使電磁鐵動作。

待重新更換機械停機電磁鐵(3YV)的線圈后,再次試驗遠方打閘回路。汽機遮斷動作已恢復,ZS2的閉合信號發(fā)訊正常。問題已排除,重新再審視該故障案例:問題由一個行程開關引起,初看時誤以為是信號傳遞的小毛病,實際上卻牽涉出機組危急遮斷的安全保護方面的重大隱患。

3 結束語

調節(jié)保安系統(tǒng)是汽輪機控制系統(tǒng)的重要組成部分,任何故障的出現(xiàn)都會危及汽輪機的安全運行,在調試、乃至今后的生產期間需要精心維護,發(fā)現(xiàn)問題及早處理,防患于未然。在此,對調試過程中遇到的實際問題進行了故障診斷,著重從現(xiàn)象分析入手,然后進行因果分析,逐一排查懷疑點,最后定位故障點的診斷過程。

考慮到調試階段工期緊、系統(tǒng)或設備為首次投運等特殊性,一些問題的產生不可避免的帶有主觀因素。這就要求安裝、調試人員嚴格按照規(guī)范、指導書進行作業(yè),杜絕人為大意、誤操作的現(xiàn)象發(fā)生,同時熟練掌握系統(tǒng)的工藝流程、設備的結構和工作原理,處理問題時方能做到有的放矢。

[1]D600B型汽輪機調節(jié)保安系統(tǒng)說明書[R],東方汽輪機廠.