汽輪機(jī)電液轉(zhuǎn)換器故障分析及處理

胡開(kāi)兵

（新疆美克化工股份有限公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

1 數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某廠25MW汽輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)為數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DEH），主要由 Woodward 505E數(shù)字式調(diào)節(jié)器、電液轉(zhuǎn)換器、液壓伺服機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)汽閥等組成。它能實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)升速，配合電氣并網(wǎng)，負(fù)荷控制，抽汽熱負(fù)荷控制及其它輔助控制，并與DCS接通，實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)在線調(diào)整和超速保護(hù)等功能。Woodward 505E 數(shù)字式調(diào)節(jié)器具有以下功能：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速目標(biāo)值設(shè)定，抽汽壓力調(diào)節(jié)，負(fù)荷分配，功率目標(biāo)值設(shè)定，不等率設(shè)定，冷熱態(tài)自動(dòng)啟動(dòng)程序設(shè)定，跨越臨界轉(zhuǎn)速控制，超速試驗(yàn)及保護(hù)，自動(dòng)同期，外部停機(jī)輸入, RS232/ RS422/RS485通訊接口，手動(dòng)、自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換。液壓伺服機(jī)構(gòu)由調(diào)節(jié)滑閥、錯(cuò)油門(mén)、油動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)閥等組成。調(diào)節(jié)信號(hào)油壓經(jīng)液壓伺服機(jī)構(gòu)放大，控制油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng),通過(guò)調(diào)節(jié)杠桿,改變調(diào)節(jié)汽閥的開(kāi)度,調(diào)節(jié)汽輪機(jī)高壓段、供熱抽汽段的進(jìn)汽量。汽輪機(jī)高、低壓段進(jìn)汽量的調(diào)節(jié),是通過(guò)改變調(diào)節(jié)汽閥的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)電負(fù)荷和抽汽熱負(fù)荷的需要,調(diào)節(jié)油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)配汽機(jī)構(gòu),改變橫梁的位置,裝在橫梁上的閥碟,按配汽升程曲線順序開(kāi)啟關(guān)閉,從而改變汽輪機(jī)各段的進(jìn)汽量。抽汽式汽輪機(jī)既可作凝汽運(yùn)行也可作抽汽式運(yùn)行。當(dāng)不帶抽汽按凝汽方式運(yùn)行時(shí)，可以不投低壓油動(dòng)機(jī)，讓(低壓)抽汽調(diào)門(mén)全開(kāi)。

2 故障原因分析及處理

在2011年8月20日汽輪機(jī)開(kāi)機(jī)后投入工業(yè)抽汽并汽過(guò)程中，出現(xiàn)負(fù)荷在3～27MW之間大范圍的波動(dòng)過(guò)程，高低調(diào)節(jié)汽閥也在20～70mm范圍異常波動(dòng)，退出工業(yè)抽汽，將外網(wǎng)熱負(fù)荷由減溫減壓器調(diào)整供給后正常投入。隨后由于我廠生產(chǎn)的需要以及地調(diào)對(duì)電力需求，汽輪機(jī)一直僅能在凝汽工況下運(yùn)行，2011年9月25日03:49汽輪機(jī)跳閘報(bào)警顯示CPC2（電液轉(zhuǎn)換器）故障，當(dāng)時(shí)負(fù)荷28MW,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升至3343r·min-1，隨即對(duì)汽輪機(jī)CPC2（電液轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行了故障檢查處理，發(fā)現(xiàn)低調(diào)電液轉(zhuǎn)換器內(nèi)電路模塊燒毀，失去了控制作用，505E檢測(cè)到故障后自動(dòng)跳閘停機(jī)；立即更換汽輪機(jī)低壓調(diào)門(mén)電液轉(zhuǎn)換器。22:22開(kāi)機(jī)負(fù)荷升至19MW時(shí)，抽汽未投情況下，再次出現(xiàn)電負(fù)荷在10～20MW之間大幅度波動(dòng)；初步懷疑為汽輪機(jī)低壓調(diào)門(mén)門(mén)桿斷裂（因前期出現(xiàn)過(guò)高壓調(diào)門(mén)門(mén)桿斷裂情況），即停機(jī)對(duì)汽輪機(jī)低壓調(diào)門(mén)、高壓調(diào)門(mén)、自動(dòng)主汽門(mén)拆卸進(jìn)行檢查，并將高、低壓調(diào)門(mén)電液轉(zhuǎn)換器送至廠家校驗(yàn)，拆開(kāi)后發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)高壓調(diào)門(mén)、低壓調(diào)門(mén)門(mén)桿均正常，自動(dòng)主汽門(mén)也正常，返廠校驗(yàn)的電液轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)了問(wèn)題，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電液轉(zhuǎn)換器內(nèi)部濾網(wǎng)濾芯損壞并且微小顆粒雜物堵滿濾芯。據(jù)相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)檢查判斷，造成汽輪機(jī)負(fù)荷大幅度波動(dòng)及跳閘的原因，就是因?yàn)殡娨恨D(zhuǎn)換器前一、二次濾網(wǎng)濾芯材質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)，油中含有的雜質(zhì)無(wú)法完全被過(guò)濾，再加上我廠自汽輪機(jī)安裝至今，電液轉(zhuǎn)換器一直未進(jìn)行檢查性檢修，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相關(guān)控制部件不靈敏。

電液轉(zhuǎn)換器又稱電液伺服閥，用來(lái)將控制回路輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大后控制油動(dòng)機(jī)去啟閉閥門(mén)。電液轉(zhuǎn)換器用于可調(diào)節(jié)的汽閥，如高、低壓調(diào)節(jié)閥等。電液轉(zhuǎn)換器的典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 電液轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖

電液轉(zhuǎn)換器由力矩電動(dòng)機(jī)和液壓放大滑閥組成。控制用壓力油由噴嘴油口進(jìn)入伺服閥，經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入可以隨力矩電動(dòng)機(jī)電樞擺動(dòng)的噴油嘴。當(dāng)噴嘴位于中間位置時(shí)，液壓放大滑閥兩端油缸腔室的壓力相等，滑閥位于中間位置。力矩電動(dòng)機(jī)的控制繞組有電流通過(guò)時(shí)，電樞隨電流的方向變化而左右偏轉(zhuǎn)，噴嘴也隨之偏轉(zhuǎn)。當(dāng)噴嘴順時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)，滑閥左側(cè)壓力增大、右側(cè)壓力減小，滑閥向右側(cè)移動(dòng)，這時(shí)油口1與壓力油口P聯(lián)通。由于液壓缸與油口1是相連通的，壓力油就進(jìn)入液壓缸，推動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟。當(dāng)控制繞組的電流消失時(shí)，噴嘴回到中間位置，滑閥也回到中間位置，油口1 被堵死，液壓缸不再充油，閥門(mén)也就穩(wěn)定到某一開(kāi)度。繞組中的電流方向相反時(shí)，噴嘴偏轉(zhuǎn)方向也相反，滑閥向左移動(dòng)并將油口1和排油口R連通，液壓缸的油被排出而閥門(mén)關(guān)小，直到控制繞組中的電流消失、噴嘴回到中間位置，閥門(mén)開(kāi)度也就不再繼續(xù)關(guān)小。

電液轉(zhuǎn)換器滑閥右側(cè)有一個(gè)保安偏置彈簧，它對(duì)滑閥施加一個(gè)向左的推力。油動(dòng)機(jī)穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)，伺服閥的滑閥應(yīng)位于中間位置，堵死油口1。為了平衡這個(gè)左向推力，要在力矩電動(dòng)機(jī)繞組中保持一定的偏置電流，時(shí)噴嘴順時(shí)針偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，提高油缸左側(cè)的壓力，讓滑閥兩側(cè)受到的力相互平衡。當(dāng)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制回路故障或失電時(shí)，借助保安偏置彈簧的力使滑閥向左移動(dòng)，油動(dòng)機(jī)油缸中的壓力油通過(guò)油口1迅速排出，從而關(guān)閉汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)門(mén)。

分析可知，前期汽輪機(jī)由于電液轉(zhuǎn)換器濾網(wǎng)堵塞，造成供油量不足，力矩電動(dòng)機(jī)持續(xù)動(dòng)作，噴嘴連續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至最大位置，此時(shí)供油壓力緩慢上升，滑閥左側(cè)壓力升至最高，此時(shí)負(fù)荷過(guò)大，505E發(fā)信號(hào)關(guān)小調(diào)門(mén)，力矩電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至最大位置，當(dāng)供油壓力再次緩慢上升時(shí)，滑閥右側(cè)壓力上升至最高，此時(shí)負(fù)荷過(guò)低，505E再次發(fā)出調(diào)整信號(hào)，這就是負(fù)荷大幅波動(dòng)的原因。后期，電液轉(zhuǎn)換器濾網(wǎng)堵塞更加嚴(yán)重，造成供油困難，當(dāng)505E發(fā)出負(fù)荷調(diào)整信號(hào)后，力矩電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作，負(fù)荷未變化，控制繞組長(zhǎng)時(shí)間帶電，造成電容擊穿，電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制回路故障，保安偏置彈簧動(dòng)作，關(guān)閉汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)門(mén)，汽輪機(jī)跳閘。

3 處理效果

對(duì)電液轉(zhuǎn)換器濾網(wǎng)進(jìn)行更換后，于2011年12月19日，汽輪機(jī)開(kāi)機(jī)并網(wǎng)，正常接帶負(fù)荷29MW，抽汽工況正常投入，未發(fā)生高、低調(diào)門(mén)擺動(dòng)情況。2012年1月2日，由于循環(huán)水泵故障，汽輪機(jī)甩100%負(fù)荷（負(fù)荷25MW，外供 4.0MPa抽汽 130t·h-1），汽輪機(jī)最高升速至3194r·min-1，完全符合電液調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速飛升控制標(biāo)準(zhǔn)，前期的汽輪機(jī)打閘后飛升轉(zhuǎn)速過(guò)高的問(wèn)題得以解決，同時(shí)得出另外一個(gè)結(jié)論，電液轉(zhuǎn)換器的濾網(wǎng)對(duì)汽輪機(jī)高、低壓調(diào)門(mén)的關(guān)閉時(shí)間有一定的影響。

[1] 降愛(ài)琴，郝秀琴.數(shù)字電液調(diào)節(jié)與旁路控制系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.15-16.