CCI 液壓旁路系統(tǒng)油壓異常分析與處理

何冬輝，魏長宏，安凱

(東北電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧沈陽 110006)

旁路系統(tǒng)是汽輪機(jī)組熱力系統(tǒng)的重要組成部分，是與汽輪機(jī)并聯(lián)的蒸汽減溫減壓系統(tǒng)，其主要功能是協(xié)調(diào)鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽與汽輪機(jī)用汽量間的平衡［1］，降低工質(zhì)損耗，使蒸汽溫度與金屬溫度快速匹配，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，使機(jī)組盡快處于最佳運(yùn)行工況，特別在甩負(fù)荷后使機(jī)組具備帶廠用電或者停機(jī)不停爐工況運(yùn)行［2］。液壓旁路系統(tǒng)具有快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)節(jié)特性，已得到廣泛的應(yīng)用。但因其常出現(xiàn)油壓異常、執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀、閥門擺動(dòng)等故障，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須引起足夠重視。文中針對性地列舉了液壓旁路系統(tǒng)3 種油壓異?，F(xiàn)象，并提出了解決對策，具有重要的參考價(jià)值。

1 旁路系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

某廠新投產(chǎn)的汽輪機(jī)機(jī)組采用上海CCI 動(dòng)力控制設(shè)備有限公司提供的60%鍋爐最大連續(xù)工況(BMCR)及2 ×50% BMCR 的高、低壓二級串聯(lián)旁路系統(tǒng)，它以高壓抗燃油為介質(zhì)，主要由供油系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。高壓旁路系統(tǒng)裝置由1 個(gè)高壓旁路閥(高旁閥)、1 個(gè)噴水調(diào)節(jié)閥、1 個(gè)噴水隔離閥等組成，低壓旁路系統(tǒng)裝置由2 個(gè)低壓旁路閥(低旁閥)、2 個(gè)噴水調(diào)節(jié)閥、2 個(gè)噴水隔離閥等組成。所有閥門均為液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，高、低旁閥門控制系統(tǒng)的液壓部分由上海新華威爾液壓系統(tǒng)有限公司提供，并分別獨(dú)立設(shè)置。

1.2 液壓工作原理

高、低旁液壓站各設(shè)置兩臺恒壓變量柱塞泵，由交流馬達(dá)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)油泵，泵通過油箱、泵入口截止閥、吸油過濾器、恒壓變量泵將高壓抗燃液壓油吸入，高壓油經(jīng)泵出口濾芯、單向閥、泵出口截止閥進(jìn)入高壓油母管，蓄能器與高壓油母管并聯(lián)。液壓站工作在整定的恒定壓力下，當(dāng)系統(tǒng)需要增加或減少用油量時(shí)，泵會(huì)自動(dòng)改變輸出流量［3］，維護(hù)系統(tǒng)油壓在(16 ±0.2)MPa;當(dāng)系統(tǒng)瞬間用油量大于泵輸出流量時(shí)蓄能器將參與系統(tǒng)供油。液壓站的輸出壓力整定為(16 ±0.2)MPa，溢流閥整定在(19 ±0.2)MPa，蓄能器的充氮壓力為(10.4 ±0.2)MPa，備用泵聯(lián)鎖啟動(dòng)壓力開關(guān)設(shè)定值為13.5 MPa。

1.3 閥門控制原理

高壓噴水隔離閥 (HBD)、低壓噴水隔離閥(LBD)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于開關(guān)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖1 (a)開關(guān)型閥門示意圖，其工作原理如下:DSC 指令信號給三位四通電磁換向閥，將高壓油通過該電磁閥、液控單向閥和雙節(jié)流/逆止閥進(jìn)入油缸下腔和上腔，油缸另一腔的油通過節(jié)流閥、液控單向閥、電磁閥回到油箱，這樣可以使HBD 閥或LBD 閥全開和全關(guān)。

高壓旁路閥(HBP)、高壓噴水閥(HBPE)、低壓旁路閥(LBP)和低壓噴水閥(LBPE)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于控制型執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖1 (b)調(diào)節(jié)型閥門示意圖，其工作原理如下:DSC 指令信號經(jīng)過伺服放大器放大后，在電液轉(zhuǎn)換器伺服閥中將電氣信號轉(zhuǎn)換成液壓信號，使伺服閥主閥芯移動(dòng)，并將液壓信號放大后，控制高壓油的通道，使高壓油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)活塞一腔，使油動(dòng)機(jī)活塞向下或向上移動(dòng)，從而開啟相應(yīng)旁路閥門。當(dāng)油動(dòng)機(jī)活塞移動(dòng)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)一個(gè)線性位移傳感器，將油動(dòng)機(jī)活塞的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成電氣信號，作為負(fù)反饋信號與DCS 送來的信號相加，由于二者的極性相反，只有在原輸入信號與反饋信號相加后，使輸入伺服放大器的信號為零時(shí)，這時(shí)伺服閥的主閥芯回到中間位置，不再有高壓油通向油動(dòng)機(jī)任一腔室，此時(shí)閥門便停止移動(dòng)，停留在一個(gè)新的工作位置［4］。

圖1 旁路閥門控制原理圖

2 油壓異常分析與處理

2.1 油壓急劇下降

2.1.1 油壓急劇下降過程及現(xiàn)象

在低旁快開調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)团钥扉_指令發(fā)出后，如圖2 所示，低旁系統(tǒng)油壓急劇下降，由16.0 MPa 快速下降到13.4 MPa 且就地系統(tǒng)管道產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，導(dǎo)致低旁閥開到43.5% 時(shí)候有所停頓，然后再繼續(xù)開啟，延長了低旁快開時(shí)間。查看低旁系統(tǒng)其他閥門的動(dòng)作歷史曲線，發(fā)現(xiàn)也有同樣的現(xiàn)象，而且油壓下降導(dǎo)致備用泵聯(lián)啟壓力開關(guān)動(dòng)作，備用泵聯(lián)鎖啟動(dòng)，隨后，油壓開始逐漸上升到正常值16.0 MPa。

圖2 低旁油壓急劇下降過程曲線

2.1.2 分析與處理

初步分析，由于低旁系統(tǒng)有兩路，共6 個(gè)閥門，低旁快開時(shí)，系統(tǒng)瞬間用油量增大，油壓確實(shí)會(huì)有所下降，但因柱塞泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)特性和蓄能器補(bǔ)油作用，油壓不可能下降3 MPa 左右。系統(tǒng)油壓急劇下降，可能由以下幾個(gè)原因造成:(1)系統(tǒng)存在大量泄油點(diǎn);(2)柱塞泵故障，調(diào)節(jié)性能差;(3)溢流閥調(diào)整不當(dāng)，泄油量過大;(4)蓄能器工作不正常，穩(wěn)定性差;(5)伺服閥卡澀在某個(gè)位置，泄油量增大。

經(jīng)排查，重點(diǎn)檢查了柱塞泵和蓄能器。首先，啟動(dòng)另一臺油泵，待系統(tǒng)油壓穩(wěn)定后，再次進(jìn)行快開試驗(yàn)，結(jié)果系統(tǒng)油壓仍是急劇下降。隨后，重新調(diào)整兩臺柱塞泵恒壓變量閥，系統(tǒng)油壓能及時(shí)跟蹤變化，說明柱塞泵并不存在問題。最后檢查蓄能器進(jìn)、出口截止閥和充氮壓力，發(fā)現(xiàn)蓄能器進(jìn)口截止閥在系統(tǒng)耐壓試驗(yàn)完成后沒有再次打開，導(dǎo)致蓄能器沒有參與系統(tǒng)補(bǔ)油。于是，打開蓄能器進(jìn)口截止閥，并重新測量了蓄能器的充氮壓力后，再次進(jìn)行低旁快開試驗(yàn)，低旁系統(tǒng)6 個(gè)閥門能夠正常開啟，系統(tǒng)油壓只下降了0.5 MPa。因此，在系統(tǒng)調(diào)試前，應(yīng)認(rèn)真檢查系統(tǒng)管路和各閥門的狀態(tài)是否正確，才能防止各種異常發(fā)生。

2.2 油壓緩慢下降

2.2.1 油壓緩慢下降過程及現(xiàn)象

在機(jī)組的某次點(diǎn)火啟動(dòng)前，進(jìn)行旁路動(dòng)作檢查。運(yùn)行人員啟動(dòng)A 油泵，待系統(tǒng)油壓建立正常后(16.0 MPa)，給高旁閥5%的指令，結(jié)果高旁閥開到5%后又緩慢關(guān)閉至零，且系統(tǒng)油壓緩慢下降，如圖3 所示。當(dāng)油壓下降到14.5 MPa 時(shí)，運(yùn)行人員隨即啟動(dòng)B 油泵，系統(tǒng)油壓逐漸恢復(fù)正常。接著又分別啟停A、B 泵，系統(tǒng)油壓仍不能維持穩(wěn)定并緩慢下降，且給高旁閥指令時(shí)，閥門始終處于全關(guān)位置。

圖3 高旁油壓緩慢下降過程曲線

2.2.2 分析與處理

就地檢查發(fā)現(xiàn)，油泵聲音比正常運(yùn)行時(shí)大且振動(dòng)也大，說明油泵有過載現(xiàn)象。同時(shí)，高旁閥油管道產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，且回油管比其他閥門回油管熱，而此時(shí)高旁閥指令為零。于是關(guān)閉高旁閥進(jìn)油截止門，啟動(dòng)一臺油泵，待系統(tǒng)油壓恢復(fù)正常后，試驗(yàn)高旁噴水調(diào)節(jié)門，閥門能正常開啟且系統(tǒng)油壓正常，說明系統(tǒng)油路不存在問題。初步判斷可能是高旁閥伺服閥卡澀，泄油量增大，從回油管溫度高和油泵過載現(xiàn)象可以看出［5］。由于伺服閥的閥芯與閥套間隙只有2 μm 左右，極易造成卡澀，一旦卡死，將導(dǎo)致調(diào)節(jié)過程無法控制。更換高旁閥伺服閥后，閥門動(dòng)作正常且系統(tǒng)油壓穩(wěn)定。

從以上的分析可以看出:伺服閥是高精密液壓元件，其抗污染能力差，對運(yùn)行、維護(hù)、檢修有相當(dāng)高的技術(shù)要求。伺服閥故障大多數(shù)都是由于油質(zhì)的劣化。因此，平時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制油質(zhì)，油中顆粒度指標(biāo)過高，會(huì)引起控制元件卡澀、節(jié)流孔堵塞及加速液壓元件的磨損等［6］。

2.3 油壓頻繁波動(dòng)

2.3.1 油壓頻繁波動(dòng)過程及現(xiàn)象

在機(jī)組某次停機(jī)開旁路泄壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)高旁閥反饋信號極不穩(wěn)定，波動(dòng)大且頻繁擺動(dòng)，系統(tǒng)油壓也頻繁劇烈波動(dòng)，如圖4 所示。就地檢查發(fā)現(xiàn)，整個(gè)高旁系統(tǒng)油管道產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，且回油管溫度高，高旁閥頻繁上下抖動(dòng)。換另一臺油泵試驗(yàn)，現(xiàn)象并沒有消除。

2.3.2 分析與處理

針對以上調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻繁擺動(dòng)現(xiàn)象，采取了以下處理對策:(1)更換伺服閥;(2)檢查油動(dòng)機(jī)與閥門連接處是否松動(dòng);(3)檢查位移傳感器LVDT 是否松動(dòng)、脫落;(4)檢查伺服閥指令線是否松動(dòng);(5)重新調(diào)整VPC 卡內(nèi)部的增益設(shè)置;(6)更換LVDT和VPC 卡;(7)檢查油泵調(diào)節(jié)裝置。

經(jīng)過上述排查處理后，系統(tǒng)油壓頻繁波動(dòng)現(xiàn)象仍然沒有消除。接著，就地給高旁閥的換向電磁閥加信號，結(jié)果閥門能夠正常開啟且油壓正常;隨后又拔下高旁閥伺服閥插頭，使用伺服閥測試工具通過外加信號的方法將閥門開啟，而此時(shí)閥門反饋信號沒有擺動(dòng);同時(shí)還關(guān)閉高旁閥進(jìn)油截止門，試驗(yàn)高旁噴水調(diào)節(jié)閥，發(fā)現(xiàn)該閥能夠正常平穩(wěn)開啟且系統(tǒng)油壓穩(wěn)定。通過以上分析，可以得出是高旁閥故障導(dǎo)致系統(tǒng)油壓不穩(wěn)。因此，最終判斷為熱工信號存在問題，要求電建人員檢查伺服閥信號是否有接地和線路短接現(xiàn)象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)VPC 卡中LVDT 變送器外殼與電路板之間存在短路現(xiàn)象，造成VPC 伺服系統(tǒng)輸出信號中含有交流干擾分量，進(jìn)而造成旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)干擾信號。于是對VPC 卡中LVDT 變送器外殼和電路板上進(jìn)行隔離處理，消除短路故障，成功解決了調(diào)節(jié)系統(tǒng)擺動(dòng)問題。

圖4 高旁油壓頻繁波動(dòng)過程曲線

3 總結(jié)

CCI 液壓旁路系統(tǒng)具有較為完善的調(diào)節(jié)、控制及保護(hù)功能和動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)特性。伺服閥是旁路液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的核心元件，對旁路系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對抗燃油的油質(zhì)維護(hù)，保證油質(zhì)污染顆粒度和酸值在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，防止伺服閥因油質(zhì)變差而卡澀。對系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，應(yīng)仔細(xì)分析系統(tǒng)各重要參數(shù)(指令、閥位、油壓、油溫等參數(shù))變化情況是否異常，將異常閥門隔離，然后對懷疑的部件進(jìn)行逐個(gè)更換或解體檢查，通過對油流聲音的大小、油管溫度的高低、油管振動(dòng)情況是否異常等的判斷，尋找突破點(diǎn)進(jìn)行分析處理。

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