汽輪機(jī)高調(diào)門振蕩原因分析及處理

韓慶祝+丁建學(xué)

摘 要：汽輪機(jī)高壓調(diào)門振蕩威脅機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，而造成調(diào)門振蕩的原因很多，該文對機(jī)組順閥運(yùn)行方式下調(diào)門振蕩原因的分析及處理，徹底解決了調(diào)門振蕩故障。整個(gè)分析論證過程，理論與實(shí)踐相結(jié)合，逐一排除可能引起調(diào)門的震蕩的因素，為判斷分析同類故障提供借鑒，有助于快速判斷此類故障原因，制訂預(yù)防措施，保障機(jī)組安全。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 高調(diào)門 振蕩

中圖分類號(hào)：TK267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（a）-0072-02

汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠C300＼235-16.7＼0.35＼537＼537型單軸、高中壓合缸、亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、采暖用可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機(jī)。高壓進(jìn)汽由兩個(gè)高壓主汽門MSR、MSL及4個(gè)高壓調(diào)速汽門（GV1-GV4）組成，進(jìn)汽方式為全周進(jìn)汽或部分進(jìn)汽兩種方式。中壓進(jìn)汽部分由2個(gè)中壓聯(lián)合汽閥調(diào)速汽門組成，進(jìn)汽方式為全周進(jìn)汽。DEH（數(shù)字電流調(diào)節(jié)）控制系統(tǒng)為ABB INFO-90系統(tǒng)，高壓進(jìn)汽設(shè)有單閥（全周進(jìn)汽）和順閥（部分進(jìn)汽）兩種運(yùn)行方式。順閥時(shí)GV1、GV2同時(shí)優(yōu)先開，GV3次之，GV4最后。

1 實(shí)例情況

該機(jī)組投產(chǎn)后不久，順閥方式運(yùn)行時(shí)，在綜合閥位指令為68%、87%附近經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)門經(jīng)常性振蕩現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行，遠(yuǎn)離該兩點(diǎn)，控制恢復(fù)正常。針對調(diào)門振蕩情況進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)68%、87%指令為順閥運(yùn)行時(shí)GV3和GV4調(diào)門剛開啟位置。經(jīng)過對歷史數(shù)據(jù)的分析，整理及在線的檢查試驗(yàn)，最終判斷結(jié)論為，汽輪機(jī)實(shí)際進(jìn)汽流量在上、下級調(diào)門重疊處偏離設(shè)計(jì)值過大，造成上、下級閥門疊加后局部理論流量與實(shí)際進(jìn)汽流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離，實(shí)際功率突變與目標(biāo)負(fù)荷偏差過大，造成過調(diào)。由于功率閉環(huán)，調(diào)節(jié)器頻繁動(dòng)作，造成調(diào)節(jié)回路經(jīng)常發(fā)散振蕩，功率、汽壓、調(diào)門產(chǎn)生亦隨之程發(fā)散性振蕩。為此，我們通過修正高調(diào)門流量特性曲線，改變了上下級調(diào)門的重疊度，并在機(jī)組大修停機(jī)期間實(shí)施，啟機(jī)后恢復(fù)正常1。

但機(jī)組在順閥方式下，綜合閥位指令70%附近位置，再次出現(xiàn)了功率、閥位、綜合閥位指令發(fā)散振蕩現(xiàn)象。調(diào)門、功率、綜合閥位指令幾乎同時(shí)振蕩，功率振蕩幅度達(dá)14 MW，閥位的振蕩幅度也達(dá)19%。

2 分析及處理過程

機(jī)組當(dāng)時(shí)在AGC方式下順閥運(yùn)行，在汽機(jī)主控指令70.7%附近時(shí)，1、2、3號(hào)調(diào)門出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。汽機(jī)指令70%附近為3號(hào)調(diào)門將要開啟位置。通過機(jī)組歷史曲線檢查，大修后高調(diào)門一直沒出現(xiàn)過類似以前波動(dòng)情況，此次是大修啟機(jī)以來首次波動(dòng)。

2.1 原因分析

通過不斷地跟蹤與分析，發(fā)現(xiàn)起初每次波動(dòng)時(shí)的總閥位指令總在70%附近，位置比較固定，可以排除液壓方面、線路方面的原因，初步判斷可能的原因還是流量特性曲線問題，只是導(dǎo)致流量特性曲線的原因可能和原來有所區(qū)別2。初步懷疑3號(hào)調(diào)門零點(diǎn)發(fā)生飄移或機(jī)械連接松動(dòng)，使上、下級閥門交替處流量特性發(fā)生偏離。為了排除3號(hào)調(diào)門的影響，將3號(hào)調(diào)門的開啟位置由總閥位指令70%推遲到74%位置。觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)再次波動(dòng)時(shí)，在總閥位指令71%附近，而此時(shí)3號(hào)調(diào)門沒有參與調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)門仍然出現(xiàn)振蕩，因此，排除了3號(hào)調(diào)門的影響。

通過對這段時(shí)間內(nèi)的歷史曲線分析，初步判斷認(rèn)為1、2號(hào)調(diào)門其中的一個(gè)或兩個(gè)存在空行程，可能某個(gè)連接處松動(dòng)，導(dǎo)致調(diào)門開、關(guān)滯后，調(diào)節(jié)滯后，造成負(fù)荷反饋滯后，產(chǎn)生過、欠調(diào)，由于功率閉環(huán)，導(dǎo)致調(diào)門振蕩。為此，我們決定對1、2號(hào)調(diào)門進(jìn)行關(guān)閉試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)方案與措施

機(jī)組退出AGC，投入CCS方，維持負(fù)荷在180～210 MW，保持順序閥運(yùn)行。

運(yùn)行人員維持機(jī)前壓力恒定，注意監(jiān)視TSI相關(guān)參數(shù)變化情況。

在組態(tài)中首先強(qiáng)制關(guān)閉CV1，按0.5%遞減，預(yù)計(jì)關(guān)至40%位置，觀察閥門反饋及負(fù)荷等參數(shù)的變化，做好參數(shù)的記錄；再反向打開CV1開度，按0.5%遞增，直至當(dāng)前指令對應(yīng)位置，同樣觀察記錄負(fù)荷變化情況，以同樣方式進(jìn)行CV2試驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，CV1從100%關(guān)至72.6%時(shí)，負(fù)荷從183 MW降至166 MW，為保證機(jī)組安全，停止關(guān)閉CV1，恢復(fù)CV1到正常開度。在CV1開關(guān)過程中，出現(xiàn)2次閥門開度變化較小而機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)較大的異?，F(xiàn)象，一次是關(guān)門過程中閥門開度76%時(shí)，開度遞減0.5%，負(fù)荷降低5 MW，另一次是開門過程中在閥門開度86.4%位置，開度遞增0.5%，負(fù)荷增加2 MW。CV2從100%關(guān)至40%，負(fù)荷從180 MW降至174 MW，整個(gè)過程除再熱器減水造成負(fù)荷變動(dòng)外，負(fù)荷變化平穩(wěn)，未發(fā)現(xiàn)明顯的負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象，整個(gè)試驗(yàn)過程對負(fù)荷的影響較小。

根據(jù)上述試驗(yàn)過程，初步判斷CV1調(diào)門故障，一是CV1存在框量（鏈接下存在松動(dòng)等），造成負(fù)荷突變。二是CV1閥芯在下降，而且在加劇，即顯示70%閥門開度，實(shí)際開度可能在30%左右，所以，造成大閥區(qū)域調(diào)節(jié)作用過強(qiáng)。而且，同類型機(jī)組出現(xiàn)過類似閥芯退出問題3。

3 檢查結(jié)果

機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)，對調(diào)門解體發(fā)現(xiàn)CV1高壓調(diào)門的十字頭比CV3壓調(diào)門的十字頭高出45 mm，而高壓調(diào)門的全行程才為（49±2） mm，十字頭與門桿只有2～3扣的聯(lián)接。通過測量計(jì)算與3號(hào)高壓調(diào)門的行程對比確定和修前一致。

進(jìn)一步解體檢查發(fā)現(xiàn)，止動(dòng)板與十字頭并沒有脫落連接較好，但止動(dòng)板與高壓調(diào)節(jié)閥桿配合處磨損較為嚴(yán)重，已經(jīng)磨圓，止動(dòng)板已失去作用，使閥芯在高速汽流的沖擊下，逐漸退出提升螺母。

3.1 造成閥桿退出原因

一是在高壓閥內(nèi)的高速汽流擾動(dòng)力的作用下，如果止動(dòng)板與高壓調(diào)節(jié)閥桿配合間隙控制不到位會(huì)造成止動(dòng)失效，閥桿退出提升螺母，在機(jī)組快關(guān)時(shí)，使閥桿螺紋或提升螺母螺紋損壞。

二是止動(dòng)板與高壓調(diào)節(jié)閥桿配合面積偏小，造成止動(dòng)失效。

三是裝配時(shí)閥桿與十字頭的緊固力矩不夠造成配合松動(dòng)。

對另個(gè)3個(gè)調(diào)門進(jìn)行檢查，高壓調(diào)門的止動(dòng)板與閥桿的配合間隙≤0.05 mm，沒有磨損的跡象，閥桿行程在76～77 mm范圍內(nèi)與大修修后記錄吻合。

3.2 解決措施

一是在復(fù)裝時(shí)，保證止動(dòng)板與高壓調(diào)節(jié)閥桿間隙控制在0.02～0.05 mm。

二是適當(dāng)增加止動(dòng)板與調(diào)節(jié)閥桿接觸面的寬度，比原來的止動(dòng)板加厚8～10 mm。

三是將門桿與十字頭的緊固力矩保證，力矩為4 500～4 800 N·m（450～480 kgf·m）。

4 結(jié)語

通過調(diào)門振蕩的跟蹤分析處理，深入分析了造成調(diào)門振蕩的影響因素，為判斷同類型故障提供了理論依據(jù)，為處理此類事件具有一定的借鑒作用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)門重疊度的優(yōu)化在節(jié)能方面，還有一定的優(yōu)化空間。在保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，進(jìn)一步縮小順閥時(shí)調(diào)門的重疊度，將會(huì)在一定負(fù)荷范圍內(nèi)大大地減小了進(jìn)汽的節(jié)流損失，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。目前，為響應(yīng)國家節(jié)能降耗的嚴(yán)格要求，新建機(jī)組在調(diào)試時(shí)進(jìn)行順閥時(shí)調(diào)門流量特性試驗(yàn)，確定調(diào)門的最佳重疊度，優(yōu)化調(diào)門流量特性曲線，對機(jī)組今后節(jié)能、穩(wěn)定運(yùn)行有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 張寶，樊印龍，顧正皓，等.大型汽輪機(jī)流量特性試驗(yàn)[J].發(fā)電設(shè)備，2012，26（2）：73-76.

[2] 王寶忠.汽輪機(jī)高壓抗燃油液壓系統(tǒng)[Z].東方汽輪機(jī)自動(dòng)控制工程有限公司，2005：1-36.

[3] 孫俊峰，唐海寧.600MW汽車調(diào)門晃動(dòng)原因分析及治理[J].江蘇機(jī)電工程，2008，27（2）：33-36.