液壓旁路系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)要點及故障分析

何冬輝，趙奕州

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

液壓旁路系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)要點及故障分析

何冬輝，趙奕州

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

某型機組配備了蘇爾壽液壓旁路系統(tǒng)。根據(jù)旁路系統(tǒng)運行的技術(shù)要點，對系統(tǒng)進行調(diào)試。在旁路系統(tǒng)的啟動及調(diào)試過程中，常易發(fā)生某些故障。根據(jù)故障現(xiàn)象，分析了故障產(chǎn)生的原因，并進行了相應(yīng)處理，為同類型機組的液壓旁路系統(tǒng)的調(diào)試工作及日常運行，提供參考。

機組； 液壓； 旁路； 調(diào)試； 技術(shù)； 故障； 處理； 對策

0 概 述

在發(fā)電機組中，合理運用旁路系統(tǒng)，有利于縮短啟動時間，降低能耗，減輕缸體金屬的疲勞損傷，使機組盡快處于最佳運行工況1。蘇爾壽CCI液壓旁路系統(tǒng)，具有快速響應(yīng)和良好的動態(tài)調(diào)節(jié)特性，已應(yīng)用于眾多機組中。但是，因旁路系統(tǒng)常出現(xiàn)伺服閥故障、執(zhí)行機構(gòu)卡澀、油壓異常、閥門擺動或拒動等故障，嚴(yán)重威脅了機組的安全運行，必須引起足夠重視[2]。現(xiàn)根據(jù)蘇爾壽CCI液壓旁路系統(tǒng)的布置特點，結(jié)合調(diào)試某新建機組旁路系統(tǒng)所積累的經(jīng)驗，綜述了調(diào)試時的技術(shù)要點。在旁路系統(tǒng)啟動及調(diào)試過程中，常易發(fā)生某些異常現(xiàn)象，對產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因進行了分析，并作相應(yīng)處理。

1 旁路系統(tǒng)的布置

1.1 系統(tǒng)的組成

某新建300 MW機組的旁路系統(tǒng)，采用了蘇爾壽CCI產(chǎn)品。在高壓旁路和低壓旁路系統(tǒng)中，主要由供油系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成。供油系統(tǒng)采用了獨立的液壓油站，執(zhí)行機構(gòu)由1個高壓旁路閥(高旁閥)、1個高壓噴水調(diào)節(jié)閥、1個高壓噴水隔離閥、2個低壓旁路閥(低旁閥)、2個低壓噴水調(diào)節(jié)閥、2低壓個噴水隔離閥以及各閥之間相連管路所組成。

1.2 液壓油站工作原理

液壓油站的工作原理，如圖1所示。油箱中的抗燃液壓油，通過泵入口截止閥K1或K2、吸油濾器進入恒壓變量泵，再經(jīng)泵出口濾芯、單向閥、泵出口截止閥K7或K8進入高壓油母管，其中蓄能器與高壓油母管并聯(lián)。液壓油站的輸出壓力值為(16±0.2)MPa。安全閥的設(shè)定值為(19±0.2)MPa，若油站系統(tǒng)的壓力異常，即高壓油母管壓力達到(19±0.2)MPa時，安全閥動作，起到過壓(溢流)的保護作用。

圖1 液壓油站工作原理圖

當(dāng)泵出口處濾芯的壓差大于(0.5±0.05)MPa，目視式壓差開關(guān)的按鈕會自動彈出，此時，需更換泵出口處的濾芯。恒壓變量泵啟動后，泵以全流量向系統(tǒng)供油(40 L/min)，同時也給蓄能器充油。當(dāng)泵的輸出壓力達到調(diào)壓閥的調(diào)定壓力，高壓油將推動恒壓變量泵上的控制閥，控制閥引發(fā)泵的變量機構(gòu)動作，使泵的輸出流量減少。若泵的輸出流量和系統(tǒng)用油流量相等，泵的變量機構(gòu)就處于某平衡位置。因此，當(dāng)系統(tǒng)需要增加或減少油量時，泵的輸出流量會自動改變，系統(tǒng)油壓維持在(16±0.2)MPa。當(dāng)系統(tǒng)的瞬間用油量大于泵的輸出流量時，蓄能器將參與供油。

1.3 液控閥門工作原理

低壓噴水隔離閥(LBD)、高壓噴水隔離閥(HBD)的執(zhí)行機構(gòu)，均屬于開關(guān)型兩位式執(zhí)行機構(gòu)，如圖2(a)所示。開關(guān)型閥門的工作原理為：三位四通電磁換向閥接受來自DSC控制信號，當(dāng)高壓油通過該電磁閥、液控單向閥和雙節(jié)流/逆止閥進入油缸下腔，同時泄掉上腔控制油，實現(xiàn)閥門全開；當(dāng)油缸下腔的油通過節(jié)流閥、液控單向閥、電磁閥回到油箱，同時高壓油進入上腔，實現(xiàn)閥門全關(guān)。

低壓旁路閥(LBP)和低壓噴水閥(LBPE)、高壓旁路閥(HBP)、高壓噴水閥(HBPE)的執(zhí)行機構(gòu)，屬于連續(xù)控制的伺服型執(zhí)行機構(gòu)，可以將閥門控制在任意位置上。按照控制要求，調(diào)節(jié)蒸汽量以適配汽輪機的運行需求。調(diào)節(jié)型閥門的示意圖，如圖2(b)所示。調(diào)節(jié)型閥門的工作原理為：伺服閥控制高壓油的通道開閉。伺服閥接受計算機處理后的電氣信號，在電液轉(zhuǎn)換器-伺服閥中進行放大處理，將電氣信號轉(zhuǎn)換成液壓信號，使伺服閥主閥芯移動，并將液壓信號放大后，使高壓油進入油動機活塞一腔，使油動機活塞向下或向上移動，從而控制相應(yīng)旁路閥門在任意位置3。

圖2 旁路閥門控制原理圖

2 調(diào)試技術(shù)要點

2.4 調(diào)試前準(zhǔn)備工作

調(diào)試前，參照旁路油管路系統(tǒng)圖，檢查油管路的安裝狀態(tài)，包括各支路管道、油泵的出入口、測點表的安裝等；油動機就位于各相應(yīng)的閥門，并正確連接油動機框架及閥桿，伺服閥、位移傳送器及行程開關(guān)應(yīng)安裝完畢。用充氣工具核查蓄能器壓力，若蓄能器的氮氣壓力低于(10.4±0.2)MPa，應(yīng)補氣。嚴(yán)禁在無油和空吸狀況下啟泵，首次啟泵前，應(yīng)對泵體注油，按泵的旋轉(zhuǎn)方向手動盤動聯(lián)軸器，排出吸油泵芯內(nèi)的空氣。

2.5 耐壓試驗

關(guān)閉蓄能器組件上的截止閥，隔離蓄能器。啟動液壓油泵，調(diào)整調(diào)壓螺絲釘，使系統(tǒng)壓力增至21 MPa，維持3 min，檢查系統(tǒng)的各部接口、焊口等處，不應(yīng)有泄漏和變形(此時溢流閥的調(diào)壓應(yīng)大于21 MPa)。耐壓試驗結(jié)束后，打開蓄能器組件上的截止閥，使蓄能器投入運行。

2.6 溢流閥的設(shè)定

先將溢流閥調(diào)壓手柄松開，再將待調(diào)變量泵調(diào)壓閥的調(diào)壓螺桿擰緊，緩慢調(diào)緊溢流閥調(diào)壓手柄，使壓力變送器上的壓力表值為(19±0.2)MPa，然后，鎖緊溢流閥調(diào)壓手柄，將壓力保持在(19±0.2)MPa，溢流閥的壓力設(shè)定完畢。

2.7 系統(tǒng)油壓的設(shè)定

安全閥壓力設(shè)定后，將A 泵調(diào)壓閥的調(diào)壓螺桿緩慢擰松，觀察壓力變送器的壓力由(19±0.2)MPa下降至5 MPa時，再緩慢擰緊調(diào)壓螺桿，使壓力上升為16 MPa，反復(fù)二次后，再鎖緊A泵調(diào)壓閥螺桿，使該A泵的輸出壓力為(16±0.2)MPa。A泵的壓力調(diào)整完畢，停A泵。用同樣方法，調(diào)整B泵，使B泵的輸出壓力為(16±0.2)MPa，B 泵的壓力調(diào)整完畢。

2.8 閥門的靜態(tài)調(diào)試

用信號發(fā)生器給伺服閥發(fā)出正負(fù)信號，使油缸帶動閥桿運行至上級、下級的極限位置，測出閥桿的最大行程。采用瞬態(tài)數(shù)據(jù)記錄儀，按照全行程啟閉動作，通過手動加載信號統(tǒng)計旁路閥門快開、快關(guān)所需時間，其快速開、關(guān)時間，應(yīng)分別小于3 s。

2.9 閥門的動態(tài)調(diào)試

在正式投運旁路系統(tǒng)前，需進行邏輯功能檢查(自動調(diào)節(jié)及關(guān)閉保護)。根據(jù)機組啟停期間的運行情況，投入旁路系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力和溫度調(diào)節(jié)設(shè)定為自動。根據(jù)旁路閥的設(shè)計參數(shù)，分別在機組冷態(tài)、熱態(tài)等工況下，檢查旁路系統(tǒng)的投運情況，檢查運行參數(shù)是否符合設(shè)計值。在動態(tài)投運過程中，仔細(xì)觀察各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，核查各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)狀態(tài)，并進行調(diào)節(jié)參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整。當(dāng)閥門動作時，應(yīng)檢查系統(tǒng)油壓、油溫的變化情況，并觀察各閥門是否存在擺動等現(xiàn)象。

2.10 信號系統(tǒng)的校驗

按照連鎖保護試驗卡，檢查各個壓力開關(guān)動作和儀表盤指示是否正常，檢查相關(guān)報警裝置及聯(lián)鎖保護裝置，如低油壓聯(lián)鎖備用泵等設(shè)備。該系統(tǒng)可手動在線試驗泵聯(lián)鎖壓力開關(guān)的動作，若系統(tǒng)壓力低于(13.5±0.2)MPa時，此開關(guān)應(yīng)自動接通。試驗時，將液壓箱內(nèi)的開關(guān)K18和K15打開，模擬系統(tǒng)壓力低于(13.5±0.2)MPa，檢查泵聯(lián)鎖壓力開關(guān)是否動作。

3 故障分析與處理

3.1 伺服閥故障

電液伺服閥是液壓旁路系統(tǒng)中非常重要的電液轉(zhuǎn)換元件，其性能的優(yōu)劣將直接影響到旁路系統(tǒng)的安全運行。如果電液伺服閥故障，將導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生閥門拒動、閥門突然失控、閥門擺動、閥門遲緩率大、閥門關(guān)不到位等現(xiàn)象。

在該機組某次啟動過程中，隨著主汽壓力上升，運行人員打開高旁閥以控制系統(tǒng)壓力，當(dāng)高旁閥開至5%后，又緩慢關(guān)閉至零，同時，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)油壓出現(xiàn)緩慢下降，此時，系統(tǒng)油壓的變化曲線，如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)油壓下降至14.5 MPa， B油泵啟動，待系統(tǒng)油壓逐漸恢復(fù)正常后，B泵停運，而系統(tǒng)油壓再次緩慢下降。讓B泵保持運行，停運A泵，油壓仍然緩慢地下降。再次給高旁閥指令時，閥門拒動。檢查后發(fā)現(xiàn)：(1)油泵聲音異常，且振動較大。(2)油泵電流由正常運行時34A上升至54A，說明油泵有過載現(xiàn)象。(3)當(dāng)高旁閥處于全關(guān)狀態(tài)時，或?qū)⑺欧y的接線拔出，高旁閥回油管道的溫度，明顯比其它閥門回油管的溫度高，同時，閥內(nèi)有泄油聲，且閥體產(chǎn)生劇烈振動。

圖3 高旁系統(tǒng)油壓下降曲線

首先，關(guān)閉高旁閥進油截止門，待系統(tǒng)油壓正常后，分別試驗高旁噴水調(diào)節(jié)門和高旁隔離閥，閥門的動作正常，且系統(tǒng)油壓并未出現(xiàn)下降，這樣便可排除油泵和系統(tǒng)油路故障，僅僅是高旁閥的故障。根據(jù)(1)～(3)故障現(xiàn)象，初步判斷高旁閥伺服閥存在內(nèi)漏，泄油量比較大，導(dǎo)致系統(tǒng)油壓下降4。伺服閥內(nèi)漏最常見故障是卡澀和磨損5。由于伺服閥的閥套與閥芯之間的間隙較小，僅約2 μm，如果液壓油中雜質(zhì)的顆粒度較大，極易造成伺服閥的卡澀。伺服閥閥口的磨損，也能引起伺服閥內(nèi)漏量的增大。更換了高旁閥伺服閥，故障被消除。

3.2 熱工信號故障

在該機組某次停機過程中，打開旁路泄壓時，在高旁閥指令不變的情況下，高旁閥的反饋信號發(fā)生周期性的連續(xù)波動，且波動幅值大，同時，系統(tǒng)油壓也隨之劇烈波動。高旁閥的擺動曲線，如圖4所示。經(jīng)就地檢查發(fā)現(xiàn)，回油母管的溫度極高，且整個高旁系統(tǒng)內(nèi)所有油管道均產(chǎn)生了劇烈振動，高旁閥的閥體上下抖動。

圖4 高旁閥的振動曲線

由于涉及系統(tǒng)零部件較多，因此，需要對零部件逐個進行排除，首先應(yīng)檢查比較容易檢查和處理的零部件。(1)啟動另1臺油泵，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象并沒有消除，排除了油泵故障。(2)檢查LVDT接線是否已脫落或松動。(3)檢查油動機與閥門連接處是否松動。(4)檢查伺服閥指令線是否松動。(5)重新調(diào)整VPC卡內(nèi)部的參數(shù)配置。(6)更換LVDT和VPC卡。(7)檢查2臺油泵的調(diào)節(jié)裝置。(8)更換高旁閥伺服閥。(9)檢查蓄能器壓力是否正常，截止門是否已打開。經(jīng)過排查及相應(yīng)處理后，故障現(xiàn)象并未消除。

隨后，關(guān)閉了高旁閥進油截止門，分別試驗高旁噴水調(diào)節(jié)閥和高旁隔離閥，閥門動作正常且系統(tǒng)油壓穩(wěn)定。拔下伺服閥插頭，輸入外加信號，開啟高旁閥，高旁閥的開關(guān)動作正常。就地單獨給高旁閥的快開、快關(guān)電磁閥加信號，閥門的動作也正常。通過試驗，得出僅是高旁閥故障導(dǎo)致系統(tǒng)油壓波動，初步判斷，可能還存在外部熱工信號的干擾，逐一排查伺服閥信號是否有接地和線路短接現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)VPC卡中，在LVDT變送器外殼與電路板之間存在短路現(xiàn)象，導(dǎo)致VPC伺服系統(tǒng)輸出信號中含有交流干擾分量，進而造成高旁閥指令出現(xiàn)干擾信號。于是對LVDT變送器外殼和電路板進行隔離處理。消除了短路故障后，高旁閥的振動現(xiàn)象隨之消失。

3.3 蓄能器故障

蓄能器是能量儲存裝置，可保持系統(tǒng)油壓的相對穩(wěn)定，改善了系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，同時，可降低運行噪聲。

在進行低旁閥快開試驗時，當(dāng)快開指令發(fā)出后，發(fā)現(xiàn)低旁閥開度至44%后，有所停頓，然后再繼續(xù)開啟。同時，低旁系統(tǒng)油壓由16.0 MPa急劇下降至13.4 MPa，導(dǎo)致低油壓開關(guān)動作，備用泵聯(lián)鎖啟動。當(dāng)閥門全開后，油壓逐漸恢復(fù)到正常值16.0 MPa。低旁油壓急劇下降曲線，如圖5所示。

圖5 低旁油壓急劇下降曲線

低旁油壓劇降后，系統(tǒng)管道產(chǎn)生了劇烈振動。就地檢查后，發(fā)現(xiàn)無漏油現(xiàn)象。由于低旁系統(tǒng)有6個閥門，低旁快開時，系統(tǒng)用油量瞬間增大，油壓確會有所下降，但因柱塞泵的自動調(diào)節(jié)特性和蓄能器補油作用，油壓不應(yīng)下跌3 MPa。觀察低旁其它閥門的動作曲線，發(fā)現(xiàn)存在同樣現(xiàn)象，說明是系統(tǒng)存在故障。經(jīng)排查后，重點檢查了柱塞泵和蓄能器。(1)單獨啟動另1臺油泵，快開低旁，故障并未消除。(2)重新調(diào)整2臺柱塞泵恒壓變量閥，系統(tǒng)油壓能及時跟蹤變化，從而排除2臺柱塞泵故障。(3)檢查蓄能器的進、出口截止閥和充氮壓力，發(fā)現(xiàn)蓄能器進口截止閥沒有打開，導(dǎo)致蓄能器沒有參與系統(tǒng)補油。打開蓄能器進口截止閥后，再次進行低旁快開試驗，低旁系統(tǒng)6個閥門快速開啟，系統(tǒng)油壓僅下降0.5 MPa。

4 結(jié) 語

蘇爾壽CCI液壓旁路系統(tǒng)具有較為完善的調(diào)節(jié)控制及保護功能，兼有動態(tài)快速響應(yīng)的特性。在調(diào)試過程中，應(yīng)充分暴露系統(tǒng)與設(shè)備安裝中存在的問題，以便及時分析和處理。對液壓旁路系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，應(yīng)仔細(xì)分析系統(tǒng)各項參數(shù)的變化情況(如閥位、油溫、油壓等)，就地檢查油管溫度的高低，監(jiān)聽油流聲音的大小，觀察油管的振動情況。如發(fā)生異常現(xiàn)象，首先應(yīng)判斷是系統(tǒng)問題，還是個別閥門的問題，將疑似故障閥門進行隔離，尋找突破點進行分析和處理。

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Commissioning Technical Essential and Fault Analysis of Sulzer CCI hydraulic Bypass System

HE Dong-hui, ZHAO Yi-zhou

(Northeast Electric Power Research Institute Co., Ltd., Shenyang 110006， Liaoning, China)

A type of unit is equipped with Sulzer hydraulic bypass system. According to the technical points of the bypass system, the system is debugged. During the start-up and commissioning of the bypass system, some faults often occur. According to the fault phenomena, the causes of the faults are analyzed, and the corresponding treatment is carried out, which provides reference for the hydraulic system of the same type.

unit; hydraulic pressure; bypass; commissioning; technology; fault; treatment; countermeasures

1672-0210(2017)01-0039-04

2015-12-18

何冬輝(1982-)，男，工程師，碩士，從事火電汽輪機組的調(diào)試工作。

TK223.7+4

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