高壓調節(jié)閥LVDT感應桿支架脫落的原因分析

賀治國

(國電電力大同發(fā)電有限責任公司， 山西 大同 037043)

0 引言

國電電力大同發(fā)電有限責任公司7號機組是我國首臺直接空冷的600 MW機組，汽輪機為哈爾濱汽輪機廠引進西屋技術自主開發(fā)研制的NZK600-16.7-538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽反動式凝汽式汽輪機。DEH控制系統(tǒng)采用ABB symphony公司的HSS03伺服模件，接受高壓調節(jié)閥線性可變差動變壓器(linear variable differential transformer，LVDT)感應桿的位置反饋信號，進行采集、處理、綜合運算后輸出指令至伺服閥，進而控制汽輪機高壓缸GV1-GV4的4個進汽調節(jié)閥開度。軸承振動保護系統(tǒng)報警值為70 μm，危險值為250 μm，當某瓦軸承振動超過危險值且相鄰瓦的軸承振動超過報警值時，就發(fā)出汽輪機跳閘指令。

1 事故概況

某日20：26，7號機組高壓調節(jié)閥為單閥運行方式，運行人員檢查發(fā)現(xiàn)GV4調節(jié)閥的LVDT感應桿支架脫落。經過檢修人員就地確認GV4調節(jié)閥實際已全關，LVDT感應桿支架從根部斷裂，加固支架的2根斜拉筋也同時斷裂。GV4調節(jié)閥的位置反饋值由18 %突變?yōu)?5.37 %，負荷由496 MW降為423 MW，1號軸承振動X向由29.34 μm上升至72.72 μm，2號軸承振動X向由82.37 μm上升至228.68 μm，已接近汽輪機保護跳閘定值。

次日00：08，檢修人員在處理GV4調節(jié)閥的LVDT感應桿支架斷裂缺陷時，該汽輪機突然跳閘，MFT動作，盤前發(fā)出“汽輪機軸承振動大”光字，首出原因為汽輪機軸承振動大。01：20，該調節(jié)閥LVDT感應桿斷裂的支架恢復工作結束；01：30，汽輪機掛閘沖轉；03：13，機組并網。

2 事故原因分析

2.1 汽輪機高壓調節(jié)閥控制原理

在汽輪機高壓缸的進汽調節(jié)過程中，伺服模件接收調節(jié)閥的LVDT位置反饋信號值Y和指令設定值X，進行計算比較后輸出對伺服閥的控制指令Z=X-Y，最終實現(xiàn)X=Y，即指令值Z為0(見圖1)。通過調節(jié)伺服閥內部進油通路，從而控制調門油缸進出油量，實現(xiàn)調節(jié)閥在調節(jié)過程中的正常開、關動作。當Z＞0時(即指令大于反饋)，調節(jié)閥向上開大；當Z＜0時(即指令小于反饋)，調節(jié)閥向下關小。

2.2 汽輪機軸振大跳機分析

當GV4調節(jié)閥LVDT感應桿支架脫落時，指令值X=18 %、反饋值Y=55.37 %、伺服閥控制指令Z=-37.37 %＜0，故GV4調節(jié)閥關閉。當檢修人員準備處理該缺陷時，經值長同意，將指令值X強制為-3 %，當檢修人員將支架復位時，反饋值突變Y=-20.42 %，經計算伺服閥控制指令Z=17.42 %＞0，GV4調節(jié)閥被打開。但反饋Y值不隨之變化，導致Y≠X，直至GV4調節(jié)閥全開，負荷由451 MW突升至493 MW。

圖1 汽輪機高壓調節(jié)閥控制原理

此時，機組實際負荷493 MW高于AGC速率限制輸出的負荷設定值450 MW。由于機組在AGC的協(xié)調控制模式下運行，實際負荷高于負荷設定值43 MW，協(xié)調系統(tǒng)迅速減小汽輪機主控的PID輸出，進而減小了DEH系統(tǒng)的綜合閥位輸出，最后減小各調節(jié)閥指令值X。由于GV4調節(jié)閥被強制而不能接受綜合閥位指令，但GV1-GV3調節(jié)閥都接受綜合閥位指令，進而關小各自的調節(jié)閥，造成汽輪機高壓缸四周進汽嚴重不均，產生汽流激振，導致1號瓦軸承X向振動上升為108.45 μm，2號瓦軸承X向振動上升為255.26 μm，進而觸發(fā)“汽輪機軸振動大”保護動作，使該汽輪機跳閘。

3 暴露的問題

(1) 措施不完善。檢修人員未要求運行人員退AGC協(xié)調控制，也未要求機務關閉GV4調節(jié)閥的EH油管進油閥，只是將GV4調節(jié)閥的指令強制為-3 %，而未強制為-100 %。這就造成GV4調節(jié)閥LVDT感應桿支架在復位移動過程中反饋值突變?yōu)?20.42 %，致使伺服閥控制指令Z＞0，GV4調節(jié)閥全開，GV1-GV3調節(jié)閥關小，引起汽輪機軸振動大保護動作。

(2) 技術水平不高。焊接質量和工藝要求不嚴格，造成支架和斜拉筋焊口開裂，促使GV4調節(jié)閥LVDT感應桿支架脫落，導致反饋值錯誤。

(3) LVDT感應桿支架設計不合理。以往就發(fā)現(xiàn)了感應桿支架不牢固，但僅僅以2根斜拉筋來加固，說明防范措施不完善、固定強度不夠，難以克服高壓調節(jié)閥振動強度大而頻繁的工作環(huán)境。

經過以上分析，認為此次事故暴露出的問題主要為消缺措施不完善和設備可靠性差。

4 防范對策與措施

4.1 加強設備巡查，及時發(fā)現(xiàn)隱患

重新梳理、完善重點區(qū)域和重要設備，特別針對隱蔽性大的區(qū)域以及設備易發(fā)生故障的部位，由設備責任人定期每日檢查，班組長做到每周至少3次檢查，分管專工每周2次檢查，并規(guī)范重點區(qū)域的檢查要求、制定重點設備的檢查標準。通過上述措施，提高巡查頻次，完善設備巡查要求，保證巡查質量，達到及時發(fā)現(xiàn)隱患的目的。

4.2 完善處理預案，確保安全可控

總結歷次事故教訓，收集缺陷處理經驗教訓，完善重大缺陷處理預案，讓工作人員在處理缺陷時有規(guī)程指導、流程參考，進一步提高對重要設備缺陷的應急處理能力，確保在消缺過程中安全措施的完備。

4.3 改進固定支架， 消除設備隱患

為了改進LVDT感應桿支架結構，查閱相關資料，積極聯(lián)系有關專家共同研究解決高壓調節(jié)閥LVDT感應桿支架固定的問題。分析認為：支架的選擇應該既能保證調整精度，又能消除或減弱安裝位置的振動應力。因此，采用“上大下小”3層塔形結構的空心支架，不僅減輕了支架的重量，而且有效減弱了安裝位置振動應力的傳導，其圓弧型的底部結構，能夠增加與閥門提升桿的焊接面積。為了進一步減弱振動應力的傳導，設計了LVDT感應桿的延長桿并用滑輪固定，使用小角度萬向節(jié)將延長桿與塔形支架連接。塔形支架水平安裝，并與延長桿垂直連接，有效抑制了振動應力，并使LVDT感應桿動作靈活，確保了測量精度。

經上述改進的LVDT支架，在使用中達到了預期效果，徹底消除了支架脫落的安全隱患。

4.4 強化安全技術培訓，提高工作能力

一方面，通過事故案例和隱患問題加強作業(yè)人員的安全教育，提高安全意識和工作責任心；另一方面，通過開展技術培訓、經驗交流以及應急預案學習，結合檢修標準化和安全文明生產標準化工作，以提高班組員工在實際工作中對危險點分析判斷和故障處理能力，確保風險可控。

5 結束語

此次7號機組汽輪機高壓調節(jié)閥LVDT感應桿支架脫落的停機事故，加深了對汽輪機調節(jié)閥位置反饋信號的穩(wěn)定性與運行機組的安全性之間重要聯(lián)系的認識。雖然LVDT感應桿支架采用斜拉筋加固，但仍然不能克服高壓調節(jié)閥的快速調整和長期高頻振動所產生的應力。如果能夠深刻認識到LVDT感應桿支架的隱患并采取有效的防護措施，或消缺時做好關閉EH油管進油閥等必要的安全措施，就應該能夠避免此類事故。