600MW汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)氣閥典型故障及策略研究

李偉

摘 要：汽輪機(jī)是發(fā)電廠的主要機(jī)組設(shè)備，汽輪機(jī)運(yùn)行過程中高壓調(diào)節(jié)閥很容易出現(xiàn)故障，本文對(duì)600MW汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)氣閥的典型故障及應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行分析與探討，旨在為電廠的汽輪機(jī)運(yùn)行提供理論支持。

關(guān)鍵詞：600MW汽輪機(jī) 高壓調(diào)節(jié)汽閥 故障 應(yīng)對(duì)策略

中圖分類號(hào)：TM621文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-9082（2019）08-0-02

引言

汽輪機(jī)是發(fā)電廠的原動(dòng)機(jī)，其主要功能是驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生電能，向電網(wǎng)傳輸符合數(shù)量和質(zhì)量要求的電能產(chǎn)品。由于同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性可知，發(fā)電機(jī)的端電壓取決于無功功率，但是無功功率又取決于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，電網(wǎng)的頻率取決于電網(wǎng)的有功功率，即取決于汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率。當(dāng)發(fā)電廠的機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)候，根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差的改變可以調(diào)節(jié)汽門的開度，對(duì)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量及焓降進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改變發(fā)電機(jī)的有功功率，滿足外界電負(fù)荷的變化要求。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要調(diào)節(jié)的內(nèi)容是機(jī)組的轉(zhuǎn)速，所以一般將汽輪的調(diào)節(jié)系統(tǒng)成為調(diào)速系統(tǒng)。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，高壓調(diào)節(jié)汽閥是一個(gè)十分重要的部分，在運(yùn)行過程中，高壓調(diào)節(jié)汽閥經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障，例如閥門反饋LVDT信號(hào)錯(cuò)誤，門桿防轉(zhuǎn)梢松動(dòng)，、斷裂，閥芯脫落，伺服閥出現(xiàn)故障等，為了提高機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行效率，必須要加強(qiáng)對(duì)各種故障問題的分析，找出具體的成因，采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，提高汽輪機(jī)組的運(yùn)行水平。

一、機(jī)組情況

本文所選的分析機(jī)組設(shè)備為2x600MW機(jī)組，汽輪機(jī)是N600-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、直接空冷凝汽式機(jī)組，調(diào)節(jié)系統(tǒng)是數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以將油壓控制在14MPa左右。每一臺(tái)機(jī)組都有兩個(gè)主汽閥，每一個(gè)主汽閥又帶有兩個(gè)調(diào)節(jié)汽閥，主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥處于一個(gè)整體鑄件內(nèi)，安裝與高壓缸和中壓缸的兩側(cè)。機(jī)組的每一個(gè)進(jìn)氣閥門都設(shè)置有獨(dú)立的操作機(jī)構(gòu)，其中高壓主汽閥、高壓調(diào)節(jié)閥的操作結(jié)構(gòu)為伺服式結(jié)構(gòu)，所有的閥門的開度都是有伺服油動(dòng)機(jī)控制的，油動(dòng)機(jī)又受數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)的控制，所有的閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是單側(cè)進(jìn)油式，即閥門靠液壓驅(qū)動(dòng)開啟，靠彈簧力驅(qū)動(dòng)關(guān)閉。機(jī)組的工作介質(zhì)是高壓抗燃油。

二、600MW汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥的典型故障分析

隨著電力行業(yè)不斷發(fā)展，發(fā)電廠的生產(chǎn)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，大型機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的頻率也越來越高，幅度越來越大。機(jī)組的負(fù)荷變化很頻繁，對(duì)此，高壓調(diào)節(jié)汽閥必須要不斷調(diào)整，才能滿足機(jī)組的負(fù)荷變化情況，所以機(jī)組的閥門故障頻率也逐漸升高。600MW汽輪機(jī)組的高壓調(diào)節(jié)汽閥的典型故障有以下幾種：

1.高壓調(diào)節(jié)汽閥反饋LVDT故障及其解決策略

1.1故障及其原因

高壓調(diào)節(jié)汽閥LVDT是用來傳遞油動(dòng)機(jī)的行程信號(hào)的裝置，包括含有三組線圈的管狀變壓器、純鐵鐵心，鐵心和油缸的活塞桿相連，當(dāng)活塞移動(dòng)的時(shí)候就帶動(dòng)鐵心移動(dòng)，兩組次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓也發(fā)生線性變化。當(dāng)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的指令電壓大于LVDT的反饋電壓時(shí)，表示油動(dòng)機(jī)的開度不足，伺服放大器此時(shí)會(huì)輸出正向電流，使油缸的活塞上移，同時(shí)LVDT的反饋電壓變大，直到和數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓保持一致。以某單位機(jī)組為例，故障發(fā)生之前，機(jī)組的負(fù)荷為330MW，協(xié)調(diào)控制投入，AGC投入，發(fā)生事故的時(shí)候，機(jī)組的負(fù)荷突然變高，穩(wěn)定在350MW，數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)顯示GV3號(hào)閥開度反饋從33%變成0%，其他的三個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥同時(shí)關(guān)小，到機(jī)組進(jìn)行查看的時(shí)候發(fā)現(xiàn)GV3號(hào)閥處于全開狀態(tài)，技術(shù)人員及時(shí)進(jìn)行操作，降低主汽壓力，鎖定機(jī)組當(dāng)前的負(fù)荷，然后將閥門的控制方式變?yōu)閱伍y方式，切換之后，軸瓦的溫度、液壓系統(tǒng)的油泵電流以及油壓都沒有明顯變化。初步判定是GV3號(hào)閥的閥門反饋LVDT發(fā)出了錯(cuò)誤的信號(hào)。

通常高壓調(diào)節(jié)汽閥反饋LVDT的故障的原因有反饋鐵心斷裂，反饋桿折斷、彎曲變形，線圈故障，信號(hào)線異常等原因。本例中的故障，經(jīng)過技術(shù)人員到現(xiàn)場檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)是由于GV3號(hào)閥的閥門反饋信號(hào)錯(cuò)誤造成的，因?yàn)殚y門的反饋始終都為0，但是調(diào)節(jié)閥的開度是受到數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開度指令通知的，這個(gè)指令始終都大于反饋值，所以GV3號(hào)閥的開度實(shí)際上會(huì)一直增加，直到全開。

1.2故障處理

LVDT反饋故障之后，調(diào)節(jié)閥所處的位置一般有三種情況，分別是全開、全關(guān)，處于中間位置，各個(gè)位置的處理方法基本是相同的，只是出現(xiàn)故障之后，LVDT如果處于中間開度，則應(yīng)該要注意調(diào)節(jié)閥的指令、反饋以及實(shí)際位置，對(duì)這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。對(duì)故障進(jìn)行處理時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：第一，對(duì)當(dāng)前的負(fù)荷進(jìn)行鎖定，維持負(fù)荷不變，如果CCS自動(dòng)調(diào)節(jié)處于正常狀態(tài)，則不需要解除自動(dòng)，也不要盲目地將閥門的控制方式從順序閥變?yōu)閱伍y控制，應(yīng)該要觀察軸振、軸瓦的溫度等參數(shù)，如果在順序閥控制方式下，導(dǎo)致汽輪機(jī)本體振動(dòng)、溫度劇增，則應(yīng)該要立即將其改變?yōu)閱伍y方式。第二，對(duì)故障進(jìn)行處理的時(shí)候，要在數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)上緩緩輸入故障調(diào)節(jié)閥關(guān)閉指令，使閥門逐漸關(guān)閉，操作過程中要盡量減少機(jī)組負(fù)荷的波動(dòng)，同時(shí)要密切觀察主機(jī)的參數(shù)。第三，調(diào)節(jié)閥全部關(guān)閉之后，首先將其指令強(qiáng)制控制為0，然后再關(guān)閉GV3號(hào)閥的液壓系統(tǒng)油供手動(dòng)門，由技術(shù)人員更換高壓調(diào)節(jié)汽閥的LVDT，并且對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)之后投入使用。

2.高壓調(diào)節(jié)敵法的主要部件故障及其解決措施

2.1故障問題

高壓調(diào)節(jié)汽閥長期工作過程中很容易出現(xiàn)一些零部件的故障問題，比如門桿防轉(zhuǎn)梢松動(dòng)、斷裂，或者閥芯脫落。某機(jī)組發(fā)生故障的時(shí)候，機(jī)組的負(fù)荷指令為500MW，CCS投入，汽輪機(jī)為順序閥控制方式，運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)的軸承振動(dòng)值從55μm突然變?yōu)?19μm，機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷、主汽流量、調(diào)解級(jí)壓力降低，主汽壓力突然升高，在現(xiàn)場檢查卻發(fā)現(xiàn)GV3號(hào)閥的反饋異常，比正常的開度要大一點(diǎn)，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)GV3號(hào)閥的閥桿斷裂。而且GV1和GV4已經(jīng)完全開到90%，達(dá)到了最大開度，進(jìn)汽方式也發(fā)生了改變，導(dǎo)致汽輪機(jī)1號(hào)、2號(hào)的軸瓦振動(dòng)值瞬間增大，軸瓦金屬溫度也發(fā)生了相應(yīng)變化。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，本例中的故障是由于閥芯脫落造成的。

2.2故障處理

確定事故的原因之后，及時(shí)解除了機(jī)組AGC以及一次調(diào)頻功能，將機(jī)組的控制方式從順序閥控制切換為單閥運(yùn)行，保持機(jī)組的負(fù)荷處于穩(wěn)定狀態(tài)，由于斷裂的位置不易進(jìn)行焊接，在CCS方式下，熱控人員通過強(qiáng)制調(diào)節(jié)閥開指令，逐漸將其全部打開，由檢修人員對(duì)斷裂的位置進(jìn)行重新焊接，如果閥芯沒有完全脫落，則可以首先關(guān)回，然后進(jìn)行處理，如果閥芯已經(jīng)完全脫落，則可以根據(jù)負(fù)荷情況，進(jìn)行相應(yīng)處理。如果負(fù)荷較高，當(dāng)閥門全部打開之后，可以首先進(jìn)行簡單處理，將閥芯和連接桿固定起來，讓閥門的控制從順序閥切換為單閥，強(qiáng)制關(guān)閉過程中的閥芯，并且不要對(duì)系統(tǒng)造成較大的影響，然后再在零位進(jìn)行焊接和加固;如果負(fù)荷較低，則應(yīng)該要將閥門的控制方式立即轉(zhuǎn)變?yōu)閱伍y控制，并且確保機(jī)組的負(fù)荷保持穩(wěn)定，在CCS方式下，由熱控人員強(qiáng)制調(diào)節(jié)閥關(guān)指令，逐漸將其全部關(guān)閉壓實(shí)，然后再進(jìn)行處理。

3.伺服閥故障及其處理

3.1故障問題

當(dāng)事故發(fā)生之前，機(jī)組的負(fù)荷為500MW，CCS模式，汽輪機(jī)的閥門為單閥控制，運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的油回油溫升高，而且液壓系統(tǒng)的油箱和油位出現(xiàn)波動(dòng)，油泵的電流、出口壓力都在一定范圍內(nèi)發(fā)生波動(dòng)。機(jī)組的GV4號(hào)閥的開度、調(diào)節(jié)級(jí)壓力、負(fù)荷都小幅度波動(dòng)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，故障的原因是GV4號(hào)閥的伺服閥存在問題，從而引起調(diào)節(jié)級(jí)壓力以及負(fù)荷的擺動(dòng)現(xiàn)象。

3.2故障處理

對(duì)伺服閥故障進(jìn)行處理時(shí)，首先將機(jī)組的負(fù)荷降低，從500MW變?yōu)?50MW，熱工人員要及時(shí)將GV4號(hào)閥強(qiáng)制關(guān)閉，而且不能釋放關(guān)指令，然后關(guān)閉故障閥門液壓系統(tǒng)的高壓油供手動(dòng)門，將其他三個(gè)高壓調(diào)節(jié)汽閥開大，但是不能超過限值。關(guān)閉故障閥門的高壓油供手動(dòng)閥門的時(shí)候，應(yīng)該要檢查高壓油供手動(dòng)閥和兩路回油的逆止門，是否都保持嚴(yán)密狀態(tài)，確保其處于嚴(yán)密狀態(tài)的時(shí)候才能更換伺服閥。在更換伺服閥的時(shí)候要確定接口和安裝的方式，伺服閥不能輸出正向電流，否則將會(huì)在油供手動(dòng)閥打開的時(shí)候，使處于強(qiáng)制關(guān)閉狀態(tài)的閥門開啟，導(dǎo)致機(jī)組的負(fù)荷發(fā)生突變。另外，在打開油供手動(dòng)閥進(jìn)行注油的時(shí)候一定要緩慢打開、注入，注油過程中也要保持閥門始終處于關(guān)閉狀態(tài)，注油結(jié)束之后再緩慢地放開閥門限制指令，以閥門活動(dòng)試驗(yàn)方式開啟閥門，并且對(duì)調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)行多次試驗(yàn)，確保試驗(yàn)合格之后才能再次投入使用。在更換伺服閥的時(shí)候，工作人員應(yīng)該要嚴(yán)密地監(jiān)視機(jī)組的振動(dòng)、軸承溫度等參數(shù)的變化，關(guān)閉故障閥門的供油閥時(shí)，一定要確保無誤，做好監(jiān)護(hù)，防止出現(xiàn)誤關(guān)現(xiàn)象，執(zhí)行過程中隨時(shí)觀察油壓的變化。

綜上所述，調(diào)節(jié)汽閥是汽輪機(jī)組的核心控制設(shè)備，對(duì)整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行都有重要影響，調(diào)節(jié)汽閥的故障會(huì)直接威脅到整個(gè)機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)大型機(jī)組發(fā)生調(diào)節(jié)汽閥故障的時(shí)候，必須要根據(jù)實(shí)際情況分析故障的原因，并且及時(shí)采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，以防事故擴(kuò)大，對(duì)汽輪機(jī)組的運(yùn)行安全造成威脅。

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