火電機組汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)伺服閥常見故障分析

（山西魯能河曲發(fā)電有限公司，山西 忻州 036500）

汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是火電機組的核心系統(tǒng)，它關(guān)系著汽輪機的正常調(diào)節(jié)和安全穩(wěn)定運行。目前，國內(nèi)600MW及以上機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)均采用高壓抗燃油電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。某電廠600MW汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)的亞臨界凝汽式汽輪機，調(diào)節(jié)系統(tǒng)由東方汽輪機廠配套提供。汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用磷酸脂抗燃油系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件電液伺服閥由美國穆格公司生產(chǎn)，型號為M00G072。

1 電液伺服閥的結(jié)構(gòu)及工作原理

下面以美國穆格M00G072型伺服閥為例，介紹其結(jié)構(gòu)及工作原理（圖1）。

（1）伺服閥的結(jié)構(gòu)介紹。M00G072型伺服閥由電磁控制部分和閥體液壓兩部門組成。電磁部分是磁式力矩馬達(dá)，主要由磁鐵、導(dǎo)磁體、可動銜鐵、控制線圈和彈簧管組成；液壓部分主要由閥體、閥套、滑閥、噴嘴、擋板、反饋桿、節(jié)流孔、過濾器等部件組成，滑閥通過反饋桿與銜鐵、擋板組件相連。該型式的伺服閥優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，線性度好，響應(yīng)快，工作可靠、壽命長；缺點是由于噴嘴擋板的工作間隙小，對油的清潔度要求較高。

圖1

（2）伺服閥的工作原理。伺服閥又稱電液轉(zhuǎn)換器，它將控制輸出信號轉(zhuǎn)換成液壓信號。高壓抗燃油進(jìn)入伺服閥分成兩路，一路經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入滑閥兩側(cè)腔室，然后進(jìn)入噴嘴與擋板間的控制間隙中流出，另一路由滑閥控制推動油動機活塞動作。其原理如下：在穩(wěn)定工況下，無電流輸入時，在彈簧管支撐下銜鐵處于導(dǎo)磁體的中間位置，擋板在噴嘴的中間位置，擋板兩側(cè)與噴嘴的距離相同，噴嘴兩側(cè)的油壓一致，滑閥處于中間位置，閥無液壓輸出。

當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)需要動作時，電流由伺服閥放大器輸入，力矩馬達(dá)中的電磁線圈產(chǎn)生磁通，可動銜鐵在磁鐵上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩作用下旋轉(zhuǎn)，同時帶動與其相連的擋板轉(zhuǎn)動，擋板移近一只噴嘴，使該噴嘴流量變小，噴嘴前的油壓變高，而對側(cè)的噴嘴與擋板距離變大，使噴嘴前的油壓降低，這樣實現(xiàn)了將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榱囟a(chǎn)生機械位移信號，再轉(zhuǎn)變?yōu)橛蛪盒盘?，并通過噴嘴擋板系統(tǒng)將信號放大。擋板兩側(cè)的噴嘴前油壓與下部滑閥的兩個腔室相連通，當(dāng)兩個噴嘴前油壓不相等時，滑閥兩端的油壓也不相等，油壓差使滑閥移動，滑閥上的凸肩控制油口的開啟或關(guān)閉，以此控制油動機活塞下腔的進(jìn)、回油，實現(xiàn)閥門的開啟或關(guān)閉。滑閥移動時，使反饋桿產(chǎn)生彈性形變，對銜鐵擋板組件產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩，當(dāng)作用在銜鐵擋板組件上的電磁轉(zhuǎn)矩、反饋桿反轉(zhuǎn)矩等力矩達(dá)到平衡時，滑閥停止移動，達(dá)到一個平衡位置，閥門開、關(guān)動作完成。

為了增加調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性，在伺服閥中設(shè)置了彈簧管，彈簧管設(shè)有一定的機械偏零，其作用為：如果伺服閥在運行中突然斷電，借助機械力量可以使滑閥偏移一側(cè)，使汽閥關(guān)閉；彈簧管還有一個重要的負(fù)反饋作用，它可以增加調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)電信號輸入使擋板移動后，滑閥移動，此時彈簧管會產(chǎn)生彈性變形，平衡掉部分滑閥壓差，防止在滑閥兩端面壓差力作用下，滑閥由中間位置被推向一端的極限位置，造成油動機活塞移動量過大，導(dǎo)致汽門調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生振蕩等問題。

2 電液伺服閥常見故障分析

調(diào)節(jié)系統(tǒng)電液伺服閥在運行過程中發(fā)揮著重要作用，根據(jù)多年運行、檢修情況，歸納了伺服閥存在的常見故障為卡澀、密封圈損壞、閥芯部件腐蝕磨損、緊固螺栓斷裂等，針對以上常見故障，進(jìn)行分析、總結(jié)并提出處理措施。

（1）伺服閥堵塞、卡澀。調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運行過程中會經(jīng)常出現(xiàn)伺服閥卡澀問題，嚴(yán)重影響機組的安全穩(wěn)定運行。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，伺服閥堵塞占伺服閥故障次數(shù)的75%以上。一旦發(fā)生卡澀，會造成汽輪機汽閥開、關(guān)位置異常，處于全開或全關(guān)狀態(tài)無法實現(xiàn)調(diào)整。主要原因為伺服閥的閥芯與閥套間隙只有2μm，噴嘴與擋板間的間隙在3μm左右，極易發(fā)生堵塞卡澀，當(dāng)油中有顆粒卡在當(dāng)中時，就會使擋板始終靠近一個噴嘴且反饋桿無法將其拉回，造成滑閥兩端的差壓始終存在，滑閥始終移向一個方向，導(dǎo)致油動機處于全開或全關(guān)位置而無法控制。伺服閥發(fā)生卡澀時，運行人員不要著急進(jìn)行操作，將指令輸入過高或過低，這樣容易造成閥門突關(guān)而引起參數(shù)大幅波動，影響機組安全穩(wěn)定運行。運行人員應(yīng)做好事故預(yù)想，同時聯(lián)系汽機、熱工檢修人員共同分析，制定好處理措施后，再開展后續(xù)處理工作。

（2）伺服閥密封圈損壞。伺服閥因密封圈失效或損壞問題易發(fā)生泄漏故障。主要原因：一是伺服閥長期在溫度較高的環(huán)境下運行，密封圈長期使用后老化未及時更換造成泄漏，二是密封圈材質(zhì)、質(zhì)量不符合要求造成泄漏，三是在檢修過程中，檢修工藝不良造成泄漏。

針對以上原因，為避免發(fā)生伺服閥密封圈密封失效導(dǎo)致的泄漏問題，提出以下處理措施：一是建立、完善密封件更換、檢修臺賬。建立抗燃油系統(tǒng)特別是調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各伺服閥、電磁閥等設(shè)備密封臺賬，重點做好密封圈更換時間記錄。根據(jù)記錄，對密封圈進(jìn)行定期檢查、更換，避免因長期使用老化損壞造成泄漏。二是把好密封圈質(zhì)量關(guān)。目前，火電機組抗燃油一般使用磷酸酯抗燃油，其對金屬材料本身沒有腐蝕性，但油中的水分、氯含量、電阻率和酸值等指標(biāo)超標(biāo)都會導(dǎo)致金屬部件的腐蝕。因此，伺服閥使用的密封圈必須注意其材質(zhì)、質(zhì)量。如果使用不符合要求材質(zhì)的密封圈，不但會造成伺服閥泄漏，還會污染抗燃油，使抗燃油變質(zhì)。材質(zhì)必須滿足可以長期在高溫、高壓的抗燃油中正常使用，同時滿足被壓縮后正常變形量情況下不會泄漏。硅橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯可以在磷酸酯抗燃油中適應(yīng)，一般選用氟橡膠作為密封材料。在伺服閥檢修時，必須對密封圈材質(zhì)進(jìn)行檢查確認(rèn)，密封圈備件到貨后做好質(zhì)量驗收，同時在使用前進(jìn)行外觀檢查，不能有變形、磨損等缺陷；不能使用老化、過期的密封圈；在安裝時嚴(yán)格檢修工藝，確保密封圈安裝到位，防止發(fā)生泄漏。

（3）伺服閥本身腐蝕、磨損及力矩馬達(dá)故障。伺服閥在運行過程中，本身會發(fā)生故障，主要表現(xiàn)為控制系統(tǒng)短路或斷線、零部件腐蝕、磨損等。造成伺服閥本身故障的原因較多，如抗燃油油溫過高、酸值超標(biāo)、水分超標(biāo)、顆粒度不合格等。對閥體部分，存在腐蝕、磨損問題，主要是油質(zhì)不合格造成，同時由于系統(tǒng)運行壓力較高，也會對閥造成磨損。閥內(nèi)部噴嘴、節(jié)流孔、通道、滑閥的凸肩等部件發(fā)生腐蝕、磨損后，會造成內(nèi)漏，零偏增大，流體噪聲增大，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定。在運行過程中，要加強對油質(zhì)的監(jiān)督，減少腐蝕情況的發(fā)生，同時定期對伺服閥進(jìn)行維修，對磨損嚴(yán)重的定期進(jìn)行更換。對力矩馬達(dá)部分，存在松動、斷線等問題，主要原因為設(shè)備存在振動，造成固定螺栓松動，同時，部分伺服閥工作的環(huán)境溫度較高，造成電子元件損壞，使閥無法動作，影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)。在運行過程中，要加強對伺服閥力矩馬達(dá)的檢查，防止因振動造成螺栓松動，同時做好伺服閥環(huán)境溫度的監(jiān)測工作，如溫度過高，及時采取措施，避免電子元件的損壞。

（4）伺服閥緊固螺栓斷裂。伺服閥緊固螺栓對伺服閥的安全運行起著重要作用。截至目前，火電機組已發(fā)生多起因伺服閥螺栓斷裂造成機組非計劃停運的事件，如某600MM亞臨界機組運行過程中汽輪機高調(diào)門伺服閥螺栓斷裂，導(dǎo)致抗燃油系統(tǒng)漏油造成機組非計劃停運，某電廠給水泵汽輪機高調(diào)門伺服閥連接螺栓斷裂造成機組非計劃停運，這表明對伺服閥螺栓的重要性認(rèn)識存在明顯不足。

伺服閥螺栓斷裂的主要原因之一是疲勞斷裂，螺栓使用后可能發(fā)生一定的松動，產(chǎn)生徑向或軸向作用力，造成斷裂；二是螺栓制造加工存在缺陷；三是螺栓強度不滿足要求，螺栓承受的力大于螺栓強度造成斷裂；四是螺栓材料達(dá)不到要求，選用螺栓時材料等級偏低；五是螺栓緊固工藝不當(dāng)，預(yù)緊力過小會導(dǎo)致泄漏，預(yù)緊力過大，會損傷螺栓甚至斷裂。因此，如何控制螺栓預(yù)緊力是必須重視的問題。

為防止螺栓發(fā)生斷裂問題，建議一是根據(jù)實際運行工況，選用高強度、韌性及抗疲勞性能較好的螺栓，目前部分火電機組已將伺服閥螺栓強度由原來的8.8級提高至12.9級；二是做好螺栓到貨后驗收工作，制定和完善相應(yīng)的驗收標(biāo)準(zhǔn)，防止不合格螺栓使用；三是在檢修期間做好螺栓檢測工作，根據(jù)相關(guān)導(dǎo)則要求“對大于和等于M32的螺栓均應(yīng)依據(jù)DL/T694進(jìn)行100%超聲檢測，必要時可按NB/T47013.4、NB/T47013.4進(jìn)行磁粉檢測、滲透檢測，或進(jìn)行其他有效的無損檢測”，而伺服閥螺栓不在監(jiān)督范圍內(nèi)。因此，建議各火電機組將伺服閥螺栓檢測納入金屬檢測內(nèi)容并定期檢測；四是嚴(yán)格螺栓緊固工藝，按力矩要求緊固螺栓；五是做好日常巡檢工作，檢查螺栓固定情況，發(fā)現(xiàn)松動時及時緊固處理。

3 電液伺服閥運行及維護工作的建議

（1）加強對伺服閥檢修的管理。伺服閥在更換時，原則上應(yīng)選用與原來使用規(guī)格型號相同的；做好伺服閥臺賬，運行一定的時間后，聯(lián)系專業(yè)廠家對伺服閥進(jìn)行清洗、檢測、做耐壓試驗，通過專業(yè)設(shè)備可以徹底完成清洗工作，并通過試驗和調(diào)整使伺服閥處于最佳的工作狀態(tài)，防止事故的發(fā)生。

（2）加強對抗燃油系統(tǒng)油質(zhì)的管理。伺服閥對油質(zhì)的要求很高，目前火電機組普遍采用磷酸酯抗燃油，在使用過程中會發(fā)生顆粒度和酸值超標(biāo)問題。據(jù)有關(guān)資料介紹，80%的伺服閥故障是由于油液污染造成的。因此，加強抗燃油油質(zhì)控制，對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全可靠運行至關(guān)重要。為保證抗燃油油質(zhì)，應(yīng)加強油質(zhì)的監(jiān)督，嚴(yán)格按照DL/T571-2014《電廠用磷酸脂抗燃油運行維護導(dǎo)則》的規(guī)定開展工作，確保顆粒度SAE AS4059F等級≤6級，酸值≤0.15mgKOH/g。發(fā)現(xiàn)油質(zhì)異常時要縮短分析周期。在維護工作中，建立抗燃油系統(tǒng)濾芯更換臺賬，定期對系統(tǒng)各濾芯進(jìn)行檢查、更換，同時開展定期濾油工作，保證油質(zhì)合格。在檢修過程中，必須做好抗燃油系統(tǒng)設(shè)備的防護、封堵工作，防止污染油質(zhì)；同時，盡量避免凡士林等潤滑劑在液壓設(shè)備上的使用，避免對抗燃油油質(zhì)造成老化或污染。目前，抗燃油基本上采用進(jìn)口油，建議做好抗燃油儲存工作并做好臺賬記錄，在加入新油前，做好混油試驗，防止發(fā)生油質(zhì)惡化。

（3）加強運行過程中的管理。在運行過程中，加強對伺服閥溫度的檢查，盡可能降低其工作環(huán)境溫度；同時，對靠近熱力設(shè)備的抗燃油供油、回油管路進(jìn)行隔離、阻斷熱源傳遞。

在機組啟動前，對伺服閥零位偏置進(jìn)行試驗，在伺服閥失電的情況下，被控制的汽閥應(yīng)緩慢關(guān)閉，同時記錄好關(guān)閉時間，發(fā)現(xiàn)問題及時對伺服閥進(jìn)行檢查、更換。嚴(yán)格按制造廠家要求開展高壓調(diào)門活動試驗，不但可以防止閥門發(fā)生卡澀問題，而且可以促使油動機內(nèi)油的循環(huán)，防止油動機活塞底部高溫抗燃油長時間囤積，造成抗燃油的劣化。根據(jù)運行經(jīng)驗，伺服閥在正常條件下應(yīng)結(jié)合機組A級檢修機會聯(lián)系專業(yè)廠家進(jìn)行檢測、修復(fù)，如具備條件，建議每年對伺服閥進(jìn)行清洗，以保證伺服閥具有良好的性能。

4 結(jié)語

電液伺服閥作為火電機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其微小故障將嚴(yán)重影響機組的安全穩(wěn)定運行。本文重點介紹了電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理、對常見的故障進(jìn)行了分析并提出了處理措施及相關(guān)建議，加強對伺服閥的管理，對火電機組的安全穩(wěn)定運行尤為重要。上述總結(jié)還不全面，需要在以后的工作中加強這方面的研究，不斷地提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性。