汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)失控原因與處理措施

谷佳祥 趙琪 劉江虹 馬銘伯

中核工程咨詢有限公司（田灣核電項(xiàng)監(jiān)部） 江蘇連云港 222000

當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)工業(yè)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)逐步采用電液控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是控制精度高，靈敏度高；實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制容易；維護(hù)成本低；對(duì)石油產(chǎn)品清潔程度等技術(shù)指標(biāo)的要求也相對(duì)較低。因此，采用冗馀雙閥液力調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)改造，可以將空氣壓力組的控制水平提高到較高水平，解決長(zhǎng)期轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、二次機(jī)油壓力低、負(fù)荷波動(dòng)大等問題。

1 汽輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

技術(shù)不斷發(fā)展，蒸汽輪機(jī)組自主能力也在提高。在這一過程中，機(jī)組電網(wǎng)集中運(yùn)行時(shí)也經(jīng)常出現(xiàn)規(guī)劃問題，啟停次數(shù)不斷增加，因此會(huì)出現(xiàn)電液調(diào)節(jié)問題。電液調(diào)節(jié)是指整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由液壓元件和執(zhí)行器組成?？刂破饔稍陂]環(huán)轉(zhuǎn)速和快速起動(dòng)速度中起重要作用的機(jī)構(gòu)元素組成。在汽輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中，整定過程只在狹窄、緩慢的范圍內(nèi)進(jìn)行，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是整定過程中靜態(tài)特性不變，調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于機(jī)組存在問題而繼續(xù)減速當(dāng)今數(shù)字和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了蒸汽機(jī)車技術(shù)的改革和發(fā)展，人們開始將數(shù)字和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于控制器的調(diào)控，不僅保證了整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的速度。

2 調(diào)速控制的原理

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)是通過轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)出來的。轉(zhuǎn)速傳感器本質(zhì)上是一種磁脈沖發(fā)生器，它把汽輪機(jī)“齒盤”的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的磁脈沖信號(hào)，磁脈沖信號(hào)再經(jīng)過SDP測(cè)速卡件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)轉(zhuǎn)速的電信號(hào)。與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的電信號(hào)傳送于DPU處理單元中，DPU將轉(zhuǎn)速信號(hào)與汽輪機(jī)設(shè)定的轉(zhuǎn)速加以比較，通過各項(xiàng)邏輯運(yùn)算輸出閥位指令信號(hào)至VPC伺服卡，VPC伺服卡將閥位指令信號(hào)同LVDT調(diào)節(jié)汽閥反饋信號(hào)進(jìn)行比較、并經(jīng)PID運(yùn)算后輸出控制電信號(hào)至電液轉(zhuǎn)換器，電液轉(zhuǎn)換器將控制電信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖油壓信號(hào)；在脈沖油壓的作用下錯(cuò)油門內(nèi)部的滑閥上下位移，使高壓油及回油通過機(jī)械油路與油動(dòng)機(jī)的油室連通；活塞在油室差壓的作用下反向位移，帶動(dòng)機(jī)械杠桿及末端連接的蝶閥組上下滑動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)氣閥及進(jìn)汽量的調(diào)節(jié)。當(dāng)調(diào)速機(jī)構(gòu)中油動(dòng)機(jī)活塞上下移動(dòng)時(shí)，反饋滑閥將發(fā)生反向運(yùn)動(dòng)，反作用于脈沖油壓，使錯(cuò)油門內(nèi)部滑閥回到中心位置、關(guān)閉油動(dòng)機(jī)油室油路；同時(shí)LVDT將調(diào)節(jié)汽閥反饋信號(hào)傳輸至數(shù)字調(diào)節(jié)器，使電液轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部閥芯回到平衡位置，脈沖油壓恢復(fù)平衡壓力。

3 汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)失控的原因

3.1 系統(tǒng)的油壓波動(dòng)

汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行過程中，當(dāng)油壓波動(dòng)影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮噴油器和噴油泵的性能是否穩(wěn)定。當(dāng)機(jī)油壓力變化影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)備用油泵。在啟動(dòng)過程中，應(yīng)仔細(xì)傾聽聲音是否是注油泵的旋轉(zhuǎn)——甚至是。此外，應(yīng)注意油溫，看是否需要停機(jī)處理。其次，空氣混在油系統(tǒng)中，可能是系統(tǒng)管道油壓不穩(wěn)定的一個(gè)重要因素，可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)問題。在這種情況下，如果高壓泵工作正常，油系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，從而產(chǎn)生氣泡。要解決這一問題，必須在調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行前關(guān)閉出口門，直到油泵開始工作，然后再重新起動(dòng)。在開洞過程中，應(yīng)逐步增加機(jī)油壓力，不要太匆忙排出室內(nèi)空氣，保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果不能排除空氣，影響因素可能包括：回油管道的不合理（過高）布置、油箱的油層低于標(biāo)準(zhǔn)、油箱的體積等。要排除油中的空氣，應(yīng)考慮在彎管的最高級(jí)別打開排氣孔，以便順利排出空氣。

3.2 對(duì)設(shè)備零部件透明機(jī)油質(zhì)量變化和漏油的實(shí)際分析

透明機(jī)油質(zhì)量是衡量系統(tǒng)是否運(yùn)轉(zhuǎn)良好的重要標(biāo)準(zhǔn)。油質(zhì)量差的原因主要由兩個(gè)方面組成：油質(zhì)量不清潔和運(yùn)行過程中油質(zhì)量惡化。在液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于不同零件之間間隔較小，當(dāng)鐵屑、顆粒等進(jìn)入透明油團(tuán)，可能引起全系統(tǒng)堵塞問題，影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，這是很常見的。如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的放大器在整個(gè)組內(nèi)出現(xiàn)阻塞情況，其主要性能如下：起動(dòng)時(shí)二次機(jī)油壓力不變，無法調(diào)節(jié)負(fù)荷活動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速不能獨(dú)立調(diào)節(jié)時(shí)；無法在平行執(zhí)行中調(diào)整負(fù)載狀態(tài)。如出現(xiàn)上述問題，應(yīng)關(guān)閉主閥，進(jìn)行停機(jī)處理。

3.3 部件卡澀造成調(diào)速失控

汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)部分元件發(fā)生卡澀現(xiàn)象，是造成調(diào)速控制系統(tǒng)發(fā)生失控故障的主要原因之一。發(fā)生卡澀的主要原因是由于運(yùn)動(dòng)部件發(fā)生活動(dòng)靜止或者活動(dòng)緩慢造成，該現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)使控制油壓不正常。另外，油質(zhì)差、運(yùn)動(dòng)部件發(fā)生銹蝕也會(huì)出現(xiàn)卡澀。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)卡澀時(shí)，脈沖油壓發(fā)生變化時(shí)油動(dòng)機(jī)活塞不能同步進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致調(diào)節(jié)汽閥的開度與DPU處理單元發(fā)出的指令信號(hào)發(fā)生較大偏差；脈沖油壓增大或減小到一定數(shù)值時(shí)，油動(dòng)機(jī)活塞瞬間發(fā)生突變?cè)斐烧{(diào)節(jié)汽閥的過調(diào)。通過上述情況基本可以斷定調(diào)速控制系統(tǒng)機(jī)械部件有卡澀問題。

3.4 活動(dòng)電磁閥帶電而所有的主汽門不動(dòng)作

主閥試驗(yàn)時(shí)，插入電磁閥時(shí)主閥不反射。原因可能是——主閥活動(dòng)試驗(yàn)的油路堵塞，出現(xiàn)電磁閥活塞不反映的現(xiàn)象，閉鎖孔是控制主閥的關(guān)鍵，而且由于油路的影響，出現(xiàn)了無動(dòng)于衷的現(xiàn)象一、仔細(xì)檢查分析，看看高壓主閥的有源電磁閥是否工作正常，如果沒有異常情況，可以排除電磁閥的影響因素。二、檢查機(jī)油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞下部高壓機(jī)油與主閥活性溢油道是否存在異常。例如，螺絲長(zhǎng)度過長(zhǎng)是漏油路徑問題的原因。在進(jìn)行活動(dòng)試驗(yàn)之前必須對(duì)其進(jìn)行處理具體試驗(yàn)后要檢查是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求第三，試驗(yàn)的最終結(jié)論是，閉鎖孔作為控制高壓主閥活動(dòng)的關(guān)鍵要素，完全符合工廠的要求。通過實(shí)際試驗(yàn)可以看出，在重新試驗(yàn)時(shí)，必須調(diào)整機(jī)油圖案中的高壓油流節(jié)孔，以滿足要求。同樣的方法用于修改其他三個(gè)前門的鎖緊孔，以證明猜想和修改是完整和正確的。

3.5 信號(hào)零點(diǎn)偏移造成調(diào)速失控

調(diào)速控制主要是由電液控制轉(zhuǎn)換器根據(jù)VPC伺服卡控制電信號(hào)，通過靜態(tài)調(diào)試確定內(nèi)部閥芯位置、及脈沖油壓。當(dāng)出現(xiàn)信號(hào)零點(diǎn)的偏移時(shí)，DPU處理單元發(fā)出的指令信號(hào)與LVDT調(diào)節(jié)汽閥反饋信號(hào)發(fā)生偏差，并且電液控制轉(zhuǎn)換器內(nèi)部閥芯位置反饋、脈沖油壓也和靜態(tài)調(diào)試數(shù)據(jù)不一致；信號(hào)零點(diǎn)的偏移使得電氣零位與機(jī)械零位不重合，極易造成汽輪機(jī)掛閘即發(fā)生調(diào)節(jié)汽閥開啟的現(xiàn)象。通過上述數(shù)據(jù)及現(xiàn)象就可以判定信號(hào)是否出現(xiàn)零點(diǎn)偏移現(xiàn)象。

3.6 低壓安全油失壓

近年來，一些火力發(fā)電廠也遇到了低壓安全供油管道泄漏引起的調(diào)速保護(hù)系統(tǒng)異常問題，導(dǎo)致主閥關(guān)閉事故。因此，調(diào)速保護(hù)系統(tǒng)的機(jī)油壓力損失也可能導(dǎo)致汽輪機(jī)運(yùn)行故障。低壓安全閥壓力損失的原因有幾個(gè)。一方面，如果薄膜閥上有機(jī)油壓力，薄膜閥就會(huì)打開，導(dǎo)致油液排放到EH郵箱中，導(dǎo)致閥門迅速關(guān)閉。薄膜閥上腔低壓安全閥的壓力損失是蒸汽輪組引發(fā)的一個(gè)重要原因。同時(shí)也會(huì)有低壓安全系統(tǒng)泄漏時(shí)，低壓安全機(jī)油壓力無法保證，也會(huì)導(dǎo)致調(diào)速保護(hù)系統(tǒng)故障。

4 汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)故障的處理措施

4.1 技術(shù)路線

①保持汽輪機(jī)機(jī)體部位不變。保持汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥、機(jī)油動(dòng)機(jī)、機(jī)油閥門差、轉(zhuǎn)速關(guān)閉閥等。不變。②拆卸WOODWARDPGPL調(diào)速裝置、原有啟動(dòng)裝置、齒輪箱等。所有調(diào)速管路均更新，管道和管件均為不銹鋼。③裝配新部件：調(diào)速元件、冗馀雙閥液元件、測(cè)速裝置、三閥合閘控制系統(tǒng)（駐車電磁閥3、2超速）、速閉閥行程監(jiān)控組件。防眩光接線盒及其附件（支架、套筒、儀器附件等）。④保持OPC高速機(jī)械觸發(fā)裝置。改造成先進(jìn)的電控系統(tǒng)：安裝6個(gè)新的測(cè)速探頭，2個(gè)調(diào)速器通道，3個(gè)調(diào)速器通道，1個(gè)用于測(cè)速裝置改造。⑤添加2/3超速保護(hù)器。需要的功能有：實(shí)際轉(zhuǎn)速顯示、峰值轉(zhuǎn)速顯示和存儲(chǔ)、單元可在線測(cè)試、單元可在線更換等。技術(shù)特點(diǎn)為：三種二次關(guān)機(jī)模式，防止意外停機(jī)，停機(jī)轉(zhuǎn)速250～25000r/min，轉(zhuǎn)速監(jiān)控頻率100～32000Hz，顯示屏顯示故障原因，方便通過面板設(shè)置停機(jī)點(diǎn)⑥采用德國(guó)VOITH制造的成熟雙閥電動(dòng)液總成。在正常運(yùn)行時(shí)相互預(yù)留，在線更換故障閥。本變換采用德國(guó)電動(dòng)液體轉(zhuǎn)換器VOITH系列（VoithTurbo），該系列將4ma至20ma的控制信號(hào)線性按比例轉(zhuǎn)換為機(jī)油壓力輸出。②組裝三閥組合系統(tǒng)（三、兩個(gè)超高速駐車電磁閥）。轉(zhuǎn)速閉合控制組合具有以下功能：①對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速閉合閥進(jìn)行在線測(cè)試。②汽輪機(jī)自動(dòng)、手動(dòng)緊急停車，同時(shí)具有電磁閥3～2的速度停止功能。③輸出與蒸汽調(diào)節(jié)閥對(duì)應(yīng)的控制閥壓力信號(hào)。④打開汽輪機(jī)速度關(guān)閉閥。⑤關(guān)鍵安全裝置自動(dòng)復(fù)位。⑥快速組裝儀表界面。

4.2 部件卡澀的處理措施

為了避免汽輪機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)發(fā)生卡澀，汽輪機(jī)操作保養(yǎng)人員要定期進(jìn)行汽輪機(jī)的清潔工作，避免尾渣出現(xiàn)累積；要按照規(guī)定，定期更換動(dòng)力油、潤(rùn)滑油；要保證汽輪機(jī)油質(zhì)的清潔、保證汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)密封的正常工作；進(jìn)而確保各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件不發(fā)生腐蝕。

4.3 信號(hào)零點(diǎn)偏移的處理措施

信號(hào)零點(diǎn)的偏移主要是因?yàn)椋盒盘?hào)傳感器線路質(zhì)量存在問題、傳感器線路與強(qiáng)磁場(chǎng)間隔過近、信號(hào)處理電路存在設(shè)計(jì)缺陷等。針對(duì)上述原因，首先在傳感器線材選購時(shí)，要選擇正規(guī)品牌、具有一定屏蔽功能的線材；其次在汽輪機(jī)線路鋪設(shè)時(shí)，各傳感器線路要遠(yuǎn)離動(dòng)力線等強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域、并進(jìn)行單獨(dú)敷設(shè)；最后要對(duì)信號(hào)處理電路進(jìn)行必要的完善，使其具備一定的雜波處理能力，最終達(dá)到信號(hào)傳輸不失真的目的。

4.4 完善測(cè)點(diǎn)的報(bào)警和監(jiān)視工作

調(diào)速保護(hù)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和維護(hù)方面可能存在一些小問題。而且這些小問題可能會(huì)在實(shí)際工作中引起重大事故因此，加強(qiáng)調(diào)速保護(hù)系統(tǒng)異常檢測(cè)和處理極為重要。改進(jìn)對(duì)重要保護(hù)措施點(diǎn)的監(jiān)控，做好相應(yīng)的報(bào)警工作，是調(diào)速保護(hù)系統(tǒng)安全管理的重要內(nèi)容。在汽輪機(jī)組的設(shè)計(jì)或改造階段，改進(jìn)這些工作可以幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)速保護(hù)系統(tǒng)的異常問題，從而降低發(fā)生異常停機(jī)事故的可能性。一個(gè)有條件的火力發(fā)電廠可以引進(jìn)信息技術(shù)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)電磁閥、異常振蕩等重要元素的檢測(cè)。同時(shí)，它可以更好地收集調(diào)速保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，使工作人員能夠更好地判斷其運(yùn)行狀況并正確識(shí)別其異常情況。

4.5 油質(zhì)問題的處理措施

汽輪機(jī)所用油質(zhì)的好壞，直接關(guān)系著汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的各項(xiàng)性能。因此，汽輪機(jī)用油采購必須選擇統(tǒng)一標(biāo)號(hào)的優(yōu)質(zhì)油料。操作人員必須進(jìn)行定期、不定期的油質(zhì)化驗(yàn)，為了保證油路系統(tǒng)的干凈，必須定期油濾、并按周期進(jìn)行更換。

4.6 強(qiáng)化重點(diǎn)監(jiān)控

從調(diào)速保護(hù)系統(tǒng)的異常情況看，電磁閥和低壓安全油管道是最容易出現(xiàn)問題的部件之一。因此，在實(shí)際工作中，也要加強(qiáng)對(duì)這些部分的重點(diǎn)監(jiān)控。比如，對(duì)于AST電磁閥，應(yīng)該強(qiáng)化對(duì)線圈電阻和絕緣電阻的檢查，并應(yīng)加強(qiáng)對(duì)密封圈腐蝕情況的監(jiān)控，及時(shí)清理油壓節(jié)流孔等處，避免節(jié)流孔的堵塞。也要注意AST電磁閥是否存在卡澀情況，通過重點(diǎn)監(jiān)控，及時(shí)消除安全隱患。而對(duì)于管道振動(dòng)問題，也要檢查支吊架的固定情況，同時(shí)也要注意低壓安全油管道是否存在與其他管道搭接，以免因?yàn)槠渌艿赖恼饎?dòng)導(dǎo)致低壓安全油管道的強(qiáng)迫震動(dòng)等。

5 結(jié)語

汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到主機(jī)的運(yùn)行工況。如果汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)發(fā)生故障，將對(duì)汽輪機(jī)的安全性、穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響。所以，汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的故障診斷、處理措施非常重要；需要相關(guān)人員能夠及時(shí)找出故障產(chǎn)生的原因，并針對(duì)故障原因采取相應(yīng)的措施，進(jìn)而確保汽輪機(jī)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。