苏尔寿CCI液压旁路系统调试及故障分析

2017-06-01何冬辉赵奕州

设备管理与维修 2017年1期

关键词：虚警蓄能器油压

何冬辉，赵奕州

（辽宁东科电力有限公司，辽宁沈阳110006）

苏尔寿CCI液压旁路系统调试及故障分析

何冬辉，赵奕州

（辽宁东科电力有限公司，辽宁沈阳110006）

根据汽轮发电机组配备的苏尔寿CCI液压旁路系统的结构特点，结合电厂新建机组CCI液压旁路系统调整试运过程所积累的经验，综述该系统的调试技术要点，分析在系统启动调试过程中容易发生的故障现象及产生的原因，给出相应的处理对策。

液压旁路；调试；故障；处理对策

0 前言

旁路系统在汽轮发电机组的合理运用，有利于缩短启动时间，降低能耗，减轻缸体金属疲劳损伤，使机组尽快处于最佳运行工况［1］。苏尔寿CCI液压旁路系统具有快速响应和良好的动态调节特性，但常出现伺服阀失效、执行机构卡涩、油压异常、阀门摆动或拒动等故障，严重威胁机组安全经济运行，必须引起足够重视［2］。

1 苏尔寿CCI液压旁路系统

1.1 系统组成

某厂新建300 MW机组旁路系统阀门采用苏尔寿CCI产品。高、低压旁路系统主要由供油系统和执行机构两部分组成，供油系统分别采用独立的液压站，执行机构主要有1个高压旁路阀（高旁阀），1个高压喷水调节阀，1个高压喷水隔离阀，2个低压旁路阀（低旁阀），2个低压喷水调节阀，2个低压喷水隔离阀及连接管线。

1.2 液压站工作原理

油箱中抗燃液压油通过泵入口截止阀、吸油滤器进入恒压变量泵，再经泵出口滤芯、单向阀、泵出口截止阀进入高压油母管，其中蓄能器与高压油母管并联。液压站系统输出压力整定为16±0.2 MPa。安全阀压力整定为19±0.2 MPa，在系统压力异常，即高压油母管压力达到19±0.2 MPa时动作，起到过压（溢流）保护作用。

当泵出口滤芯的压差大于0.5±0.05 MPa时，目视式压差开关按钮自动弹出，提示需更换泵的出口滤芯。恒压变量泵启动后，泵以全流量40 L/min向系统供油，同时给蓄能器充油。当泵输出压力到达调压阀调定压力时，高压油推动恒压变量泵的控制阀，控制阀操作泵的变量机构，使泵的输出流量减少；当泵的输出流量和系统用油流量相等时，泵的变量机构维持在某一位置；当系统需要增加或减少用油量时，泵自动改变输出流量，维护系统油压在16±0.2 MPa；当系统瞬间用油量大于泵输出流量时，蓄能器参与供油。

1.3 液控阀工作原理

低压喷水隔离阀（LBD）、高压喷水隔离阀（HBD）的执行机构属于开关型两位式执行机构，如图1a所示。工作原理：3位4通电磁换向阀接收DSC控制信号，当高压油通过该电磁阀、液控单向阀和双节流/逆止阀进入油缸下腔，同时泄掉上腔控制油，实现阀门全开；当油缸下腔的油通过节流阀、液控单向阀、电磁阀回到油箱，同时高压油进入上腔，阀门全关。

低压旁路阀（LBP）和低压喷水阀（LBPE）、高压旁路阀（HBP）、高压喷水阀（HBPE）的执行机构属于连续控制的伺服型执行机构，可将阀门控制在任意位置，按照控制要求调节汽量以适应汽轮机运行的需要，调节型阀门如图1（b）所示。工作原理：伺服阀控制高压油通道，其接收经计算机处理后的电气信号，经电液转换器－伺服阀放大处理，将电气信号转换成液压信号，使伺服阀主阀芯移动，并将液压信号放大后，使高压油进入油动机活塞一腔，使油动机活塞向下或向上移动，控制相应旁路阀在指定位置［3］。

2 系统调试

（1）调试前准备工作。系统调试前，参照旁路油管路系统图进行油管路安装检查，包括各支路管道、油泵的出入口、测点表安装等；油动机就位于各相应的阀门，并正确连接油动机框架及阀杆，伺服阀、位移传送器及行程开关安装完毕。用充气工具检查蓄能器压力，补气使蓄能器氮气压力为10.4±0.2 MPa。严禁在无油和空吸状况下启泵，首次启泵前应对泵体注油，按泵的旋转方向手动盘动联轴器，排出吸油泵芯内的空气。

（2）耐压试验。关紧蓄能器组件的截止阀，隔离蓄能器。启动1台液压油泵，调整调压螺丝钉，使系统压力增至21 MPa并维持3 min，系统各接口、焊口等地方不应有泄漏（此时溢流阀压力＞21 MPa）、零部件无损坏、不变形。耐压试验结束后，打开蓄能器组件的截止阀，使蓄能器投入运行。

（3）溢流阀整定。先将溢流阀调压手柄松开，再将待调变量泵调压阀的调压螺杆拧紧，缓慢调紧溢流阀调压手柄，观察压力变送器上的压力为19±0.2 MPa，（受电机功率限制，不要使压力超调）锁紧溢流阀调压手柄，使压力保持整定值19±0.2 MPa。

（4）系统油压整定。安全阀压力整定后，将A泵调压阀调压螺杆缓慢拧松，压力变送器压力由19±0.2 MPa下降至5 MPa时，缓慢拧紧调压螺杆，使压力上升至16 MPa，反复2次后锁紧A泵调压阀螺杆，使A泵的输出压力保持在16±0.2 MPa，压力调整完毕，停泵。用同样方法调整B泵，使B泵的输出压力保持在16±0.2 MPa。

图1 旁路阀门控制原理图

（5）阀门静态调试。用信号发生器给伺服阀正负信号，使油缸带动阀杆上下运行至上下级限位置，测出其实际的最大行程。采用瞬态数据记录仪，按照全行程启闭动作时间通过手动加载信号测量旁路阀门的快开、快关时间，其快速开关时间应分别小于3秒。

（6）阀门动态调试。旁路系统正式投运前，需进行逻辑功能检查（自动调节及关闭保护）。根据机组启停期间的运行情况，投入旁路系统压力调节、温度调节自动；根据旁路阀设计参数，分别在机组冷态、热态等工况下检查旁路系统的投运情况，检查运行参数是否符合设计值。在动态投运过程中，观察各调节系统的调节过程，考察各调节系统的调节品质，进行调节参数调整。阀门动作时，检查系统油压、油温的变化情况以及阀门是否摆动。

（7）信号系统校验。按照连锁保护试验卡检查各个压力开关动作和仪表盘指示是否正常，检查相关报警装置及联锁保护装置，如油压低联锁备用泵。本系统可手动在线试验泵联锁压力开关在系统压力＜13.5±0.2 MPa时是否接通。试验时，把液压箱内的开关K18和K15打开，模拟系统压力＜13.5±0.2 MPa，检查泵联锁压力开关是否动作。

3 故障分析与处理

3.1 伺服阀故障

（1）故障现象。在机组某次启动过程中，随着主汽压力上升，运行人员打开高旁阀控制压力，当高旁阀开至5%后又缓慢关闭至零时，发现系统油压缓慢下降（图2）。当系统油压下降至14.5 MPa时，启动B油泵，待系统油压逐渐恢复正常后停止B泵运行，系统油压再次缓慢下降；同样，保持B泵运行，停止A泵，油压仍然缓慢下降，再次给高旁阀指令时，阀门拒动。检查发现：①油泵声音异常且振动也增大；②油泵电流由正常运行时的34 A上升至54 A；③当高旁阀全关或将伺服阀接线拔下，高旁阀回油管道温度高于其他阀门回油管，同时听到有泄油声，且发生剧烈振动。

图2 高旁系统油压下降过程曲线

（2）处理措施。关闭高旁阀进油截止门，待系统油压正常后，分别试验高旁喷水调节门和高旁隔离阀，阀门动作正常且系统油压并未出现下降现象，据此可以排除油泵和系统油路故障，仅是单独高旁阀故障。从故障现象初步判断是高旁阀伺服阀存在内漏，泄油量较大导致系统油压下降［4］。伺服阀内漏最常见故障是卡涩和磨损［5］。由于伺服阀阀套与阀芯的间隙仅为2 μm左右，一旦抗燃油污染颗粒度增加，极易造成伺服阀卡涩；伺服阀阀口磨损也能引起伺服阀内漏量增大、零偏不稳定。更换高旁阀伺服阀后，故障消除。

3.2 信号干扰故障

（1）故障现象。在机组停机过程中，开旁路泄压时，在高旁阀指令不变的情况下，高旁阀反馈信号发生周期性的连续波动，且波动幅值大，同时系统油压频繁剧烈波动（图3），就地检查发现，回油母管温度极高，且高旁系统所有油管都产生剧烈振动，高旁阀频繁抖动。

（2）故障排查。①启动另一台油泵试验,故障现象并没有消除，排除油泵故障；②检查LVDT是否脱落、松动；③检查油动机与阀门连接处是否松动；④检查伺服阀指令线是否松动；⑤重新调整VPC卡内部的参数配置；⑥更换LVDT和VPC卡；⑦检查2台油泵调节装置；⑧更换高旁阀伺服阀。⑨检查蓄能器压力是否正常和截止门是否打开。经上述排查，故障并未消除。

（3）解决方法。试验分析：①关闭高旁阀进油截止门，分别试验高旁喷水调节阀和高旁隔离阀，阀门动作正常且系统油压稳定。②拔下伺服阀插头，外加信号将高旁阀开启，高旁阀开关正常，油压稳定；③就地单独给高旁阀的快开、快关电磁阀加信号，阀门动作正常且油压稳定。通过上述试验结果判定仅是高旁阀故障导致系统油压波动，根据工况初步判断为存在外部热工信号干扰，逐一排查伺服阀信号是否有接地和线路短接现象，检查发现VPC卡中LVDT变送器外壳与电路板之间存在短路现象，导致VPC伺服系统输出信号中含有交流干扰分量，进而造成高旁阀指令出现干扰信号。对VPC卡中LVDT变送器外壳与电路板进行隔离处理，消除短路故障，高旁阀摆动现象消失。

3.3 蓄能器故障

（1）故障现象。在进行低旁快开试验时发现，快开指令发出后，低旁阀开至44%时有所停顿，然后再继续开启；同时低旁系统油压由16 MPa急剧下降到13.4 MPa，导致油压低压力开关动作，备用泵联锁启动；当阀门全开后，油压逐渐恢复到正常值16 MPa，图4为低旁油压急剧下降过程曲线。

（2）故障排查与处理。检查系统发现管道产生剧烈振动，但无漏油现象。由于低旁系统共6个阀门，低旁快开时，系统瞬间用油量增大，油压会有所下降，但因柱塞泵的自动调节特性和蓄能器补油作用，油压不可能下降至3 MPa。观察低旁其它阀门的动作曲线，发现也有同样的现象，说明是系统存在故障。经逐一排查，重点检查柱塞泵和蓄能器。①单独启动另一台油泵，快开低旁，故障并未消除。②重新调整2台柱塞泵恒压变量阀，系统油压能及时跟踪变化，排除柱塞泵故障。③检查蓄能器进、出口截止阀和充氮压力，发现蓄能器进口截止阀没有打开，导致蓄能器没有参与系统补油。打开蓄能器进口截止阀后，再次进行低旁快开试验，低旁系统6个阀门快速开启，系统油压只降低0.5 MPa。

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图4 低旁油压急剧下降过程曲线

4 总结

苏尔寿CCI液压旁路系统具有较为完善的调节、控制及保护功能和动态快速响应特性。在系统基建调试过程中，应充分暴露系统与设备设计、安装中存在的问题，以便及时分析处理。对液压旁路系统出现的问题，应仔细分析系统各重要参数（阀位、指令、油温、油压等参数）变化情况是否异常，检查油管温度的高低、油流声音的大小、油管振动情况是否异常等。采取将故障阀门进行隔离，寻找突破点进行分析处理的方法，判断是系统问题还是个别阀门问题。

［1］孟杰.300 MW汽轮发电机组冷态起动过程旁路系统的运用[J].热力发电，2008，37（2）：59-61.

［2］郑赟.印度工程汽轮机旁路容量的选型设计[J].热力透平，2012，41（3）：209-214.

［3］王大伟.伺服阀常见故障的分析与处理[J].电力建设，2011，22（9）：46-48.

［4］李振欣.发电厂EH系统的常见故障及处理方法[J].电力安全技术，2006，12（8）：47-48.

［5］周园,胡乃文.300 MW汽轮机组EH系统电液伺服阀常见问题分析及对策[J].电站系统工程，2006，22（2）：31-32.果测量值超过此值，说明发生了故障。门限值大小不合理，门限值太宽，难以有效检测到故障；门限值太严，易导致虚警；若飞行中BIT门限值与地面维修时门限值不协调，易导致不能复现和重测合格现象。门限值固定，在恶劣环境因素（高温、高湿、频繁气压变化等）、振动冲击、不适当激励和干扰（系统潜在通路、强电磁干扰、电源波动等）下导致其适应性、鲁棒性差、易发生虚警。

〔编辑李波〕

除此之外，BIT虚警率的高低和BIT工作的可靠性高低也有很大的关系。BIT自身工作可靠性的高低主要体现在以下两个方面。

（1）BIT自身发生故障（如软故障、硬故障、瞬态故障、间歇故障等）。例如BIT组成单元降级，结果将导致报告被测系统中出现故障；BIT中故障判定或指示报警部分发生故障，也会导致被测系统无故障但BIT发生报警现象。

（2）BIT在非设计的条件下运行。例如当BIT在实际工作条件下所受环境应力与设计时所预计的不同时，BIT工作特性与原计划相比发生变化，使原设计的BIT特性（如门限值）出现虚警区和未检测区。

1.2 BIT虚警影响

下面以美国空军典型BIT虚警数据做一下说明，根据美国空军试验和评价中心的分析报告，F-15上的BIT系统诊断能力仅达到50%～70%，虚警率高达85%；根据外场统计数据表明，F-16C因虚警造成的重测合格率高达40%；美国海军司令部进行的研究表明，从武器系统拆下的外场可更换单元（LRU）约有70%无故障；据统计，我国民航进口飞机电子设备的误换件率也高达60%，同时常规BIT无法排除间歇故障。

BIT的虚警问题会在从飞行任务到后勤保障维护等多个方面造成严重后果[1]。

（1）影响产品/部件可用度。错误的BIT指示使得产品/部件功能得不到正常有效的利用，并且会因而影响飞行任务。

（2）造成无效维修。错误的BIT指示使得好的可更换单元被拆卸和维修，造成人力、时间和费用的浪费。

（3）影响维修备件供应。错误的BIT指示使得设备可更换单元的备件数目难以有效地确定，可能造成备件浪费或贻误战机。

（4）失去使用、维护人员信任。对使用者而言，可能因此造成严重后果；对维修人员而言，可能放弃使用BIT手段进行维修活动，造成效率低下。

2 BIT虚警解决方案

2.1 硬件改进方案

（1）合理地确定监控容差和延时。BIT在不同级别测试维修情况下，其门限值要求不同，越是高级别的维修测试，BIT门限值应逐级减小，避免过多出现不能复现和重测合格现象[2]。在不同工作模式下发生故障时，有些被测对象的参数偏移和漂移范围不同，若采用固定门限值会导致漏警或虚警，应适时地改变门限值的大小来适应被测对象的不同工作状态，还可以采用新型检测技术、多源测点信息融合技术以及自适应检测滤波等技术，以防止虚警发生。

另外，在工作过程中，有些系统的特性可能发生较大瞬态变化或较大扰动，但未发生故障，此时若采取系统稳态工作时的门限值进行检测，易导致虚警，因此，可在瞬态变化或扰动衰减以后再加入门限值来防止虚警发生。

（2）针对BIT信号获取中的干扰引起的虚警，分析采集信号的特性，采用必要的硬件滤波措施，消除干扰对BIT决策的影响。

（3）提高元器件的可靠性、完善生产工艺、改善硬件原材料和提高装配质量等。

2.2 软件改进方案

应用BIT软件解决虚警问题具有灵活性、升级容易、便于智能化处理等特点，所以说采用软件改善BIT的诊断算法来降低虚警是一种比较高效、实用的方法，主要有以下几个方面：

（1）根据部件的重要性和故障危害度等综合因素[3]，合理设置判故门限，以取得BIT故障检测率和虚警率的合理折衷。针对瞬变状态引起的虚警，检测到的故障信息不要马上报警，延时一段时间，连续检测确认该信息无误后再报警。

（2）采用数字滤波和卡尔曼滤波技术，可以有效消除干扰噪声对实际信号的影响。

（3）在BIT故障诊断算法中引入诸如专家系统、自适应和神经网络技术等智能理论和方法。

2.3 人工及环境改进方案

人的因素在BIT虚警中也占有重要的位置，现在兴起的人素工程，重点就是研究人在系统正常运转和维护中的地位和作用。

环境影响问题无处不在，是每个系统工程中都要客观面对的问题。现代飞行器系统所处的恶劣环境：高温、高湿、电磁辐射、振动冲击、这些因素不仅影响被测对象，同时影响BIT模块本身。

提高地勤维护人员的个人综合素质、加强工程管理手段、严格遵守BIT操作规程、降低或有效隔离环境应力、改善保养/存储条件，也可以对BIT虚警起到一定的控制作用。