超临界600MW机组EH油压偏低问题分析及处理

2017-06-30李尧范景利

科技创新导报 2017年12期

李尧+范景利

摘要：基于内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司600 MW超临界汽轮机组在一次A修调试过程中由于EH油压异常偏低导致机组无法挂闸的实际案例，首先详细描述了EH油系统出现压力偏低故障的具体现象，简要分析了可能的原因及相应的检查处理方法，进一步结合系统各部件的原理进行了深入分析，得到更为具体的原因分析结果与处理方式，并引发了关于EH油压异常降低的几点探讨，提出了汽轮机调节保安系统检修维护的几点建议。

关键词：汽轮机调节保安 EH油压

中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0024-03

Abstract：Based on the actual case that unit couldnt hanging gate due to EH low pressure oil at a debugging process of inner Mongolia Guohua Hulun Buir Power Generation Co. Ltd. 600 MW supercritical steam turbine unit ， first detailed describe the specific phenomenon of EH oil pressure on the low side， briefly analyzes the possible causes and corresponding inspection method， further the in-depth analysis combined with the principle of all parts of the system， to get more specific cause analysis and treatment， and triggered a discussion about EH pressure abnormal decrease， propose some maintenance recommendations for the turbine regulating system security.

Key Words：Turbine；Regulation security；EH oil pressure

汽轮机作为火电发电的主要设备之一，其调节系统的保安系统对其正常稳定运行提供了基本保证[1]。而在实际生产中，常常会发生EH油系统压力偏低的现象，这往往会导致机组无法建立安全油压顺利挂闸，存在着十分严重的安全隐患[2]。该文在大量文献调研的基础上[3-6]，结合内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司600 MW超临界汽轮机组的实际案例，对EH油压异常降低进行了分析讨论，并给出了保安系统检修维护的几点建议。

1 现象与检查方法

国华呼伦贝尔发电有限公司1、2号机组为上海汽轮机厂制造NK600-24.2/566/566型超临界中间再热两缸两排汽空冷凝汽式机组，汽轮机调节保安系统采用数字电业调节系统（DEH），液压部分采用高压抗燃油系统（EH），均为上海汽轮机厂配套提供。油泵为两台相同容量的恒压变流柱塞泵，油动机伺服阀型号为MOOG J761-003，该伺服阀为机械反馈式伺服阀。机组共12个汽门，其中2只主汽门（高压），4只调节汽门（高压），4只再热调节汽门由伺服阀控制阀门阀位，油动机为单侧油动机，另外两只再热主汽门为全开全关型，无伺服阀。在一次机组A修后调试过程中，EH油泵A启动后，EH油系统油压异常偏低，约为4 MPa左右，汽轮机挂闸失败，同时伴随油泵电机电流较大。根据故障现象，经过认真分析与检查，经处理后故障得到解决

1.1 现象描述

EH油泵A運行期间泵出口压力和系统压力均为4 MPa左右，伴随油泵A电机电流较大，达37 A，油箱油位始终为650 mm（正常范围438～914 mm），无下降趋势，油泵A出口流量85 L/min，油温无明显变化，始终为40.8 ℃。

1.2 可能的原因与检查方法

针对油压偏低现象，分析可能存在的原因有如下几点。

（1）EH油泵故障。

EH油泵故障造成油压下降主要原因通常为泵内部泄露量过大、变量活塞调节不当等。首先调节EH油泵A的变量控制器以提高泵出口压力，但经过调整后泵出口压力和系统压力仍无明显上升趋势，联系运行人员切换至EH油泵B运行，在切换过程中，两台泵并列运行期间，两台泵出口压力分别上升至13.7 MPa和13.8 MPa，系统压力也上升至13.5 MPa，完成切换后，B泵出口压力与系统压力再次同时下降至4 MPa左右，由于两台油泵在A修期间均经过返厂检修，油泵的性能指标均经试验合格后才进行验收回装，并且根据切换EH油泵过程中发生的现象判断，造成系统油压大幅降低的原因可能为系统用油量超过了单台油泵工作范围，初步排除了油泵故障的可能性。继续从造成系统用油量过大的方向查找原因。

（2）系统存在泄漏。

对EH油系统进行检查，系统无外漏现象，油箱油位正常，无下降趋势，故排除系统向外漏油的可能性。经过检查，发现油泵出口处流量计流量较平时异常偏大，且油泵电机电流超过正常值。故初步判断EH油压低原因为系统内部有泄露点。

由于油温始终稳定在42 ℃，故排除EH油母管溢流阀内漏的可能性；继续对各汽门油动机有压回油管道进行检查，发现4只调节汽门（高压）有压回油管道温度偏高，陆续关闭4只调节汽门（高压）油动机供油入口隔离阀后，油压缓慢上升，全部关闭后系统油压恢复正常。故可判断原因在4只调节汽门（高压）油动机上。由于机组未挂闸，故排除溢流阀关闭不严及OPC逆止阀不严造成压力降低的可能性。判断伺服阀内部存在漏流现象。由于2号机组A修全部伺服阀均经试验台检验合格后进行回装，且4只高压调节汽门伺服阀同时出现故障的可能性较小，故排除由于4只高调门伺服阀卡涩造成系统漏流的可能，未对伺服阀电压进行进一步测量。判断原因可能出在伺服阀控制信号上。联合热控人员对DEH系统进行检查，在检查过程中发现4只高压调节汽阀的阀位指令发生跳变，由正常的0%跳变至100%。故可确定造成本次EH油系统压力偏低的原因为阀门DEH指令异常，导致系统油流量过大，最终引起油压下降，机组挂闸失败。

2 工作原理分析

2.1 伺服阀工作原理

MOOG J761-003伺服阀为双喷嘴机械反馈式，电液伺服阀由一个电力矩马达及带有机械反馈的二级液压放大器组成。第一级由一个双喷嘴和一个单挡板组成，挡板与衔铁固定，位于衔铁中点，同时，挡板位于两个喷嘴之间，使喷嘴端部与挡板之间形成两个可变的节流间隙。挡板和喷嘴所控制的油压作用在第二级滑阀两端端面上。二级滑阀为四通滑阀结构，在相同压差下，滑阀的输出流量与滑阀开口成正比。反馈弹簧固定在衔铁上，穿过挡板嵌入二级滑阀中心的一个槽内。在零位时，挡板对流过两个喷嘴的油流节流相同，滑阀无位移压差。当有信号作用在力矩马达上时，衔铁及挡板会偏向某个喷嘴，是滑阀两端产生压差，推动滑阀移动，使高压油进入油缸或从油缸泄放，油动机动作使LVDT反馈信号与DEH指令信号趋于一致，作用在马达上的电流消失，挡板回到中间位置，滑阀两端压差为零。滑阀在反馈弹簧作用下回到原始位置，直到接受到另一个信号电流。

2.2 EH油泵（恒压变流柱塞泵）工作原理

EH油泵是一种恒压变流柱塞泵，其输出流量根据系统用油量自动调节，启泵时，滑阀在弹簧的作用下被压在左侧，变量活塞腔室与泵壳腔室联通，泵的柱塞斜盘以最大倾斜角开始启动；启泵后，泵出口压力升高，滑阀在出口油压的作用下，克服弹簧力和摩擦力向右移动，使泵出油口与泵的变量活塞腔室联通，出口油压使变量活塞外壳向右移动，减少斜盘倾斜角度，使泵的出口流量减少，压力升高，达到稳定的平衡。压力调节螺栓用于调节油泵输出油压，通过调节弹簧的预紧力，改变作用于变量活塞内的油压，活塞外壳顶在斜盘上，与斜盘复位弹簧相平衡，系统用油量增大，油压就会降低，斜盘的倾斜角就会增大，柱塞的轴向位移量加大，即吸油排油量增大，油泵的输出流量加大，满足系统油压量后达到新的平衡点。这是一种有差调节，流量加大会使输出压力降低；反之，会使压力升高。当系统用油量大于泵的输出流量时，泵的输出压力就会不受控制的下降。

2.3 油动机工作原理

高压油（HP）经隔离阀、滤芯后进入伺服阀，伺服阀结构如图1所示，伺服阀相当于一个三位四通电磁方向阀，因该油动机为单侧油动机，故伺服阀上的一个输出口被堵死，即该油动机上的伺服阀相当于一个三位三通电磁方向阀，方向阀的开闭由伺服放大器的输出电流信号决定，当伺服阀输出电流为零偏电流时，伺服阀相当于一个隔离阀，各油路均不通，由于机组处于打闸状态，OPC母管无压力，卸荷阀处于开启状态，因此若伺服阀阀接受正向电流时，伺服阀的输出口、油动机下腔、卸荷阀以及有压回油管路形成通路，高压油经过伺服阀、卸荷阀及有压回油管道回到油箱。

2.4 热控原理分析

线性位移差动变送器（LVDT）是一个管状变压器，变压器内分布了3组等跨分布的线圈，中央的初级线圈输入交流电压进行激励，两侧由两个相同的次级线圈反向串联绕制而成，因此两个次级线圈相位相反，变压器输出为此两个电压之差。管中有一个纯铁铁芯与油缸活塞杆相连，活塞移动带动铁芯移动，使两侧次级线圈感应电压线性变化。调制解调器将两组电压叠加整流后输出一个与活塞移动成正比的线性反馈电压输入加法器，加法器将DEH指令电压与LVDT反馈电压比较后，将差值送入伺服放大器。当DEH指令大于LVDT反馈电压时，表明油动机开度不够，伺服放大器输出正向电流，使油缸活塞上移，LVDT反馈电压同时增大，直至与DEH指令电压一致，表明油动机开度与指令匹配，伺服放大器输入输出均趋于零，伺服阀隔断油路，油动机保持不动，完成一次增大开度过程。反之亦然。

3 具体原因分析与处理方式

3.1 原因分析

当系统流量超過柱塞泵所允许的最大流量范围时，系统压力就会不受控制地下降，无法满足压力要求。

假设流经4台高压调节汽阀油动机的流量分别为QGV1、QGV2、QGV3、QGV4，由于打闸状态下，OPC压力为0，油动机卸荷阀处于开启状态，油动机油缸无法建立工作油压，油缸活塞杆无法移动，此时阀门开度反馈为0%，即LVDT反馈电压为零，而DEH给定阀门开度指令为100%，即DEH指令大于LVDT反馈电压，伺服放大器输出正向电流，4台高压调节汽阀的伺服阀始终处于全开状态，使大量高压油经过伺服阀、卸荷阀及有压回油管道直接回到油箱。而此时高压主汽阀、再热调节汽阀由于开度指令与反馈相一致，伺服阀将流经油动机的油路隔断，此时高压主汽阀、再热调节汽阀的用油量仅为流经各油动机伺服阀双喷嘴处的油流量，可忽略不计，即可近似认为QTV1+QTV2+QIV1+QIV2+QIV3+QIV4=0。

再热主汽阀油动机无伺服阀和LVDT，不具备调节能力，设未挂闸状态下，流经两台再热主汽阀油动机的油流量为QRSV1和QRSV2。

忽略流经每个伺服阀双喷嘴处的油流量。

由于DEH指令开度发生跳变，此时各高压调节汽阀上的伺服阀均以最大指令开度开启，因此流经4台高压主汽阀油动机的流量QGV1、QGV2、QGV3、QGV4均较大，系统用油量Q远远超过了EH油泵正常工作所允许的最大流量范围Qmax，系统油压不受控制地下降，低于ETS保护中的EH油压力低保护值，最终导致机组挂闸失败。

3.2 处理方式

在找到造成EH油压力过低的原因后，启动另一台EH油泵，使两台EH油泵同时运行，此时EH油系统压力恢复正常，机组挂闸成功。再次证明两台油泵同时运行可满足该状态下的系统用油量。随后，打闸并停运EH油泵，由热控人员对DEH控制系统进行故障排查，消除控制系统故障后重新给定阀门开度指令，将全部高压调节汽阀开度指令设为0%，启动EH油泵A运行，此时EH油压力恢复正常，机组挂闸成功。

为避免再次发生此类故障，由热控人员对DEH控制系统逻辑进行修改，在高压调节汽阀和中压调节汽阀的阀位给定输出逻辑中增设一项条件，在当机组跳闸状态下，即A输出值为“1”时，选择C通道，强制全部调节汽阀指令开度始终为-50%，这样DEH模拟指令与LVDT位移反馈信号的差值始终为负值，使伺服阀接受负向电压，伺服阀保持负向机械偏置，油动机供油通道被封死，系统以最小的流量进行油循环。这样，系统油流量仅为流经每个伺服阀双喷嘴处的流量与流经再热主汽阀油动机的流量之和。而当机组挂闸后，即A输出值为“0”时，选择B通道，-50%的强制指令撤除，系统以正常的函数值进行阀位给定的逻辑运算。

4 关于EH油系统压力异常降低的几点探讨

造成EH油系统压力异常降低主要有以下几种原因。

（1）各主汽门、调门快速卸载阀存在泄露。

（2）EH油母管溢流阀存在工作不正常。

（3）各主汽门、调门电液伺服阀存在泄露（伺服阀卡涩，反馈弹簧变形，伺服控制系统故障等）。

（4）油动机活塞有泄漏。

（5）油动机卸荷阀不严。

（6）EH油泵的变量机构存在工作不正常。

（7）调节保安系统节流孔尺寸不合理或安装错误。

（8）DEH系统故障。

因此为保障汽轮机调节保安系统各项性能，提出以下几条建议。

（1）加强EH油品质监测，防止抗燃油污染，确保EH油品质合格。