某机组燃气控制阀指令偏差原因分析与处理

施晓炜，蒋敏杰

(江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213000)

某机组燃气控制阀指令偏差原因分析与处理

施晓炜，蒋敏杰

(江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213000)

109FA燃气-蒸汽联合循环发电机组在运行中出现燃气控制阀PM4阀位的指令与反馈存在偏差，威胁机组安全运行。针对该故障进行原因查找并最终解决了问题。

液压油系统；PM4；阀位偏差；指令与反馈

0 引言

某公司#1机组是由GE公司生产的燃气-蒸汽联合循环发电机组，型号为S109FA。该机组为单轴联合循环发电机组，于2005年6月正式投入运行，整体运行状况良好。机组的燃烧室中含有18个低NOx燃烧器，由燃气控制阀D5，PM1，PM4联合控制，其中燃气控制阀PM4直接控制燃烧器中4个燃气预混喷气口的燃气流量，当其阀位指令与反馈发生偏差过大时，可造成进入燃烧室的燃气流量与机组负荷不匹配，从而引起燃烧不稳定。

1 故障现象

2016年7月18日，#1机在270 MW负荷下运行时出现VGC-3阀位指令(即PM4)与反馈偏差报警。通过查询机组控制系统,得到阀位指令为73.0%,阀位反馈为74.6%，偏差为-1.6%，而指令与阀位偏差允许范围为-0.30%～0.30%。停机后，对燃气控制模块的PM4进行试验检查，发现燃气控制阀PM4的阀位指令与反馈偏差较大。

2 系统介绍

依据上述可知，当时的机组负荷为满负荷的70%，此时运行状态处于871.0 ℃基准燃烧温度(TTF1)至1 248.9 ℃之间[1]。依据运行规程以及图1所示，应使燃气与空气的燃烧比例增大，故燃气控制阀PM4的阀位指令应不断增大。此时伺服阀电信号迅速转化为液压信号，不断有液压油经过滤网、伺服阀、卸荷阀进入燃气控制阀PM4的油腔，燃气控制阀PM4油腔内的油压不断增大，不断平衡燃气控制阀PM4的弹簧的弹力，使燃气控制阀的阀位开度逐渐增大以达到运行要求。

图1 PM4燃气控制系统

根据图1可知，燃气控制阀PM4的控制方式主要采用液压油控制。PM4燃气控制系统主要包含滤网、伺服阀、卸荷阀，线性位移传感器(LVDT)以及燃气控制阀，这些部件均是控制油阀位产生偏差的影响因素，需逐个进行分析。

图1中方框为发生燃气控制阀PM4阀位指令与反馈偏差的直接设备，燃气控制阀通过平衡弹簧压力控制阀门的阀位，同时LVDT直接将燃气控制阀的当前阀位进行反馈[2]。

假设燃气控制阀PM4的指令为α( % ) ，LVDT的反馈为β(%) ，燃气控制阀的最大变化量为ΔΧ(mm)，燃气控制阀的弹簧刚度为K(N/mm) ，进入燃气控制阀液压油的压力值为F(N)，指令与反馈偏差为γ(%)。公式分析如下

β=F/(KΔX)，

(1)

γ=α-β。

(2)

由以上公式可知，当γ居于-0.30%～0.30%之外，可判定发生阀位指令与反馈偏差的故障。

3 原因分析

根据图 1，可推断可能引起燃气控制阀PM4的指令与阀位反馈偏差过大的故障的原因主要有以下几种：滤网堵塞、伺服阀故障、卸荷阀故障。

3.1 滤网

滤网处于压力油进入PM4的入口处，其作用能对即将进入PM4的压力油进行过滤，保护PM4设备管道上的配件免受磨损，防止堵塞。

如果滤网发生堵塞，产生压降，造成压力油的压力低于运行要求，直接引起LVDT的反馈偏小，进而造成指令与反馈偏差增大。滤网前后压力分析见表1 。

表 表1 滤网前后压力分析表 MPa

分析表1可知，3次测量，滤网前后压降控制在0.1 MPa左右，均满足运行要求，可排除其对PM4的影响。

3.2 伺服阀

从滤网出来的压力油随后进入伺服阀，PM4中的伺服阀为典型的电液伺服阀，工作方式主要通过将小功率的电信号转换为大功率的液压能输出，实现对PM4燃气控制阀的指令控制[3]。

针对此伺服阀，主要采取以下措施：更换新的伺服阀；将此伺服阀与#2同位置的伺服阀更换。更换结束后，应调整对应伺服阀零偏使其能自关，并对其重新标定，保证均能处于零位无误状态，接着对PM4再次进行试验，试验结果变化不大，可排除伺服阀的影响。

3.3 卸荷阀

进入PM4燃气控制阀的最后的设备为卸荷阀，卸荷阀出故障后，卸荷阀中通道不利于经过伺服阀的压力油进入，造成PM4燃气控制阀无法及时对来自伺服阀的指令信号作出反馈。

为排除是否为卸荷阀原因造成的反馈偏差，更换卸荷阀后调取运行曲线如图2所示，发现PM4指令与反馈的偏差为-0.25%，同时PM1指令与反馈的偏差为+0.21%，问题由此确认。

经过解体，发现卸荷阀的外环第1级与第2级的O型圈有明显的破损，造成安全油可通过破损处渗透。卸荷阀中的O型圈属于轴用YX型O形圈，主要用于往复运动液压油缸中活塞杆的密封，基本制作材料为橡胶。

造成O型圈破损主要原因为摩擦和磨损[4]，磨损程度主要取决于摩擦力，而摩擦力的大小直接与工作液体承受压力的大小相关。卸荷阀安全油的压力一般为11.0 MPa，故产生的摩擦力比较大。由于橡胶本身导热性能较差，当摩擦力增大时摩擦热随之增大，引起橡胶老化，引起O型圈失效乃至破损。

图2 更换卸荷阀后的试验结果

当卸荷阀处于工作状态，安全油注入，平衡卸荷阀设定的压力，卸荷阀内部通道右移，卸荷阀由闭路状态切换为通路状态。如果伺服阀处于打开状态，经过滤网的压力油可快速穿过伺服阀及卸荷阀，作用于燃气控制阀。因此，针对伺服阀的指令能很快在燃气控制阀的位置处得到反馈。

但是，由于卸荷阀的O型圈(图中用黑色椭圆标注)损坏，使安全油可渗透进入通道内部，造成卸荷阀通道内部的压力油与安全油汇集在一起。进入燃气控制阀的油的流量发生偏差，从而来自燃气控制阀的反馈与指令产生偏差。

4 结论

当#1机燃气控制模块的PM4发生指令与燃气控制阀阀位反馈偏差较大的故障时，经过分析，可得到以下几点结论。

(1)当PM4中的滤网压降过大时，易造成压力油的压力低于运行要求，直接引起LVDT的反馈偏小，建议定期安排检修人员检查滤网的前后压差，一旦发现压差过大，应及时更换滤网。

(2)当PM4输入伺服阀的电信号与液压信号不匹配，可造成指令偏差，建议定期安排对伺服阀进行现场校验，使其电信号与液压信号一致，保证指令偏差在安全范围以内。

(3)当卸荷阀的O型圈存在破损或者卸荷阀内漏时，造成挂闸状态安全油渗透，同样可造成伺服阀的动作指令信号与燃气控制阀PM4的反馈信号偏差。为避免卸荷阀出现破损及内漏影响机组运行，建议定期安排检修人员检查更换O型圈。

[1]焦树建，孙守林，张艳春，等.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置[M].北京:中国电力出版社，2007.

[2]蒋华敏.LVDT差动变压器式线性位移传感器的现状和动态[J].传感器技术，1988.2:62-64.

[3]赵金阳，徐阳，张武军，等.电液伺服控制装置的研发探讨[J].工业仪表与自动化装置，2010.2:94-95.

[4]郑之盛.O形密封圈密封性能影响因素分析[J].现代商贸工业，2010.22:426-427.

TF 557

B

1674-1951(2017)12-0035-02

2017-08-01；

2017-10-20

(本文责编：齐琳)

施晓炜(1993—)，男，江苏南通人，助理工程师，从事燃气-蒸汽联合循环机组调速系统及燃气进气系统方面的工作(E-mail:1433002984@qq.com )。蒋敏杰(1985—)，男，江苏武进人，助理工程师，从事燃气-蒸汽联合循环机组燃机汽机本体及调速系统方面的工作(E-mail:flpjmj@163.com)。