高压调节阀LVDT感应杆支架脱落的原因分析

贺治国

(国电电力大同发电有限责任公司， 山西 大同 037043)

0 引言

国电电力大同发电有限责任公司7号机组是我国首台直接空冷的600 MW机组，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂引进西屋技术自主开发研制的NZK600-16.7-538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽反动式凝汽式汽轮机。DEH控制系统采用ABB symphony公司的HSS03伺服模件，接受高压调节阀线性可变差动变压器(linear variable differential transformer，LVDT)感应杆的位置反馈信号，进行采集、处理、综合运算后输出指令至伺服阀，进而控制汽轮机高压缸GV1-GV4的4个进汽调节阀开度。轴承振动保护系统报警值为70 μm，危险值为250 μm，当某瓦轴承振动超过危险值且相邻瓦的轴承振动超过报警值时，就发出汽轮机跳闸指令。

1 事故概况

某日20：26，7号机组高压调节阀为单阀运行方式，运行人员检查发现GV4调节阀的LVDT感应杆支架脱落。经过检修人员就地确认GV4调节阀实际已全关，LVDT感应杆支架从根部断裂，加固支架的2根斜拉筋也同时断裂。GV4调节阀的位置反馈值由18 %突变为55.37 %，负荷由496 MW降为423 MW，1号轴承振动X向由29.34 μm上升至72.72 μm，2号轴承振动X向由82.37 μm上升至228.68 μm，已接近汽轮机保护跳闸定值。

次日00：08，检修人员在处理GV4调节阀的LVDT感应杆支架断裂缺陷时，该汽轮机突然跳闸，MFT动作，盘前发出“汽轮机轴承振动大”光字，首出原因为汽轮机轴承振动大。01：20，该调节阀LVDT感应杆断裂的支架恢复工作结束；01：30，汽轮机挂闸冲转；03：13，机组并网。

2 事故原因分析

2.1 汽轮机高压调节阀控制原理

在汽轮机高压缸的进汽调节过程中，伺服模件接收调节阀的LVDT位置反馈信号值Y和指令设定值X，进行计算比较后输出对伺服阀的控制指令Z=X-Y，最终实现X=Y，即指令值Z为0(见图1)。通过调节伺服阀内部进油通路，从而控制调门油缸进出油量，实现调节阀在调节过程中的正常开、关动作。当Z＞0时(即指令大于反馈)，调节阀向上开大；当Z＜0时(即指令小于反馈)，调节阀向下关小。

2.2 汽轮机轴振大跳机分析

当GV4调节阀LVDT感应杆支架脱落时，指令值X=18 %、反馈值Y=55.37 %、伺服阀控制指令Z=-37.37 %＜0，故GV4调节阀关闭。当检修人员准备处理该缺陷时，经值长同意，将指令值X强制为-3 %，当检修人员将支架复位时，反馈值突变Y=-20.42 %，经计算伺服阀控制指令Z=17.42 %＞0，GV4调节阀被打开。但反馈Y值不随之变化，导致Y≠X，直至GV4调节阀全开，负荷由451 MW突升至493 MW。

图1 汽轮机高压调节阀控制原理

此时，机组实际负荷493 MW高于AGC速率限制输出的负荷设定值450 MW。由于机组在AGC的协调控制模式下运行，实际负荷高于负荷设定值43 MW，协调系统迅速减小汽轮机主控的PID输出，进而减小了DEH系统的综合阀位输出，最后减小各调节阀指令值X。由于GV4调节阀被强制而不能接受综合阀位指令，但GV1-GV3调节阀都接受综合阀位指令，进而关小各自的调节阀，造成汽轮机高压缸四周进汽严重不均，产生汽流激振，导致1号瓦轴承X向振动上升为108.45 μm，2号瓦轴承X向振动上升为255.26 μm，进而触发“汽轮机轴振动大”保护动作，使该汽轮机跳闸。

3 暴露的问题

(1) 措施不完善。检修人员未要求运行人员退AGC协调控制，也未要求机务关闭GV4调节阀的EH油管进油阀，只是将GV4调节阀的指令强制为-3 %，而未强制为-100 %。这就造成GV4调节阀LVDT感应杆支架在复位移动过程中反馈值突变为-20.42 %，致使伺服阀控制指令Z＞0，GV4调节阀全开，GV1-GV3调节阀关小，引起汽轮机轴振动大保护动作。

(2) 技术水平不高。焊接质量和工艺要求不严格，造成支架和斜拉筋焊口开裂，促使GV4调节阀LVDT感应杆支架脱落，导致反馈值错误。

(3) LVDT感应杆支架设计不合理。以往就发现了感应杆支架不牢固，但仅仅以2根斜拉筋来加固，说明防范措施不完善、固定强度不够，难以克服高压调节阀振动强度大而频繁的工作环境。

经过以上分析，认为此次事故暴露出的问题主要为消缺措施不完善和设备可靠性差。

4 防范对策与措施

4.1 加强设备巡查，及时发现隐患

重新梳理、完善重点区域和重要设备，特别针对隐蔽性大的区域以及设备易发生故障的部位，由设备责任人定期每日检查，班组长做到每周至少3次检查，分管专工每周2次检查，并规范重点区域的检查要求、制定重点设备的检查标准。通过上述措施，提高巡查频次，完善设备巡查要求，保证巡查质量，达到及时发现隐患的目的。

4.2 完善处理预案，确保安全可控

总结历次事故教训，收集缺陷处理经验教训，完善重大缺陷处理预案，让工作人员在处理缺陷时有规程指导、流程参考，进一步提高对重要设备缺陷的应急处理能力，确保在消缺过程中安全措施的完备。

4.3 改进固定支架， 消除设备隐患

为了改进LVDT感应杆支架结构，查阅相关资料，积极联系有关专家共同研究解决高压调节阀LVDT感应杆支架固定的问题。分析认为：支架的选择应该既能保证调整精度，又能消除或减弱安装位置的振动应力。因此，采用“上大下小”3层塔形结构的空心支架，不仅减轻了支架的重量，而且有效减弱了安装位置振动应力的传导，其圆弧型的底部结构，能够增加与阀门提升杆的焊接面积。为了进一步减弱振动应力的传导，设计了LVDT感应杆的延长杆并用滑轮固定，使用小角度万向节将延长杆与塔形支架连接。塔形支架水平安装，并与延长杆垂直连接，有效抑制了振动应力，并使LVDT感应杆动作灵活，确保了测量精度。

经上述改进的LVDT支架，在使用中达到了预期效果，彻底消除了支架脱落的安全隐患。

4.4 强化安全技术培训，提高工作能力

一方面，通过事故案例和隐患问题加强作业人员的安全教育，提高安全意识和工作责任心；另一方面，通过开展技术培训、经验交流以及应急预案学习，结合检修标准化和安全文明生产标准化工作，以提高班组员工在实际工作中对危险点分析判断和故障处理能力，确保风险可控。

5 结束语

此次7号机组汽轮机高压调节阀LVDT感应杆支架脱落的停机事故，加深了对汽轮机调节阀位置反馈信号的稳定性与运行机组的安全性之间重要联系的认识。虽然LVDT感应杆支架采用斜拉筋加固，但仍然不能克服高压调节阀的快速调整和长期高频振动所产生的应力。如果能够深刻认识到LVDT感应杆支架的隐患并采取有效的防护措施，或消缺时做好关闭EH油管进油阀等必要的安全措施，就应该能够避免此类事故。