核电汽轮机阀门性能诊断实践及改进

吴松林　陈湛杨

【摘 要】介绍了我国某核电站M310汽轮机进汽阀工作原理和性能测试现状，结合汽轮机进汽阀门的主要故障模式，提出对当前汽轮机进汽阀进行系统在线性能测试的改进方案，研究将先进阀门诊断技术应用于对汽轮机进汽阀门的故障诊断、分析、事故预防、性能再鉴定以及预防性维护活动中，促进优化汽轮机进汽阀门预防性维修策略，以提高核电站汽轮机发电机组安全运行可靠性。

【关键词】汽轮机；主汽阀门；预防性维护

中图分类号： TK264.9 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）14-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.021

Diagnosis practice and improvement of the performance of nuclear steam turbine valve

WU Song-lin CHEN Zhan-yang

（Fuqing Nuclear Power Plant， Fuqing Fujian 350318， China）

【Abstract】This paper introduces the working principle and performance test status of the steam inlet valve of M310 steam turbine in a nuclear power station in our country. Combined with the main fault mode of the steam turbine inlet valve， an improved scheme for the on-line performance testing of the current steam turbine inlet valve is put forward， and the advanced valve diagnosis technology is applied to the steam turbine inlet valve. In order to improve the safety operation reliability of steam turbine generator set in nuclear power plant， the preventive maintenance strategy of steam turbine inlet valve is promoted in the activities of obstacle diagnosis， analysis， accident prevention， performance re identification and preventive maintenance.

【Key words】Steam turbine； Main steam valve； Preventive maintenance

0 引言

汽輪机在运行的过程中，汽轮机调节系统通过调节汽轮机进汽阀开度实现对汽轮发电机组转速、功率、频率、压力等动态指标进行控制，并对机组的转速超限、转速加速度超限、负荷变化速度及蒸汽需求等进行限制。汽轮机进汽阀作为汽轮机控制调节的执行机构，其工作性能必须足够可靠才能保证发电机组安全经济可靠运行，为此汽轮机进汽阀的性能测试和鉴定显得格外重要。汽轮机进汽阀的故障原因种类较多，故障原因的发现、诊断、解决、预防往往需要做大量研究工作，在实践过程中总结了各方面经验，并做了部分改进研究，以期提高汽轮机进汽阀门工作的可靠性。

1 汽轮机主汽阀工作原理简介

汽轮机调节系统控制中，汽机负荷控制逻辑通过目标负荷计算出阀门开度指令，控制系统通过模拟量输出卡件输出阀门开度指令电流信号至伺服放大器卡件，伺服放大器根据上游收到的主汽阀阀门开度指令和收到的来自主调阀阀位反馈信号、比例阀先导阀位置反馈信号、比例阀主阀位置反馈信号运算出作用在比例阀先导阀上的开度指令信号，比例方向阀主阀的位置反馈决定了主调阀阀门的进油，从而控制汽轮机阀门开度。因此用于汽轮机主调节阀控制的比例阀是一个两极放大的比例阀。初级阀为先导级电磁阀，次级阀为滑阀系统。初级阀是一个比例阀，其主要元件为比例电磁铁和滑阀，电信号通过比例电磁铁转化为滑阀的直线往返运动，将电信号转换为液压信号；次级是主滑阀系统，初级滑阀A、B口输出的液压信号分别控制主滑阀两端的控制油压，进而控制主滑阀芯的位置，从而控制主滑阀A、B口油压。主滑阀和先导阀均带有电气反馈传感器，能将阀芯的位置信号转化为4～20mA的电流信号。

2 汽轮机进汽阀性能测试实践与思考

在机组调试初期汽轮机进汽阀性能测试使用的是一套由阀门厂家开发的就地离线阀门调试安装工具装置，该装置需要将控制系统中的伺服放大器卡件拆除并安装在试验装置上，将汽轮机主调阀的各信号电缆并将阀门信号接口通过专用电缆连接至试验装置，以实现在阀门安装现场对阀门的性能和控制进行调试。该试验装置的特点是仅适用于阀门初期的安装调试，功能单一，仅为阀门本体上的传感器提供电源，为阀门伺服放大器提供安装载体，为各信号电缆提供接口等，具体实施过程需要的附加工作条件多，工作效率低，便捷化程度低，还需要另外的信号发生和采集设备才能实现。该试验装置的另一个特点是仅仅能够进行阀门的离线性能测试，在机组运行后使用该装置进行试验不具可行性。

在汽轮机处于功率运行过程中，由于汽轮机进汽阀门一直处于工作状态，不可能对阀门进行长时间离线动作试验，阀门动作将对汽轮发电机的输出功率有直接影响，过程具有高风险的特点。而汽轮机进汽阀的动作可靠性需要进行充分的测试验证，前述试验装置不可能满足实际阀门性能测试的需要，为此需要对阀门的性能进行在线测试。为此汽轮机调节系统设计一套在线动作试验逻辑。按照试验逻辑，通过自动化控制逻辑测试程序将汽轮机调节阀门的控制切换到测试状态，阀门的开度指令由测试程序发出，处于测试状态的汽轮机调节阀按照测试逻辑指令缓慢开小，然后全关对应进汽回路汽轮机主汽阀，这样使得其它处于工作状态的汽轮机进汽调节阀缓慢开大维持汽轮机进汽总量稳定，达到避免功率扰动过大的目的。通过顺序控制指令阀门在预期时间内能够正常开关动作，阀门反馈正常即可完成试验，控制逻辑自动产生试验合格信号反馈。该阀门性能试验的方法主要特点是能够进行在线性能测试，具有快速便捷的特点，自动化程度较高，但是存在高风险，会对于汽轮机组的功率产生影响，引发功率波动，会对机组安全运行也产生一定不利影响。另外该方法得到的试验数据仅包含了阀位动作曲线，仅仅能够反映阀门的活动性能是否正常，不能够满足试验不合格情况下进行异常原因分析的数据需求，导致即使发现阀门异常也往往束手无策。

上述系统在线状态下的阀门性能试验方法亦不能很好满足对汽轮机进汽阀门性能测试和异常原因诊断的需求，为此本文提出了一种在实践中摸索出的机组功率运行条件下汽轮机调节系统进汽调节阀性能测试方法作为补充，以满足核电机组长检修周期发展趋势下对汽轮机进汽调节阀进行性能测试的方法。下面是该方法的情况概述：

通过在汽轮机调节系统中接入信号采集装置采集汽轮机进汽阀的主阀位反馈信号、比例先导阀阀位反馈、比例主阀阀位反馈信号、比例阀控制指令信号、油动机压力信号，在汽轮机调节控制系统工程师站中输入指令将调节阀开度缓慢减小全关位置，再将对应环路的主汽阀置为全关状态。这样就将汽轮机调节阀门放到一种可动作而不影响汽轮机功率的安全状态，通过输出不同阀门动作指令而获取阀门的动态动作数据，为进行故障原因诊断提供充足依据。采用该方法已经成功完成了多次阀门动作异常的原因分析，产生了不错的实际应用效果。

在上述汽轮机进汽阀门性能测试活动中，面对汽轮机阀门故障的种类加较多，闪发异常动作类故障往往更难难进行故障原因的定位，在阀门出现非上游控制指令导致的异常动作后需要加装临时数据采集装置，采集装置同汽轮机控制系统进行连接的保留时间往往需要等待故障再次闪发后才能撤除，不能及时将故障排除，为机组的安全经济稳定运行留下较大隐患。

3 汽轮机进汽阀性能测试改进方向研究

经过上节的对汽轮机进汽阀性能测试实践与思考，我们不难总结发现，当前汽轮机进汽阀门性能测试工作存在较多不足之处：

（1）汽轮机进汽阀离线性能测试不能满足核电厂对阀门性能可靠性測试的要求，尤其是现在核电厂正朝长检修周期发展背景下，仅仅适用于设备的安装调试，且工作效率较低，功能单一。

（2）汽轮机进汽阀带负荷状态下性能测试所获取的数据过少，不足以满足对阀门的异常诊断以及原因分析的数据需求。

（3）当前实践过程中采取的通过技术人员介入控制系统采集数据存在重复劳动量大，数据准确度低，数据分析应用困难，数据采集频度低，自动化程度低，数据获取不及时等问题。

结合在第2节汽轮机进汽阀性能测试的实践与思考，我们可以一系列改进实现各种性能测试方法的优点集成，在电站已有汽机进汽阀门自动化性能测试基础上进行改进，将汽轮机进汽阀的主阀位反馈信号、比例先导阀阀位反馈信号、比例主阀阀位反馈信号、比例阀控制指令信号、油动机压力信号进行实时采集，接入电站实时监测系统进行监测，这样利用汽机调节控制系统本身对汽轮机进汽阀门的性能进行测试，省去了人工进行阀门性能试验带来的大量数据采集工作，同时也能为阀门工作状态下发生异常情况时提供充分的分析数据。

4 汽轮机进汽阀常见动作异常原因识别

下表是基于核电厂汽轮机进汽阀检修历史数据总结的常见的阀门动作异常原因分析和排除方法。分析依据主要参考阀门的控制指令、阀门位置反馈、控制油压力、控制油压力。因此掌握了控制指令、阀门位置反馈、控制油压力、控制油压力特性曲线，通过以往发生故障的数据进行特征提取即可快速确定阀门动作异常的具体原因。

5 汽轮机进汽阀性能测试发展与展望

当前阀门诊断技术在智能型气动阀运行和维护上经过多年发展，应用已经较为广泛，但是由于各个阀门厂商的特殊性及汽轮机进汽阀门的工作原理的特殊性，应用于汽轮机进汽阀的阀门诊断技术研究设备和软件较少。

更进一步的研究改进方向是将先进的阀门诊断技术应用于汽轮机进汽阀门的故障诊断和预防性维修活动中，利用阀门诊断技术不需要对阀门解体即可准确找到故障原因所在，从而减少对汽轮机进汽阀门预防性维修解体带来的维修成本高、检修工期长、备件更换量大、预防性检修频次少、异常诊断完全依赖个人经验、阀门异常不能及时发现等问题，提高核电机组的汽轮机运行的可靠性。

【参考文献】

[1]王淑红.阀门诊断技术的应用与及诊断设备国产化展望[D].华电技术，2015.

[2]班志伟.600MW机组DEH系统故障探究与维护策略[D].华北电力技术，2009.

[3]孙伟东.600MW汽轮机全自动阀门活动试验方法[D].华北电力技术，2010.