中压主汽门不受控制开启的缺陷处理

苏东明

（广东粤华发电有限责任公司，广东 广州 510730）

0 引 言

某厂330 MW机组开机过程中出现了在暖管阶段中压主汽门自行打开的异常现象，影响了机组的安全稳定性，扰乱了运行人员的工作计划。下面将对该缺陷进行深入分析，并给出解决方案。

1 设备简介

机组原为上海汽轮机厂N300—165/535/535型汽轮机，设有2个高压自动主汽门、8个高压调节汽阀和4个中压联合汽门。每个汽门配置1台油动机，共有18台油动机，均为单侧进油式。调速保安系统原为上汽厂全液压调节系统，后于2002年改造为高压抗燃油DEH纯电调系统，仅保留了危急手动遮断器、危急遮断器和危急遮断油门三样低压保安设备。2012年，该机组进行330 MW通流改造，三大门系及调速保安系统仍袭用改造前的设备无变化。

2 异常现象

2012年7月15日，该机组通流改造后首次启动。在锅炉点火后暖管过程中，运行人员按计划启动1台EH高压油泵备用。在启动油泵几秒后发现，4个中压主汽门全关信号消失。现场人员报告4个中压主汽门正在开启，至接近全开状态后又缓慢降低到20 mm。又过了约10 min，汽门逐渐关闭到0位，全关信号发出。检查现场设备正常，暂未能发现原因，经讨论后决定继续执行机组启动计划。至汽温、汽压达到冲转条件，机组按规定执行冲转程序，就在调速系统挂闸瞬间，异常现象再次出现，4个中压自动主汽门开启约20 mm（正常情况下此时应在全关位置）。运行人员当即进行下一步操作，在DEH“自动控制”画面点击“运行”按钮开始冲转程序，全开高、中压自动主汽门，渐开调门，机组开始稳定冲转直至带负荷。开机后，调速系统运行正常。

在机组启动的暖管阶段要求高压主汽门、中压主汽门、调速汽门以及高排逆止门关闭严密无漏汽，严防水和冷汽进入汽轮机，而该型机组中联门（结构见图1）的中压调门为无预启阀形式，每个调节阀碟上开有4个直径50 mm的汽压平衡孔，故中压调门不能隔离再热蒸汽，只能靠中压自动主汽门截断蒸汽。汽门不受控制开启的缺陷可能会导致机组盘车状态时非正常冲转及其他不良后果，严重威胁机组的安全运行。

3 原因分析

中压自动主汽门的动作直接受油动机控制。该油动机又受DEH控制，完成阀门的开启和关闭。它属于两位开关控制型，即只有全开和全关两种工况，正常情况不可能出现部分开启的工况。热工查阅工程师站历史记录，在启动EH油泵至运行人员在DEH“自动控制”画面点击“运行”按钮期间，中主油动机指令都为“关”，各电磁阀的状态也未见异常，故暂时排除逻辑控制方面的原因，查找方向重点集中在液压系统方面。调速系统的液压控制原理简图，见图2（省略部分原理重复设备未画出，下文叙述也仅以图中设备作例，不再对原理重复的设备另行描述）。

图1 中联门

3.1 工作原理简介

机组启动时，先启动调速油泵和EH油泵，分别建立透平压力油LP和高压抗燃油压力油HP，并调整好油压和油温参数。待达到冲转条件时，运行人员从“自动控制”画面点击“挂闸”按钮，遮断电磁阀组件3YV带电，建立1.96 MPa的透平油安全油LPT使隔膜阀关闭，截断抗燃油安全油HPT（此时HPT油流源自高、中压自动主汽门的快关电磁阀21YV、27YV过来）排向无压排油DR2母管的回路；高压遮断模块的4个电磁阀13YV、14YV、15YV和16YV带电，截断了HPT排向DR2母管的另一回路，从而建立起约14 MPa的HPT油压；同时，中压自动主汽门油动机试验电磁阀28YV带电，截断并卸掉中主油动机活塞下部油压，确保中压自动主汽门处于关闭状态，如此完成机组挂闸过程。

图2 调速系统液压控制原理简图

随后运行人员从控制画面选择启动方式并按“运行”按钮，此时中主油动机28YV失电，高压油经过节流孔及试验电磁阀28YV进入油缸下腔室，油动机克服弹簧力和蒸汽力作用，以一定速率打开中压主汽阀门，同时高压自动主汽门也在电液伺服阀EHSV5的控制下全开。

然后，运行人员检查确认高压主汽门和中压主汽门全开，高压调门和中压调门全关，检查“目标”自动变为3 000 r/min、“升速率”为100 r/min后，在控制画面按“运行/保持”按钮，此时DEH系统向高压调门和中压调门伺服阀EHSV1及EHSV11发出指令，使高压调门和中压调门逐渐开启，主机转速逐渐上升。

本系统设置有电气、机械及手动3种冗余的遮断手段，掉闸时均可触发高压遮断模块的4个电磁阀13YV、14YV、15YV和16YV失电，从而泄去抗燃油安全油HPT，同时超速限制OPC电磁阀11YV和12YV，各油动机集成块上的试验电磁阀28YV，快关电磁阀17YV、21YV、27YV和29YV全部带电，确保各油动机处于关闭状态直至ETS复位，方允许重新挂闸。

3.2 缺陷分析

油动机开启说明油动机活塞下部有油压。EH油泵启动后，调速系统挂闸前中所有电磁阀均未带电。此时，压力油HP进入中压主汽门RSV1油动机后分两路：一路经快关电磁阀27YV到达卸载阀（型号Vickers F3-CVI-32-D10-M-40，结构见图3）阀芯上部，通往HPT母管，最后到达高压遮断集成块，通过4个高压遮断电磁阀13YV、14YV、15YV和16YV及隔膜阀排至无压排油DR2母管回油箱；另一路经试验电磁阀28YV后到达卸载阀阀芯底部和油动机活塞底部，并克服卸载阀芯上部弹簧及油压力顶开卸载阀后排往有压排DR1回油箱。可见，如卸载阀芯没有打开或排油不畅，会导致油动机活塞底部的油压升高。若该压力高至一定程度，活塞将克服操纵座弹簧力、阀芯自重及蒸汽作用在主汽门预启蝶阀上的压力向上移动打开中压主汽门。查厂家Vikers资料，该型卸载阀开启压力为0.155 MPa（相当于弹簧预加力），阀芯提升面积比为1:1（阀芯下部面积与上部面积之比），故阀芯下部油压会跟随上部油压变化而变化，且下部油压会比上部略高。而高压遮断模块采用的是4个通径为10 mm的常开式插装电磁阀（型号Sterling GS061600V），并未采用常见的电磁阀加卸载阀放大组合形式。在系统未挂闸时虽然HPT油压没有建立，但仍然有压力油流经卸载阀芯上部。假如启泵时油温较低，抗燃油粘度较高，高压遮断模块排油不畅，会导致HPT母管在未挂闸时存在一定的油压，从而卸载阀芯下部和油动机活塞底部也有油压使汽门打开。之后油温升高，抗燃油粘度减小，高压遮断模块排油逐渐恢复正常，油动机活塞下油压随之减小，汽门逐渐回落。到冲转前调速系统挂闸，卸载阀芯上部HPT油压突然建立，油动机活塞下油压瞬间升高。此时，虽然油动机试验电磁阀同步带电切断并泄去油动机活塞下的高压油，但因为试验电磁阀的泄油回路存在0.8 mm的节流孔，泄压存在延时，导致汽门稍微开启后又回落。

为验证以上分析，在机组临修期间对高压遮断模块泄油能力进行试验，分别观察在启动EH主油泵过程中及EH油压稳定后相关参数的变化，记录结果如表1所示。

图3 卸载阀

表1 高压遮断模块泄油能力试验记录

对表1数据进行统计分析，得到如下结果：

（1）高压遮断模块不能把HPT油压完全泄掉，且中主油动机的开度随HPT油压的增加而增加；

（2）当HPT低于0.6 MPa时，中主油动机不会异常动作；

（3）HPT油压随油温上升而下降，且当油温达到46 ℃时，在启动EH主油泵过程中，中主油动机不会异常打开。

4 结 论

通过以上分析和试验，确定汽门不受控制开启的原因是EH高压遮断模块与隔膜阀泄油量不足，导致EH高压油泵启动时高压保安油存在一定背压，类似于挂闸状态，使中压自动主汽门油动机活塞下产生油压，而汽门操纵座弹簧力及阀芯的自重等又不足以克服油动机活塞向上的提升力，从而使油动机自动打开。如果采用更换高压遮断模块、扩大从高压遮断模块至供油装置的排油管径的方法消除缺陷，不仅改造费用高，而且工期长，对生产影响较大。经讨论研究，决定把4个中压自动主汽门油动机上的Vickers（型号DG4V-3-2A-VM-U-SA7-60）试验电磁阀更换为可长期通电的Rexroth（型号4WE-6-D6X/EG220N9K4/V）电磁阀，并修改逻辑使试验电磁阀从EH主油泵启动瞬间直至调速系统挂闸后机组冲转前一直带电，切断进入油动机活塞底部的油路，防止中压主汽门非正常开启。该方案实施后，系统运行正常、稳定。