火电机组汽轮机调节系统伺服阀常见故障分析

（山西鲁能河曲发电有限公司，山西 忻州 036500）

汽轮机调节系统是火电机组的核心系统，它关系着汽轮机的正常调节和安全稳定运行。目前，国内600MW及以上机组调节系统均采用高压抗燃油电液调节系统。某电厂600MW汽轮机为东方汽轮机厂生产的亚临界凝汽式汽轮机，调节系统由东方汽轮机厂配套提供。汽轮机调节系统采用磷酸脂抗燃油系统进行驱动调节，调节系统中的关键部件电液伺服阀由美国穆格公司生产，型号为M00G072。

1 电液伺服阀的结构及工作原理

下面以美国穆格M00G072型伺服阀为例，介绍其结构及工作原理（图1）。

（1）伺服阀的结构介绍。M00G072型伺服阀由电磁控制部分和阀体液压两部门组成。电磁部分是磁式力矩马达，主要由磁铁、导磁体、可动衔铁、控制线圈和弹簧管组成；液压部分主要由阀体、阀套、滑阀、喷嘴、挡板、反馈杆、节流孔、过滤器等部件组成，滑阀通过反馈杆与衔铁、挡板组件相连。该型式的伺服阀优点是结构紧凑，外形尺寸小，线性度好，响应快，工作可靠、寿命长；缺点是由于喷嘴挡板的工作间隙小，对油的清洁度要求较高。

图1

（2）伺服阀的工作原理。伺服阀又称电液转换器，它将控制输出信号转换成液压信号。高压抗燃油进入伺服阀分成两路，一路经过滤器过滤后进入滑阀两侧腔室，然后进入喷嘴与挡板间的控制间隙中流出，另一路由滑阀控制推动油动机活塞动作。其原理如下：在稳定工况下，无电流输入时，在弹簧管支撑下衔铁处于导磁体的中间位置，挡板在喷嘴的中间位置，挡板两侧与喷嘴的距离相同，喷嘴两侧的油压一致，滑阀处于中间位置，阀无液压输出。

当执行机构需要动作时，电流由伺服阀放大器输入，力矩马达中的电磁线圈产生磁通，可动衔铁在磁铁上产生旋转力矩作用下旋转，同时带动与其相连的挡板转动，挡板移近一只喷嘴，使该喷嘴流量变小，喷嘴前的油压变高，而对侧的喷嘴与挡板距离变大，使喷嘴前的油压降低，这样实现了将电信号转变为力矩而产生机械位移信号，再转变为油压信号，并通过喷嘴挡板系统将信号放大。挡板两侧的喷嘴前油压与下部滑阀的两个腔室相连通，当两个喷嘴前油压不相等时，滑阀两端的油压也不相等，油压差使滑阀移动，滑阀上的凸肩控制油口的开启或关闭，以此控制油动机活塞下腔的进、回油，实现阀门的开启或关闭。滑阀移动时，使反馈杆产生弹性形变，对衔铁挡板组件产生反转矩，当作用在衔铁挡板组件上的电磁转矩、反馈杆反转矩等力矩达到平衡时，滑阀停止移动，达到一个平衡位置，阀门开、关动作完成。

为了增加调节系统的可靠性，在伺服阀中设置了弹簧管，弹簧管设有一定的机械偏零，其作用为：如果伺服阀在运行中突然断电，借助机械力量可以使滑阀偏移一侧，使汽阀关闭；弹簧管还有一个重要的负反馈作用，它可以增加调节系统的稳定性，当电信号输入使挡板移动后，滑阀移动，此时弹簧管会产生弹性变形，平衡掉部分滑阀压差，防止在滑阀两端面压差力作用下，滑阀由中间位置被推向一端的极限位置，造成油动机活塞移动量过大，导致汽门调节过程中产生振荡等问题。

2 电液伺服阀常见故障分析

调节系统电液伺服阀在运行过程中发挥着重要作用，根据多年运行、检修情况，归纳了伺服阀存在的常见故障为卡涩、密封圈损坏、阀芯部件腐蚀磨损、紧固螺栓断裂等，针对以上常见故障，进行分析、总结并提出处理措施。

（1）伺服阀堵塞、卡涩。调节系统在运行过程中会经常出现伺服阀卡涩问题，严重影响机组的安全稳定运行。统计发现，伺服阀堵塞占伺服阀故障次数的75%以上。一旦发生卡涩，会造成汽轮机汽阀开、关位置异常，处于全开或全关状态无法实现调整。主要原因为伺服阀的阀芯与阀套间隙只有2μm，喷嘴与挡板间的间隙在3μm左右，极易发生堵塞卡涩，当油中有颗粒卡在当中时，就会使挡板始终靠近一个喷嘴且反馈杆无法将其拉回，造成滑阀两端的差压始终存在，滑阀始终移向一个方向，导致油动机处于全开或全关位置而无法控制。伺服阀发生卡涩时，运行人员不要着急进行操作，将指令输入过高或过低，这样容易造成阀门突关而引起参数大幅波动，影响机组安全稳定运行。运行人员应做好事故预想，同时联系汽机、热工检修人员共同分析，制定好处理措施后，再开展后续处理工作。

（2）伺服阀密封圈损坏。伺服阀因密封圈失效或损坏问题易发生泄漏故障。主要原因：一是伺服阀长期在温度较高的环境下运行，密封圈长期使用后老化未及时更换造成泄漏，二是密封圈材质、质量不符合要求造成泄漏，三是在检修过程中，检修工艺不良造成泄漏。

针对以上原因，为避免发生伺服阀密封圈密封失效导致的泄漏问题，提出以下处理措施：一是建立、完善密封件更换、检修台账。建立抗燃油系统特别是调节系统中各伺服阀、电磁阀等设备密封台账，重点做好密封圈更换时间记录。根据记录，对密封圈进行定期检查、更换，避免因长期使用老化损坏造成泄漏。二是把好密封圈质量关。目前，火电机组抗燃油一般使用磷酸酯抗燃油，其对金属材料本身没有腐蚀性，但油中的水分、氯含量、电阻率和酸值等指标超标都会导致金属部件的腐蚀。因此，伺服阀使用的密封圈必须注意其材质、质量。如果使用不符合要求材质的密封圈，不但会造成伺服阀泄漏，还会污染抗燃油，使抗燃油变质。材质必须满足可以长期在高温、高压的抗燃油中正常使用，同时满足被压缩后正常变形量情况下不会泄漏。硅橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯可以在磷酸酯抗燃油中适应，一般选用氟橡胶作为密封材料。在伺服阀检修时，必须对密封圈材质进行检查确认，密封圈备件到货后做好质量验收，同时在使用前进行外观检查，不能有变形、磨损等缺陷；不能使用老化、过期的密封圈；在安装时严格检修工艺，确保密封圈安装到位，防止发生泄漏。

（3）伺服阀本身腐蚀、磨损及力矩马达故障。伺服阀在运行过程中，本身会发生故障，主要表现为控制系统短路或断线、零部件腐蚀、磨损等。造成伺服阀本身故障的原因较多，如抗燃油油温过高、酸值超标、水分超标、颗粒度不合格等。对阀体部分，存在腐蚀、磨损问题，主要是油质不合格造成，同时由于系统运行压力较高，也会对阀造成磨损。阀内部喷嘴、节流孔、通道、滑阀的凸肩等部件发生腐蚀、磨损后，会造成内漏，零偏增大，流体噪声增大，导致系统调节不稳定。在运行过程中，要加强对油质的监督，减少腐蚀情况的发生，同时定期对伺服阀进行维修，对磨损严重的定期进行更换。对力矩马达部分，存在松动、断线等问题，主要原因为设备存在振动，造成固定螺栓松动，同时，部分伺服阀工作的环境温度较高，造成电子元件损坏，使阀无法动作，影响系统调节。在运行过程中，要加强对伺服阀力矩马达的检查，防止因振动造成螺栓松动，同时做好伺服阀环境温度的监测工作，如温度过高，及时采取措施，避免电子元件的损坏。

（4）伺服阀紧固螺栓断裂。伺服阀紧固螺栓对伺服阀的安全运行起着重要作用。截至目前，火电机组已发生多起因伺服阀螺栓断裂造成机组非计划停运的事件，如某600MM亚临界机组运行过程中汽轮机高调门伺服阀螺栓断裂，导致抗燃油系统漏油造成机组非计划停运，某电厂给水泵汽轮机高调门伺服阀连接螺栓断裂造成机组非计划停运，这表明对伺服阀螺栓的重要性认识存在明显不足。

伺服阀螺栓断裂的主要原因之一是疲劳断裂，螺栓使用后可能发生一定的松动，产生径向或轴向作用力，造成断裂；二是螺栓制造加工存在缺陷；三是螺栓强度不满足要求，螺栓承受的力大于螺栓强度造成断裂；四是螺栓材料达不到要求，选用螺栓时材料等级偏低；五是螺栓紧固工艺不当，预紧力过小会导致泄漏，预紧力过大，会损伤螺栓甚至断裂。因此，如何控制螺栓预紧力是必须重视的问题。

为防止螺栓发生断裂问题，建议一是根据实际运行工况，选用高强度、韧性及抗疲劳性能较好的螺栓，目前部分火电机组已将伺服阀螺栓强度由原来的8.8级提高至12.9级；二是做好螺栓到货后验收工作，制定和完善相应的验收标准，防止不合格螺栓使用；三是在检修期间做好螺栓检测工作，根据相关导则要求“对大于和等于M32的螺栓均应依据DL/T694进行100%超声检测，必要时可按NB/T47013.4、NB/T47013.4进行磁粉检测、渗透检测，或进行其他有效的无损检测”，而伺服阀螺栓不在监督范围内。因此，建议各火电机组将伺服阀螺栓检测纳入金属检测内容并定期检测；四是严格螺栓紧固工艺，按力矩要求紧固螺栓；五是做好日常巡检工作，检查螺栓固定情况，发现松动时及时紧固处理。

3 电液伺服阀运行及维护工作的建议

（1）加强对伺服阀检修的管理。伺服阀在更换时，原则上应选用与原来使用规格型号相同的；做好伺服阀台账，运行一定的时间后，联系专业厂家对伺服阀进行清洗、检测、做耐压试验，通过专业设备可以彻底完成清洗工作，并通过试验和调整使伺服阀处于最佳的工作状态，防止事故的发生。

（2）加强对抗燃油系统油质的管理。伺服阀对油质的要求很高，目前火电机组普遍采用磷酸酯抗燃油，在使用过程中会发生颗粒度和酸值超标问题。据有关资料介绍，80%的伺服阀故障是由于油液污染造成的。因此，加强抗燃油油质控制，对调节系统的安全可靠运行至关重要。为保证抗燃油油质，应加强油质的监督，严格按照DL/T571-2014《电厂用磷酸脂抗燃油运行维护导则》的规定开展工作，确保颗粒度SAE AS4059F等级≤6级，酸值≤0.15mgKOH/g。发现油质异常时要缩短分析周期。在维护工作中，建立抗燃油系统滤芯更换台账，定期对系统各滤芯进行检查、更换，同时开展定期滤油工作，保证油质合格。在检修过程中，必须做好抗燃油系统设备的防护、封堵工作，防止污染油质；同时，尽量避免凡士林等润滑剂在液压设备上的使用，避免对抗燃油油质造成老化或污染。目前，抗燃油基本上采用进口油，建议做好抗燃油储存工作并做好台账记录，在加入新油前，做好混油试验，防止发生油质恶化。

（3）加强运行过程中的管理。在运行过程中，加强对伺服阀温度的检查，尽可能降低其工作环境温度；同时，对靠近热力设备的抗燃油供油、回油管路进行隔离、阻断热源传递。

在机组启动前，对伺服阀零位偏置进行试验，在伺服阀失电的情况下，被控制的汽阀应缓慢关闭，同时记录好关闭时间，发现问题及时对伺服阀进行检查、更换。严格按制造厂家要求开展高压调门活动试验，不但可以防止阀门发生卡涩问题，而且可以促使油动机内油的循环，防止油动机活塞底部高温抗燃油长时间囤积，造成抗燃油的劣化。根据运行经验，伺服阀在正常条件下应结合机组A级检修机会联系专业厂家进行检测、修复，如具备条件，建议每年对伺服阀进行清洗，以保证伺服阀具有良好的性能。

4 结语

电液伺服阀作为火电机组调节系统的关键部件，其微小故障将严重影响机组的安全稳定运行。本文重点介绍了电液伺服阀结构原理、对常见的故障进行了分析并提出了处理措施及相关建议，加强对伺服阀的管理，对火电机组的安全稳定运行尤为重要。上述总结还不全面，需要在以后的工作中加强这方面的研究，不断地提高调节系统的可靠性。