1119MW核電機組半速汽輪機主汽閥和調節閥調整試驗

孫小龍 ，趙書宇

（中廣核工程有限公司 ，遼寧省大連市 116319）

0 引 言

紅沿河核電站一期工程安裝4臺1119MW機組，配套東方汽輪機有限公司制造的型號為HN1119－6.43／280／269的半速汽輪機。該機組結構特點是高中壓合缸、單軸四缸六排汽、沖動凝汽式、中間汽水分離二級再熱、節流配汽、7段非調整抽汽。采用高、中壓缸啟動方式，高、中壓調節閥分別同步動作，蒸汽依次通過主汽閥和調節閥后直接進入第1級隔板。本文基于紅沿河核電站1號機組主汽閥和調節閥的布置、結構特點，論述其調整試驗過程。

1 主汽閥和調節閥布置、結構特點

該汽輪機組高、中壓缸均由4個閥組控制進汽，按照全周平衡分別是左上、左下、右上和右下進汽。每個閥組均由1個主汽閥和1個調節閥組成，閥組彈性支撐在汽輪機平臺上。閥門布置如圖1所示，圖中MSV是高壓主汽閥（main stop valve），MCV是高壓調節閥（main control valve），ISV是中壓主汽閥（intercept stop valve），ICV是中壓調節閥（intercept control valve）。

圖1 閥門布置示意Fig.1 Valve arrangement

紅沿河核電站高壓主汽閥和調節閥在結構上均為截止閥，是首次采用阿爾斯通 （ALSTOM）公司核電高壓閥門技術生產的國產化設備。中壓主汽閥和調節閥均是阿達姆斯 （ADAMS）公司生產的單軸結構蝶閥，該公司閥門首次使用于國內核電工程。頸部設置自潤滑免維護軸承，采用金屬石墨夾層密封結構，密封性能良好［1］。

閥門的執行機構是油動機，調節油系統正常工作壓力為12MPa，運行溫度是（50±5）℃。油動機進、回油口和抗燃油管道之間使用了金屬軟管，能夠很好地吸收油壓的波動以及閥門動作過程中的振動。每個油動機上都安裝有試驗用電磁閥，主要用于嚴密性試驗和閥門活動試驗。該閥帶電后油動機快速泄油實現閥門快關。調節閥油動機安裝有比例閥，通過安裝在汽輪機控制柜內的伺服卡遠程控制比例閥，從而實現對油動機的精準控制。每個比例閥獨立使用1塊伺服卡。

閥位傳感器能輸出相互獨立的3組4～20mA信號，利用磁滯原理將直線運動的機械位移量轉變為電信號［2］。

2 主汽閥的調整

首先按照安裝質量文件檢查、確認基本的安裝數據，如油動機預起行程和有效行程等；同時確認油動機沖洗已經完成并且沖洗結果合格。主汽閥只有全開和全關2種狀態，因此主汽閥的調整比較簡單，過程簡述如下：

（1）閥位反饋整定。將全開位調整為20mA，全關位整定為4mA。根據現場調試經驗，巴魯夫（balluff）閥位變送器需要先整定全開位的反饋電流，關閉閥門后再調校全關位的反饋電流。完成整定后建議重復開、關幾次閥門，以確認整定結果沒有發生漂移。

（2）閥門開啟和關閉時間調整。閥門動作時間需要考慮油動機的動作時間、油動機延遲時間、閥門延遲時間［3］。針對閥門的動作時間，最終調整的開啟時間是在60s以內，關閉時間是在0.35s以內［4］。開、關時間可以通過對閥位反饋作切線的方法得到，圖2為快速切線法示意圖。

圖2 快速切線法示意Fig.2 Rapid tangent method

如果開、關時間不合格，可以通過改變油動機內部編號為NOO和NOC的節流孔板的尺寸來調整閥門開、關時間。在調整過程中發現，右上高壓主汽閥的開啟時間僅為17s，和其他3個高壓主汽閥50～60s的開啟時間存在較大偏差。將NOO節流孔板的孔徑從1.5mm逐步縮小到0.9mm后發現，雖然開啟時間得到減緩，但是油動機油缸中的壓力在閥門全開的狀態下只有7.5MPa，該壓力值偏小。因此，最終選用的節流孔徑是1.1mm，很好地兼顧了油動機開啟時間和油動機穩定性。

（3）閥位－油壓相關性曲線。在完成上述各項調整后，畫出閥門開啟過程和關閉過程中閥位－油壓的相關性曲線。通過相關性曲線能直觀地得到閥門的最小動作油壓，對節流孔更改后的油動機控制特性進行再驗證，保證油動機工作穩定、可靠［5］。

3 調節閥的調整

調節閥完成就地調整后還需要使用上位機進行再次調整，采用2種方式整定的目的是為了確保結果的可靠性。

3.1 伺服卡的靜態調校

伺服卡將接收到的閥位反饋轉換成電壓信號，并與收到的指令信號對比進行比例積分（proportional integral，PI）調節。圖3為使用伺服卡控制閥門的示意圖。

圖3 伺服卡控制閥門Fig.3 Control valve with servo card

伺服卡面板上的模式選擇開關有test valve、test loop和auto 3種。test valve模式是開環調節，使卡件內部的PI控制回路旁路。test loop和auto模式均是閉環調節，區別在于前者的指令來自伺服卡表面的指令電位器，后者是通過卡件背部的卡槽位接收來自汽機控制機柜的外部指令。

伺服卡實現的是閉環控制，因此需要對伺服卡的閉環控制性能進行調校。當伺服卡接收到4mA閥位信號時，通過卡件上的Offset電位器將伺服卡的指令調校為0V±100mV；當伺服卡接收到20mA的閥位反饋時，通過Gain增益電位器將伺服卡的指令調校為－10V±100mV。實際調整過程中發現，Offset和Gain電位器會互相影響，因此每次調整完一個電位器后必須對另一個電位器再次確認［6］。

3.2 就地調整

就地調整時使用了專用工具，該工具可接收閥位、油壓、比例閥反饋等信號并給出控制閥門動作的指令，實現對閥門的控制，圖4為專用工具照片［7］。將伺服卡裝入專用工具，通過預制電纜將比例閥和專用工具背板上的插頭連接在一起。專用工具的面板上有外部指令旋鈕等，可實現對閥門的控制，還能實現對油動機壓力等參數的采集。

圖4 閥門調整專用工具Fig.4 Special tool for valve commissioning

3.2.1 閥位反饋的整定

通過專用工具控制比例閥實現閥門的開關，完成對閥位變送器全開位和全關位的調整。整定方法和主汽閥閥位反饋調整相同。根據經驗，在實際調校過程中使全開位的閥位設定值略小于20mA，全關位的閥位設定值略大于4mA。

3.2.2 伺服卡PI參數和死區值的調整

在閥門開關過程中，通過記錄分析閥位反饋、伺服卡輸出的指令、伺服卡內部積分器信號等實現對卡件參數的整定。在確認PI調整完成后，用萬用表測量公共地端的電阻值并記錄［8］。

死區調整的目的是通過調整伺服卡來補償比例閥的死區。判斷死區調整是否準確的一個很好的辦法是觀察閥門動作過程中閥門的抖動、階躍響應的曲線等［9］。

3.2.3 閥門開啟、關閉時間的調校

調節閥的開啟、關閉時間的測量有很多種辦法，例如通過專用工具給出0—100%—0的階躍指令、通過試驗電磁閥的帶電和失電方式或者通過調節油系統的掛閘和打閘方式等。另外，模擬調節閥門伺服卡故障工況，測量調節閥的關閉時間也是很有必要的。

調節閥閥門開啟、關閉時間可以通過調整油動機的相關節流孔來改善，或者通過調校油動機內部的插裝閥來調整。高壓調節閥最終調整的開啟時間應該在5s以內，中壓調節閥最終調整的開啟時間應該在7s以內，調節閥的快關時間均調整在0.35s以內，控制回路故障引起閥門關閉的時間大約為60s［4］。

3.2.4 階躍響應測試

階躍響應曲線能夠很好地反映伺服卡的PI參數和死區的設置是否合理，驗證閥門是否具有響應快速、靜態誤差小和超調量小的調節特性。在實際試驗過程中會記錄和分析40%—50%—40%、20%—80%—20%階躍響應曲線。如果響應特性太差需要通過修改PI參數等方式來改善。

3.2.5 閥位－指令、閥位－壓力相關性測試

通過閥位－指令相關性曲線，可以反映閥門指令的響應時間和閥位跟蹤指令的動作特性，反映比例閥和伺服卡在控制油動機時的匹配性。通過閥位－壓力相關性曲線，能夠反映油動機自身包括插裝閥等特性是否良好［10］。

3.3 上位機調整

使用上位機進行調整時需要將伺服卡復裝到汽機控制機柜內。通過伺服卡上的指令電位器或者強制組態中閥門指令輸出的方式對就地調整的結果進行驗證。試驗的內容基本上和就地調整內容相同。試驗過程中也會對伺服卡的一些參數進行微調，同時本文第3.2.1節中闡述了調節閥的閥位反饋值并不是標準的4mA或者20mA，因此需要將實際值保存到汽機控制系統組態中。

4 閥門冷態聯調

閥門冷態聯調前需要處理閥門廠家提供的調節閥特性曲線。通過閥門的活動性試驗可以驗證相關控制組態和閥門響應的正確性。通過仿真模擬機組的沖轉、并網、帶負荷等，實現比較真實的閥門冷態性能測試。

在模擬甩廠用電和甩空載的瞬態過程時，錄取了主汽閥和調節閥在冷態下響應瞬態過程，例如油動機行程等的基礎數據［4］，為對比分析熱態下真實甩廠用電和甩空載時閥門的響應結果積累了第一手資料。

調節閥控制參數調整和優化過程中需要考慮到中壓調節閥和高壓調節閥在動作過程中的匹配性。例如某些工況下所有調節閥迅速快關后需要再次開啟，高壓調節閥和中壓調節閥在響應過程中必須匹配。

5 結 論

（1）在閥門調整前期需做好伺服卡的參數調整工作，相關參數直接決定了閥門的運行特性，其正確性關系到閥門的后續試驗。

（2）伺服卡上的死區值、比例參數和積分參數的優化能夠改善油動機動作過程中設備和油路的振動，特別是對于首次應用于核電工程的ADAMS蝶閥，很好地改善了閥門動作過程中的振動，提高了瞬態試驗時閥門的響應特性。

（3）改變油動機內部節流孔的尺寸來調整閥門的動作時間和油動機動作穩定性是基本的調整手段。在調節過程中注意對開門、關門時間的把握，閥門內部節流孔的大小也是決定開門、關門時間的關鍵。通過紅沿河電廠1號機組高、中壓閥門油動機的調試實踐，證明本文方法是可行的。

（4）通過模擬汽機不同工況以驗證閥門性能的試驗，為機組啟動后閥門運行提供了參考資料，有利于閥門運行狀態的控制。

（5）在冷態模式下對油動機進行反復調整是十分必要的，確保了主汽閥和調節閥的動作精準性和穩定性，保證了油動機和調節油系統相匹配。

（6）經過沖轉、試運及并網等熱態過程以及一些瞬態試驗的考驗，說明紅沿河電廠1號機組調整過程是合理的，調整結果是滿意的。

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