蘇爾壽CCI液壓旁路系統調試及故障分析

何冬輝，趙奕州

（遼寧東科電力有限公司，遼寧沈陽110006）

蘇爾壽CCI液壓旁路系統調試及故障分析

何冬輝，趙奕州

（遼寧東科電力有限公司，遼寧沈陽110006）

根據汽輪發電機組配備的蘇爾壽CCI液壓旁路系統的結構特點，結合電廠新建機組CCI液壓旁路系統調整試運過程所積累的經驗，綜述該系統的調試技術要點，分析在系統啟動調試過程中容易發生的故障現象及產生的原因，給出相應的處理對策。

液壓旁路；調試；故障；處理對策

0 前言

旁路系統在汽輪發電機組的合理運用，有利于縮短啟動時間，降低能耗，減輕缸體金屬疲勞損傷，使機組盡快處于最佳運行工況［1］。蘇爾壽CCI液壓旁路系統具有快速響應和良好的動態調節特性，但常出現伺服閥失效、執行機構卡澀、油壓異常、閥門擺動或拒動等故障，嚴重威脅機組安全經濟運行，必須引起足夠重視［2］。

1 蘇爾壽CCI液壓旁路系統

1.1 系統組成

某廠新建300 MW機組旁路系統閥門采用蘇爾壽CCI產品。高、低壓旁路系統主要由供油系統和執行機構兩部分組成，供油系統分別采用獨立的液壓站，執行機構主要有1個高壓旁路閥（高旁閥），1個高壓噴水調節閥，1個高壓噴水隔離閥，2個低壓旁路閥（低旁閥），2個低壓噴水調節閥，2個低壓噴水隔離閥及連接管線。

1.2 液壓站工作原理

油箱中抗燃液壓油通過泵入口截止閥、吸油濾器進入恒壓變量泵，再經泵出口濾芯、單向閥、泵出口截止閥進入高壓油母管，其中蓄能器與高壓油母管并聯。液壓站系統輸出壓力整定為16±0.2 MPa。安全閥壓力整定為19±0.2 MPa，在系統壓力異常，即高壓油母管壓力達到19±0.2 MPa時動作，起到過壓（溢流）保護作用。

當泵出口濾芯的壓差大于0.5±0.05 MPa時，目視式壓差開關按鈕自動彈出，提示需更換泵的出口濾芯。恒壓變量泵啟動后，泵以全流量40 L/min向系統供油，同時給蓄能器充油。當泵輸出壓力到達調壓閥調定壓力時，高壓油推動恒壓變量泵的控制閥，控制閥操作泵的變量機構，使泵的輸出流量減少；當泵的輸出流量和系統用油流量相等時，泵的變量機構維持在某一位置；當系統需要增加或減少用油量時，泵自動改變輸出流量，維護系統油壓在16±0.2 MPa；當系統瞬間用油量大于泵輸出流量時，蓄能器參與供油。

1.3 液控閥工作原理

低壓噴水隔離閥（LBD）、高壓噴水隔離閥（HBD）的執行機構屬于開關型兩位式執行機構，如圖1a所示。工作原理：3位4通電磁換向閥接收DSC控制信號，當高壓油通過該電磁閥、液控單向閥和雙節流/逆止閥進入油缸下腔，同時泄掉上腔控制油，實現閥門全開；當油缸下腔的油通過節流閥、液控單向閥、電磁閥回到油箱，同時高壓油進入上腔，閥門全關。

低壓旁路閥（LBP）和低壓噴水閥（LBPE）、高壓旁路閥（HBP）、高壓噴水閥（HBPE）的執行機構屬于連續控制的伺服型執行機構，可將閥門控制在任意位置，按照控制要求調節汽量以適應汽輪機運行的需要，調節型閥門如圖1（b）所示。工作原理：伺服閥控制高壓油通道，其接收經計算機處理后的電氣信號，經電液轉換器－伺服閥放大處理，將電氣信號轉換成液壓信號，使伺服閥主閥芯移動，并將液壓信號放大后，使高壓油進入油動機活塞一腔，使油動機活塞向下或向上移動，控制相應旁路閥在指定位置［3］。

2 系統調試

（1）調試前準備工作。系統調試前，參照旁路油管路系統圖進行油管路安裝檢查，包括各支路管道、油泵的出入口、測點表安裝等；油動機就位于各相應的閥門，并正確連接油動機框架及閥桿，伺服閥、位移傳送器及行程開關安裝完畢。用充氣工具檢查蓄能器壓力，補氣使蓄能器氮氣壓力為10.4±0.2 MPa。嚴禁在無油和空吸狀況下啟泵，首次啟泵前應對泵體注油，按泵的旋轉方向手動盤動聯軸器，排出吸油泵芯內的空氣。

（2）耐壓試驗。關緊蓄能器組件的截止閥，隔離蓄能器。啟動1臺液壓油泵，調整調壓螺絲釘，使系統壓力增至21 MPa并維持3 min，系統各接口、焊口等地方不應有泄漏（此時溢流閥壓力＞21 MPa）、零部件無損壞、不變形。耐壓試驗結束后，打開蓄能器組件的截止閥，使蓄能器投入運行。

（3）溢流閥整定。先將溢流閥調壓手柄松開，再將待調變量泵調壓閥的調壓螺桿擰緊，緩慢調緊溢流閥調壓手柄，觀察壓力變送器上的壓力為19±0.2 MPa，（受電機功率限制，不要使壓力超調）鎖緊溢流閥調壓手柄，使壓力保持整定值19±0.2 MPa。

（4）系統油壓整定。安全閥壓力整定后，將A泵調壓閥調壓螺桿緩慢擰松，壓力變送器壓力由19±0.2 MPa下降至5 MPa時，緩慢擰緊調壓螺桿，使壓力上升至16 MPa，反復2次后鎖緊A泵調壓閥螺桿，使A泵的輸出壓力保持在16±0.2 MPa，壓力調整完畢，停泵。用同樣方法調整B泵，使B泵的輸出壓力保持在16±0.2 MPa。

圖1 旁路閥門控制原理圖

（5）閥門靜態調試。用信號發生器給伺服閥正負信號，使油缸帶動閥桿上下運行至上下級限位置，測出其實際的最大行程。采用瞬態數據記錄儀，按照全行程啟閉動作時間通過手動加載信號測量旁路閥門的快開、快關時間，其快速開關時間應分別小于3秒。

（6）閥門動態調試。旁路系統正式投運前，需進行邏輯功能檢查（自動調節及關閉保護）。根據機組啟停期間的運行情況，投入旁路系統壓力調節、溫度調節自動；根據旁路閥設計參數，分別在機組冷態、熱態等工況下檢查旁路系統的投運情況，檢查運行參數是否符合設計值。在動態投運過程中，觀察各調節系統的調節過程，考察各調節系統的調節品質，進行調節參數調整。閥門動作時，檢查系統油壓、油溫的變化情況以及閥門是否擺動。

（7）信號系統校驗。按照連鎖保護試驗卡檢查各個壓力開關動作和儀表盤指示是否正常，檢查相關報警裝置及聯鎖保護裝置，如油壓低聯鎖備用泵。本系統可手動在線試驗泵聯鎖壓力開關在系統壓力＜13.5±0.2 MPa時是否接通。試驗時，把液壓箱內的開關K18和K15打開，模擬系統壓力＜13.5±0.2 MPa，檢查泵聯鎖壓力開關是否動作。

3 故障分析與處理

3.1 伺服閥故障

（1）故障現象。在機組某次啟動過程中，隨著主汽壓力上升，運行人員打開高旁閥控制壓力，當高旁閥開至5%后又緩慢關閉至零時，發現系統油壓緩慢下降（圖2）。當系統油壓下降至14.5 MPa時，啟動B油泵，待系統油壓逐漸恢復正常后停止B泵運行，系統油壓再次緩慢下降；同樣，保持B泵運行，停止A泵，油壓仍然緩慢下降，再次給高旁閥指令時，閥門拒動。檢查發現：①油泵聲音異常且振動也增大；②油泵電流由正常運行時的34 A上升至54 A；③當高旁閥全關或將伺服閥接線拔下，高旁閥回油管道溫度高于其他閥門回油管，同時聽到有泄油聲，且發生劇烈振動。

圖2 高旁系統油壓下降過程曲線

（2）處理措施。關閉高旁閥進油截止門，待系統油壓正常后，分別試驗高旁噴水調節門和高旁隔離閥，閥門動作正常且系統油壓并未出現下降現象，據此可以排除油泵和系統油路故障，僅是單獨高旁閥故障。從故障現象初步判斷是高旁閥伺服閥存在內漏，泄油量較大導致系統油壓下降［4］。伺服閥內漏最常見故障是卡澀和磨損［5］。由于伺服閥閥套與閥芯的間隙僅為2 μm左右，一旦抗燃油污染顆粒度增加，極易造成伺服閥卡澀；伺服閥閥口磨損也能引起伺服閥內漏量增大、零偏不穩定。更換高旁閥伺服閥后，故障消除。

3.2 信號干擾故障

（1）故障現象。在機組停機過程中，開旁路泄壓時，在高旁閥指令不變的情況下，高旁閥反饋信號發生周期性的連續波動，且波動幅值大，同時系統油壓頻繁劇烈波動（圖3），就地檢查發現，回油母管溫度極高，且高旁系統所有油管都產生劇烈振動，高旁閥頻繁抖動。

（2）故障排查。①啟動另一臺油泵試驗,故障現象并沒有消除，排除油泵故障；②檢查LVDT是否脫落、松動；③檢查油動機與閥門連接處是否松動；④檢查伺服閥指令線是否松動；⑤重新調整VPC卡內部的參數配置；⑥更換LVDT和VPC卡；⑦檢查2臺油泵調節裝置；⑧更換高旁閥伺服閥。⑨檢查蓄能器壓力是否正常和截止門是否打開。經上述排查，故障并未消除。

（3）解決方法。試驗分析：①關閉高旁閥進油截止門，分別試驗高旁噴水調節閥和高旁隔離閥，閥門動作正常且系統油壓穩定。②拔下伺服閥插頭，外加信號將高旁閥開啟，高旁閥開關正常，油壓穩定；③就地單獨給高旁閥的快開、快關電磁閥加信號，閥門動作正常且油壓穩定。通過上述試驗結果判定僅是高旁閥故障導致系統油壓波動，根據工況初步判斷為存在外部熱工信號干擾，逐一排查伺服閥信號是否有接地和線路短接現象，檢查發現VPC卡中LVDT變送器外殼與電路板之間存在短路現象，導致VPC伺服系統輸出信號中含有交流干擾分量，進而造成高旁閥指令出現干擾信號。對VPC卡中LVDT變送器外殼與電路板進行隔離處理，消除短路故障，高旁閥擺動現象消失。

3.3 蓄能器故障

（1）故障現象。在進行低旁快開試驗時發現，快開指令發出后，低旁閥開至44%時有所停頓，然后再繼續開啟；同時低旁系統油壓由16 MPa急劇下降到13.4 MPa，導致油壓低壓力開關動作，備用泵聯鎖啟動；當閥門全開后，油壓逐漸恢復到正常值16 MPa，圖4為低旁油壓急劇下降過程曲線。

（2）故障排查與處理。檢查系統發現管道產生劇烈振動，但無漏油現象。由于低旁系統共6個閥門，低旁快開時，系統瞬間用油量增大，油壓會有所下降，但因柱塞泵的自動調節特性和蓄能器補油作用，油壓不可能下降至3 MPa。觀察低旁其它閥門的動作曲線，發現也有同樣的現象，說明是系統存在故障。經逐一排查，重點檢查柱塞泵和蓄能器。①單獨啟動另一臺油泵，快開低旁，故障并未消除。②重新調整2臺柱塞泵恒壓變量閥，系統油壓能及時跟蹤變化，排除柱塞泵故障。③檢查蓄能器進、出口截止閥和充氮壓力，發現蓄能器進口截止閥沒有打開，導致蓄能器沒有參與系統補油。打開蓄能器進口截止閥后，再次進行低旁快開試驗，低旁系統6個閥門快速開啟，系統油壓只降低0.5 MPa。

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圖4 低旁油壓急劇下降過程曲線

4 總結

蘇爾壽CCI液壓旁路系統具有較為完善的調節、控制及保護功能和動態快速響應特性。在系統基建調試過程中，應充分暴露系統與設備設計、安裝中存在的問題，以便及時分析處理。對液壓旁路系統出現的問題，應仔細分析系統各重要參數（閥位、指令、油溫、油壓等參數）變化情況是否異常，檢查油管溫度的高低、油流聲音的大小、油管振動情況是否異常等。采取將故障閥門進行隔離，尋找突破點進行分析處理的方法，判斷是系統問題還是個別閥門問題。

［1］孟杰.300 MW汽輪發電機組冷態起動過程旁路系統的運用[J].熱力發電，2008，37（2）：59-61.

［2］鄭赟.印度工程汽輪機旁路容量的選型設計[J].熱力透平，2012，41（3）：209-214.

［3］王大偉.伺服閥常見故障的分析與處理[J].電力建設，2011，22（9）：46-48.

［4］李振欣.發電廠EH系統的常見故障及處理方法[J].電力安全技術，2006，12（8）：47-48.

［5］周園,胡乃文.300 MW汽輪機組EH系統電液伺服閥常見問題分析及對策[J].電站系統工程，2006，22（2）：31-32.果測量值超過此值，說明發生了故障。門限值大小不合理，門限值太寬，難以有效檢測到故障；門限值太嚴，易導致虛警；若飛行中BIT門限值與地面維修時門限值不協調，易導致不能復現和重測合格現象。門限值固定，在惡劣環境因素（高溫、高濕、頻繁氣壓變化等）、振動沖擊、不適當激勵和干擾（系統潛在通路、強電磁干擾、電源波動等）下導致其適應性、魯棒性差、易發生虛警。

〔編輯 李波〕

除此之外，BIT虛警率的高低和BIT工作的可靠性高低也有很大的關系。BIT自身工作可靠性的高低主要體現在以下兩個方面。

（1）BIT自身發生故障（如軟故障、硬故障、瞬態故障、間歇故障等）。例如BIT組成單元降級，結果將導致報告被測系統中出現故障；BIT中故障判定或指示報警部分發生故障，也會導致被測系統無故障但BIT發生報警現象。

（2）BIT在非設計的條件下運行。例如當BIT在實際工作條件下所受環境應力與設計時所預計的不同時，BIT工作特性與原計劃相比發生變化，使原設計的BIT特性（如門限值）出現虛警區和未檢測區。

1.2 BIT虛警影響

下面以美國空軍典型BIT虛警數據做一下說明，根據美國空軍試驗和評價中心的分析報告，F-15上的BIT系統診斷能力僅達到50%～70%，虛警率高達85%；根據外場統計數據表明，F-16C因虛警造成的重測合格率高達40%；美國海軍司令部進行的研究表明，從武器系統拆下的外場可更換單元（LRU）約有70%無故障；據統計，我國民航進口飛機電子設備的誤換件率也高達60%，同時常規BIT無法排除間歇故障。

BIT的虛警問題會在從飛行任務到后勤保障維護等多個方面造成嚴重后果[1]。

（1）影響產品/部件可用度。錯誤的BIT指示使得產品/部件功能得不到正常有效的利用，并且會因而影響飛行任務。

（2）造成無效維修。錯誤的BIT指示使得好的可更換單元被拆卸和維修，造成人力、時間和費用的浪費。

（3）影響維修備件供應。錯誤的BIT指示使得設備可更換單元的備件數目難以有效地確定，可能造成備件浪費或貽誤戰機。

（4）失去使用、維護人員信任。對使用者而言，可能因此造成嚴重后果；對維修人員而言，可能放棄使用BIT手段進行維修活動，造成效率低下。

2 BIT虛警解決方案

2.1 硬件改進方案

（1）合理地確定監控容差和延時。BIT在不同級別測試維修情況下，其門限值要求不同，越是高級別的維修測試，BIT門限值應逐級減小，避免過多出現不能復現和重測合格現象[2]。在不同工作模式下發生故障時，有些被測對象的參數偏移和漂移范圍不同，若采用固定門限值會導致漏警或虛警，應適時地改變門限值的大小來適應被測對象的不同工作狀態，還可以采用新型檢測技術、多源測點信息融合技術以及自適應檢測濾波等技術，以防止虛警發生。

另外，在工作過程中，有些系統的特性可能發生較大瞬態變化或較大擾動，但未發生故障，此時若采取系統穩態工作時的門限值進行檢測，易導致虛警，因此，可在瞬態變化或擾動衰減以后再加入門限值來防止虛警發生。

（2）針對BIT信號獲取中的干擾引起的虛警，分析采集信號的特性，采用必要的硬件濾波措施，消除干擾對BIT決策的影響。

（3）提高元器件的可靠性、完善生產工藝、改善硬件原材料和提高裝配質量等。

2.2 軟件改進方案

應用BIT軟件解決虛警問題具有靈活性、升級容易、便于智能化處理等特點，所以說采用軟件改善BIT的診斷算法來降低虛警是一種比較高效、實用的方法，主要有以下幾個方面：

（1）根據部件的重要性和故障危害度等綜合因素[3]，合理設置判故門限，以取得BIT故障檢測率和虛警率的合理折衷。針對瞬變狀態引起的虛警，檢測到的故障信息不要馬上報警，延時一段時間，連續檢測確認該信息無誤后再報警。

（2）采用數字濾波和卡爾曼濾波技術，可以有效消除干擾噪聲對實際信號的影響。

（3）在BIT故障診斷算法中引入諸如專家系統、自適應和神經網絡技術等智能理論和方法。

2.3 人工及環境改進方案

人的因素在BIT虛警中也占有重要的位置，現在興起的人素工程，重點就是研究人在系統正常運轉和維護中的地位和作用。

環境影響問題無處不在，是每個系統工程中都要客觀面對的問題。現代飛行器系統所處的惡劣環境：高溫、高濕、電磁輻射、振動沖擊、這些因素不僅影響被測對象，同時影響BIT模塊本身。

提高地勤維護人員的個人綜合素質、加強工程管理手段、嚴格遵守BIT操作規程、降低或有效隔離環境應力、改善保養/存儲條件，也可以對BIT虛警起到一定的控制作用。

3 結束語

虛警率較高始終是制約BIT技術研究和應用的瓶頸問題之一。通過總結故障診斷算法、門限值、可靠性等方面產生的原因，概括出了一個較為系統的BIT解決方案，以其推進BIT深入的研究和廣泛的應用。

參考文獻

［1］田仲，石君友.系統測試性設計分析與驗證［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2003.

［2］溫熙森，徐永成，易曉山，等.智能機內測試理論與應用.北京：國防工業出版社，2002.

［3］天翔.電子設備測試性及診斷技術.北京：航空工業出版社.

〔編輯 凌瑞〕

圖3 高旁閥頻繁擺動過程曲線

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.45

TK267

B