超臨界600MW機組EH油壓偏低問題分析及處理

李堯+范景利

摘 要：基于內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司600 MW超臨界汽輪機組在一次A修調試過程中由于EH油壓異常偏低導致機組無法掛閘的實際案例，首先詳細描述了EH油系統出現壓力偏低故障的具體現象，簡要分析了可能的原因及相應的檢查處理方法，進一步結合系統各部件的原理進行了深入分析，得到更為具體的原因分析結果與處理方式，并引發了關于EH油壓異常降低的幾點探討，提出了汽輪機調節保安系統檢修維護的幾點建議。

關鍵詞：汽輪機 調節保安 EH油壓

中圖分類號：TK26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0024-03

Abstract：Based on the actual case that unit couldnt hanging gate due to EH low pressure oil at a debugging process of inner Mongolia Guohua Hulun Buir Power Generation Co. Ltd. 600 MW supercritical steam turbine unit ， first detailed describe the specific phenomenon of EH oil pressure on the low side， briefly analyzes the possible causes and corresponding inspection method， further the in-depth analysis combined with the principle of all parts of the system， to get more specific cause analysis and treatment， and triggered a discussion about EH pressure abnormal decrease， propose some maintenance recommendations for the turbine regulating system security.

Key Words：Turbine；Regulation security；EH oil pressure

汽輪機作為火電發電的主要設備之一，其調節系統的保安系統對其正常穩定運行提供了基本保證[1]。而在實際生產中，常常會發生EH油系統壓力偏低的現象，這往往會導致機組無法建立安全油壓順利掛閘，存在著十分嚴重的安全隱患[2]。該文在大量文獻調研的基礎上[3-6]，結合內蒙古國華呼倫貝爾發電有限公司600 MW超臨界汽輪機組的實際案例，對EH油壓異常降低進行了分析討論，并給出了保安系統檢修維護的幾點建議。

1 現象與檢查方法

國華呼倫貝爾發電有限公司1、2號機組為上海汽輪機廠制造NK600-24.2/566/566型超臨界中間再熱兩缸兩排汽空冷凝汽式機組，汽輪機調節保安系統采用數字電業調節系統（DEH），液壓部分采用高壓抗燃油系統（EH），均為上海汽輪機廠配套提供。油泵為兩臺相同容量的恒壓變流柱塞泵，油動機伺服閥型號為MOOG J761-003，該伺服閥為機械反饋式伺服閥。機組共12個汽門，其中2只主汽門（高壓），4只調節汽門（高壓），4只再熱調節汽門由伺服閥控制閥門閥位，油動機為單側油動機，另外兩只再熱主汽門為全開全關型，無伺服閥。在一次機組A修后調試過程中，EH油泵A啟動后，EH油系統油壓異常偏低，約為4 MPa左右，汽輪機掛閘失敗，同時伴隨油泵電機電流較大。根據故障現象，經過認真分析與檢查，經處理后故障得到解決

1.1 現象描述

EH油泵A運行期間泵出口壓力和系統壓力均為4 MPa左右，伴隨油泵A電機電流較大，達37 A，油箱油位始終為650 mm（正常范圍438～914 mm），無下降趨勢，油泵A出口流量85 L/min，油溫無明顯變化，始終為40.8 ℃。

1.2 可能的原因與檢查方法

針對油壓偏低現象，分析可能存在的原因有如下幾點。

（1）EH油泵故障。

EH油泵故障造成油壓下降主要原因通常為泵內部泄露量過大、變量活塞調節不當等。首先調節EH油泵A的變量控制器以提高泵出口壓力，但經過調整后泵出口壓力和系統壓力仍無明顯上升趨勢，聯系運行人員切換至EH油泵B運行，在切換過程中，兩臺泵并列運行期間，兩臺泵出口壓力分別上升至13.7 MPa和13.8 MPa，系統壓力也上升至13.5 MPa，完成切換后，B泵出口壓力與系統壓力再次同時下降至4 MPa左右，由于兩臺油泵在A修期間均經過返廠檢修，油泵的性能指標均經試驗合格后才進行驗收回裝，并且根據切換EH油泵過程中發生的現象判斷，造成系統油壓大幅降低的原因可能為系統用油量超過了單臺油泵工作范圍，初步排除了油泵故障的可能性。繼續從造成系統用油量過大的方向查找原因。

（2）系統存在泄漏。

對EH油系統進行檢查，系統無外漏現象，油箱油位正常，無下降趨勢，故排除系統向外漏油的可能性。經過檢查，發現油泵出口處流量計流量較平時異常偏大，且油泵電機電流超過正常值。故初步判斷EH油壓低原因為系統內部有泄露點。

由于油溫始終穩定在42 ℃，故排除EH油母管溢流閥內漏的可能性；繼續對各汽門油動機有壓回油管道進行檢查，發現4只調節汽門（高壓）有壓回油管道溫度偏高，陸續關閉4只調節汽門（高壓）油動機供油入口隔離閥后，油壓緩慢上升，全部關閉后系統油壓恢復正常。故可判斷原因在4只調節汽門（高壓）油動機上。由于機組未掛閘，故排除溢流閥關閉不嚴及OPC逆止閥不嚴造成壓力降低的可能性。判斷伺服閥內部存在漏流現象。由于2號機組A修全部伺服閥均經試驗臺檢驗合格后進行回裝，且4只高壓調節汽門伺服閥同時出現故障的可能性較小，故排除由于4只高調門伺服閥卡澀造成系統漏流的可能，未對伺服閥電壓進行進一步測量。判斷原因可能出在伺服閥控制信號上。聯合熱控人員對DEH系統進行檢查，在檢查過程中發現4只高壓調節汽閥的閥位指令發生跳變，由正常的0%跳變至100%。故可確定造成本次EH油系統壓力偏低的原因為閥門DEH指令異常，導致系統油流量過大，最終引起油壓下降，機組掛閘失敗。

2 工作原理分析

2.1 伺服閥工作原理

MOOG J761-003伺服閥為雙噴嘴機械反饋式，電液伺服閥由一個電力矩馬達及帶有機械反饋的二級液壓放大器組成。第一級由一個雙噴嘴和一個單擋板組成，擋板與銜鐵固定，位于銜鐵中點，同時，擋板位于兩個噴嘴之間，使噴嘴端部與擋板之間形成兩個可變的節流間隙。擋板和噴嘴所控制的油壓作用在第二級滑閥兩端端面上。二級滑閥為四通滑閥結構，在相同壓差下，滑閥的輸出流量與滑閥開口成正比。反饋彈簧固定在銜鐵上，穿過擋板嵌入二級滑閥中心的一個槽內。在零位時，擋板對流過兩個噴嘴的油流節流相同，滑閥無位移壓差。當有信號作用在力矩馬達上時，銜鐵及擋板會偏向某個噴嘴，是滑閥兩端產生壓差，推動滑閥移動，使高壓油進入油缸或從油缸泄放，油動機動作使LVDT反饋信號與DEH指令信號趨于一致，作用在馬達上的電流消失，擋板回到中間位置，滑閥兩端壓差為零。滑閥在反饋彈簧作用下回到原始位置，直到接受到另一個信號電流。

2.2 EH油泵（恒壓變流柱塞泵）工作原理

EH油泵是一種恒壓變流柱塞泵，其輸出流量根據系統用油量自動調節，啟泵時，滑閥在彈簧的作用下被壓在左側，變量活塞腔室與泵殼腔室聯通，泵的柱塞斜盤以最大傾斜角開始啟動；啟泵后，泵出口壓力升高，滑閥在出口油壓的作用下，克服彈簧力和摩擦力向右移動，使泵出油口與泵的變量活塞腔室聯通，出口油壓使變量活塞外殼向右移動，減少斜盤傾斜角度，使泵的出口流量減少，壓力升高，達到穩定的平衡。壓力調節螺栓用于調節油泵輸出油壓，通過調節彈簧的預緊力，改變作用于變量活塞內的油壓，活塞外殼頂在斜盤上，與斜盤復位彈簧相平衡，系統用油量增大，油壓就會降低，斜盤的傾斜角就會增大，柱塞的軸向位移量加大，即吸油排油量增大，油泵的輸出流量加大，滿足系統油壓量后達到新的平衡點。這是一種有差調節，流量加大會使輸出壓力降低；反之，會使壓力升高。當系統用油量大于泵的輸出流量時，泵的輸出壓力就會不受控制的下降。

2.3 油動機工作原理

高壓油（HP）經隔離閥、濾芯后進入伺服閥，伺服閥結構如圖1所示，伺服閥相當于一個三位四通電磁方向閥，因該油動機為單側油動機，故伺服閥上的一個輸出口被堵死，即該油動機上的伺服閥相當于一個三位三通電磁方向閥，方向閥的開閉由伺服放大器的輸出電流信號決定，當伺服閥輸出電流為零偏電流時，伺服閥相當于一個隔離閥，各油路均不通，由于機組處于打閘狀態，OPC母管無壓力，卸荷閥處于開啟狀態，因此若伺服閥閥接受正向電流時，伺服閥的輸出口、油動機下腔、卸荷閥以及有壓回油管路形成通路，高壓油經過伺服閥、卸荷閥及有壓回油管道回到油箱。

2.4 熱控原理分析

線性位移差動變送器（LVDT）是一個管狀變壓器，變壓器內分布了3組等跨分布的線圈，中央的初級線圈輸入交流電壓進行激勵，兩側由兩個相同的次級線圈反向串聯繞制而成，因此兩個次級線圈相位相反，變壓器輸出為此兩個電壓之差。管中有一個純鐵鐵芯與油缸活塞桿相連，活塞移動帶動鐵芯移動，使兩側次級線圈感應電壓線性變化。調制解調器將兩組電壓疊加整流后輸出一個與活塞移動成正比的線性反饋電壓輸入加法器，加法器將DEH指令電壓與LVDT反饋電壓比較后，將差值送入伺服放大器。當DEH指令大于LVDT反饋電壓時，表明油動機開度不夠，伺服放大器輸出正向電流，使油缸活塞上移，LVDT反饋電壓同時增大，直至與DEH指令電壓一致，表明油動機開度與指令匹配，伺服放大器輸入輸出均趨于零，伺服閥隔斷油路，油動機保持不動，完成一次增大開度過程。反之亦然。

3 具體原因分析與處理方式

3.1 原因分析

當系統流量超過柱塞泵所允許的最大流量范圍時，系統壓力就會不受控制地下降，無法滿足壓力要求。

假設流經4臺高壓調節汽閥油動機的流量分別為QGV1、QGV2、QGV3、QGV4，由于打閘狀態下，OPC壓力為0，油動機卸荷閥處于開啟狀態，油動機油缸無法建立工作油壓，油缸活塞桿無法移動，此時閥門開度反饋為0%，即LVDT反饋電壓為零，而DEH給定閥門開度指令為100%，即DEH指令大于LVDT反饋電壓，伺服放大器輸出正向電流，4臺高壓調節汽閥的伺服閥始終處于全開狀態，使大量高壓油經過伺服閥、卸荷閥及有壓回油管道直接回到油箱。而此時高壓主汽閥、再熱調節汽閥由于開度指令與反饋相一致，伺服閥將流經油動機的油路隔斷，此時高壓主汽閥、再熱調節汽閥的用油量僅為流經各油動機伺服閥雙噴嘴處的油流量，可忽略不計，即可近似認為QTV1+QTV2+QIV1+QIV2+QIV3+QIV4=0。

再熱主汽閥油動機無伺服閥和LVDT，不具備調節能力，設未掛閘狀態下，流經兩臺再熱主汽閥油動機的油流量為QRSV1和QRSV2。

忽略流經每個伺服閥雙噴嘴處的油流量。

由于DEH指令開度發生跳變，此時各高壓調節汽閥上的伺服閥均以最大指令開度開啟，因此流經4臺高壓主汽閥油動機的流量QGV1、QGV2、QGV3、QGV4均較大，系統用油量Q遠遠超過了EH油泵正常工作所允許的最大流量范圍Qmax，系統油壓不受控制地下降，低于ETS保護中的EH油壓力低保護值，最終導致機組掛閘失敗。

3.2 處理方式

在找到造成EH油壓力過低的原因后，啟動另一臺EH油泵，使兩臺EH油泵同時運行，此時EH油系統壓力恢復正常，機組掛閘成功。再次證明兩臺油泵同時運行可滿足該狀態下的系統用油量。隨后，打閘并停運EH油泵，由熱控人員對DEH控制系統進行故障排查，消除控制系統故障后重新給定閥門開度指令，將全部高壓調節汽閥開度指令設為0%，啟動EH油泵A運行，此時EH油壓力恢復正常，機組掛閘成功。

為避免再次發生此類故障，由熱控人員對DEH控制系統邏輯進行修改，在高壓調節汽閥和中壓調節汽閥的閥位給定輸出邏輯中增設一項條件，在當機組跳閘狀態下，即A輸出值為“1”時，選擇C通道，強制全部調節汽閥指令開度始終為-50%，這樣DEH模擬指令與LVDT位移反饋信號的差值始終為負值，使伺服閥接受負向電壓，伺服閥保持負向機械偏置，油動機供油通道被封死，系統以最小的流量進行油循環。這樣，系統油流量僅為流經每個伺服閥雙噴嘴處的流量與流經再熱主汽閥油動機的流量之和。而當機組掛閘后，即A輸出值為“0”時，選擇B通道，-50%的強制指令撤除，系統以正常的函數值進行閥位給定的邏輯運算。

4 關于EH油系統壓力異常降低的幾點探討

造成EH油系統壓力異常降低主要有以下幾種原因。

（1）各主汽門、調門快速卸載閥存在泄露。

（2）EH油母管溢流閥存在工作不正常。

（3）各主汽門、調門電液伺服閥存在泄露（伺服閥卡澀，反饋彈簧變形，伺服控制系統故障等）。

（4）油動機活塞有泄漏。

（5）油動機卸荷閥不嚴。

（6）EH油泵的變量機構存在工作不正常。

（7）調節保安系統節流孔尺寸不合理或安裝錯誤。

（8）DEH系統故障。

因此為保障汽輪機調節保安系統各項性能，提出以下幾條建議。

（1）加強EH油品質監測，防止抗燃油污染，確保EH油品質合格。

（2）嚴格管控檢修工藝及質量，確保調節保安系統設備及部件安裝精確合理。

（3）定期進行調節保安系統各項性能試驗，及時發現問題，確保系統工作狀態良好。

（4）定期進行蓄能器壓力檢查，或通過提高油泵及電機容量等方式，提升EH油系統抗擾動能力。

參考文獻

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