影響汽輪機汽門關閉時間測量因素的分析

摘要：本文通過對火電機組汽輪機主汽閥、調節汽閥關閉時間測定試驗過程中常見主要影響因素的逐一分析，通過經驗及理解認識的分享和交流，提出優化試驗條件，改進試驗手段和方法，使試驗數據更準確、可靠。

關鍵詞：火電機組；主汽閥；調節汽閥；關閉時間；OPC；AST

隨著火電機組向超超臨界高參數、大容量方向發展，機組對安全穩定運行的要求越來越高，作為保障機組啟停安全、運行穩定的關鍵設備，主汽閥及調速汽閥，對其性能尤其是安全方面的性能的要求愈加提高，更加嚴格。《電力建設施工技術規范 第3部分：汽輪發電機組》規定“各汽門的關閉時間應小于制造廠的要求，制造廠無明確要求時，關斷汽門和調節汽門的關閉時間應小于0.3s，其中延遲時間小于0.1s”；《汽輪機調節控制系統試驗導則》規定超超臨界以上機組主汽門和調速汽門其總關閉時間建議值均應小于0.3s；《發電廠汽輪機水輪機技術監督導則》規定超超臨界以上機組汽輪機主汽門、調節汽門關閉時間合格值均應小于0.3s；《汽輪機電液調節系統性能驗收導則》規定200MW以上大容量機組主汽門和調節汽門油動機動作過程時間建議值均應小于0.3s。對新建機組、調節保安系統大修或技術改造前后的在役機組汽輪機主汽門、調節汽門關閉時間進行測取，判斷是否符合標準規范要求，這即是火電行業的普遍要求，也是各大發電集團系統技術監督的必備項目，更是機組進行甩負荷試驗的先決條件。由于汽門關閉時間的測定具有一定的精度和響應靈敏度的要求，在我們實地進行測試時，往往會遇到不少問題，影響試驗準確性，甚至導致測試無效，正所謂“失之毫厘，差之千里”。下面就汽門關閉時間測定試驗中常見的主要影響因素進行分析，希望通過經驗及理解認識的分享和交流，能對優化試驗條件，改進試驗手段和方法有所幫助。

油動機排油速度的影響。大容量汽輪機主汽門、調節汽門油動機一般采用單側進油，關閉力主要由操縱座中的彈簧提供，機組靜態試驗情況下主汽門、調節汽門快速關閉時的阻力主要來自油動機活塞下腔室需推擠出去的回油，顯而易見回油排出的速度就決定了閥桿下行的速度；為了適應快速排油的需求，汽輪機主汽門、調節汽門油動機均配有卸荷閥，此卸荷閥為杯狀滑閥結構，其開啟關閉受OPC或AST油路控制，當OPC或AST油路油壓泄去時，卸荷閥迅速打開，油動機活塞下腔室與有壓回油及上腔室的排油路徑迅速導通，從而迅速排油；一般來說，卸荷閥為模塊化產品，其選型確定，開啟動作排油速度就基本確定了，OPC或AST油壓均起源于壓力油經過主汽門、調節汽門油動機或高壓遮斷控制塊內部裝設的節流孔節流后形成。在OPC或AST系統最大排油量確定的情況下，OPC或AST油進油節流孔越小，OPC或AST油路的動作響應越快，從而主汽門、調節汽門油動機卸荷閥打開越迅速，但對OPC或AST系統各部件的嚴密性要求越高，機組重新掛閘恢復時，重建OPC或AST油壓的時間就越長。根據多個電廠主汽門、調節汽門關閉速度的技改經驗來看，油動機及保安遮斷系統的排油速度對汽閥關閉時間的影響占比重最大，一般從這方面著手改進，均能取得較好效果。

汽閥操縱座彈簧預緊力的影響。為了確保主汽閥、調閥閥芯與閥座接觸嚴密，并有一定密封力，對主汽閥、調閥操縱座與閥桿連接時，使閥芯自由落在閥座上，將操縱座彈簧預壓縮一定長度，再配準連接器調整墊片，調整連接尺寸，連接緊固。我們知道，主汽門、調節汽門在彈簧作用力下從開啟到關閉，是壓緊的彈簧逐漸釋放能量的動態過程，整個關閉過程的快慢取決于彈簧力在行程時間段上的積分作用。由于在油動機活塞桿、汽閥閥桿尺寸一定的情況下，改變彈簧的預壓縮量，勢必對連接尺寸進行調整，而油動機在行程末端存在一個緩沖區，其長度一般占整個行程的10%不到，為了保證閥芯閥座接觸密封面不被關閉時的沖擊力損傷，必須使關閉點閥桿位移對應在油動機緩沖區內，這就限制了對連接尺寸，從而彈簧預緊力的調整；根據某300MW機組主汽門、調速汽門關閉時間過長問題的技改經驗，增大彈簧預緊力的方法，僅能使汽閥關閉時間縮短數十毫秒。

測量時所取信號的影響。我們在主汽閥、調閥關閉時間測定試驗過程中，一般采用將ETS機柜打閘信號、DEH機柜上的調門開度反饋信號、主汽門全開全關位置開關接點信號接入錄波儀器，因機組打閘信號采用了ETS機柜直接輸出去執行環節的硬件輸出信號，于是能很好反映出作為起始點的打閘時刻；如果取了ETS機柜通訊至DCS的遮斷狀態信號，因涉及計算機網絡系統的運算周期，這個延遲就很可觀了，甚至在所采集的關閉過程曲線上，會出現時序顛倒的情況，使測試失敗。在測取調節汽閥關閉時間時，如直接測取DEH機柜閥門伺服卡件上專用于測試的閥位輸出通道，就能得到理想的響應速度和平滑連續的錄波曲線，但是如果測取選用了經過模數數模轉換用于一般顯示的閥位反饋輸出通道，所獲得的關閉錄波曲線將呈現階梯狀，甚至會影響測量結果。如果選擇經DEH、DCS計算機網絡系統轉出的調閥閥位反饋，不但錄波曲線呈現很大的階梯狀，時序因運算周期的影響，將有很大延遲，致使測試失敗。

油動機緩沖區的影響。如上文提到的為保護閥芯與閥座密封面，防止高速沖擊帶來的劇烈撞擊損傷，在主汽門、調節汽門油動機行程末端設置有緩沖區，油動機活塞桿進入緩沖區后，正常排油的路徑被封住，僅能通過狹窄間隙排油，使閥門緩慢關閉，從調速汽門測取的關閉錄波曲線上可以看出，閥門在關至完全關閉前有一段平緩曲線，一般緩沖區長度設計為油動機整個行程的5%～10%；在計算汽閥關閉時間時，應留意緩沖區的影響，以拐點處切線與全關位置水平線的交點為計算終點，更符合測取閥門快關時間的目的。對主汽門采用行程開關開關量位置反饋作為測量信號的，有兩種情況：一種為直行程的機構，油動機、閥桿均在一條直線上運動，在確定行程開關的固定位置時有良好的線性可循，可使閥門關閉至進入緩沖區后頻臨全關點，行程開關恰好接觸，因緩沖區本身不長，測取的時間還是能夠反映閥門的真實快關過程。另一種為角行程的機構，閥桿為90°旋轉運動，油動機直線運動，之間通過連桿、曲柄連接，這種位移轉換出現了非線性，閥桿關閉緩沖區角度很小但經過曲柄、連桿機構，在直線行程的油動機位移上被放大了，需要較長距離的行程實現，引起主汽門關閉時間計算上緩沖區時間占比偏大，時間整體上過長。這在上海汽輪機廠生產的中壓主汽門上比較常見。

在調節汽門關閉時間的測量試驗中，伺服閥在打閘后的狀態，也是關閉時間測試結果的影響因素之一。測定試驗時一般采用人為賦值的方式使調閥處于全開位置，打閘時，AST遮斷，產生OPC動作，使調閥油動機卸荷閥迅速打開，泄去活塞下腔室的油壓，而此時伺服閥仍處于全開位置，仍然有源源不斷的壓力油進入油動機，盡管進入的壓力油足以通過卸荷閥迅速排出，但增大了系統回油的負擔，在回油不良或設計不足的情況下也會影響關閉速度；調閥在機組真實運行過程中跳閘時，DEH控制邏輯設計有將伺服閥立即回零的功能；如果在測試中，ETS打閘同時使伺服閥立即回零，將更貼合實際關閉過程。

作者簡介：

周杰（1975-），男，高級工程師，現供職于新疆電力建設調試所有限責任公司，多年從事火電機組汽輪機專業試驗、調試工作。endprint