某機組燃氣控制閥指令偏差原因分析與處理

施曉煒，蔣敏杰

(江蘇華電戚墅堰發電有限公司，江蘇 常州 213000)

某機組燃氣控制閥指令偏差原因分析與處理

施曉煒，蔣敏杰

(江蘇華電戚墅堰發電有限公司，江蘇 常州 213000)

109FA燃氣-蒸汽聯合循環發電機組在運行中出現燃氣控制閥PM4閥位的指令與反饋存在偏差，威脅機組安全運行。針對該故障進行原因查找并最終解決了問題。

液壓油系統；PM4；閥位偏差；指令與反饋

0 引言

某公司#1機組是由GE公司生產的燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，型號為S109FA。該機組為單軸聯合循環發電機組，于2005年6月正式投入運行，整體運行狀況良好。機組的燃燒室中含有18個低NOx燃燒器，由燃氣控制閥D5，PM1，PM4聯合控制，其中燃氣控制閥PM4直接控制燃燒器中4個燃氣預混噴氣口的燃氣流量，當其閥位指令與反饋發生偏差過大時，可造成進入燃燒室的燃氣流量與機組負荷不匹配，從而引起燃燒不穩定。

1 故障現象

2016年7月18日，#1機在270 MW負荷下運行時出現VGC-3閥位指令(即PM4)與反饋偏差報警。通過查詢機組控制系統,得到閥位指令為73.0%,閥位反饋為74.6%，偏差為-1.6%，而指令與閥位偏差允許范圍為-0.30%～0.30%。停機后，對燃氣控制模塊的PM4進行試驗檢查，發現燃氣控制閥PM4的閥位指令與反饋偏差較大。

2 系統介紹

依據上述可知，當時的機組負荷為滿負荷的70%，此時運行狀態處于871.0 ℃基準燃燒溫度(TTF1)至1 248.9 ℃之間[1]。依據運行規程以及圖1所示，應使燃氣與空氣的燃燒比例增大，故燃氣控制閥PM4的閥位指令應不斷增大。此時伺服閥電信號迅速轉化為液壓信號，不斷有液壓油經過濾網、伺服閥、卸荷閥進入燃氣控制閥PM4的油腔，燃氣控制閥PM4油腔內的油壓不斷增大，不斷平衡燃氣控制閥PM4的彈簧的彈力，使燃氣控制閥的閥位開度逐漸增大以達到運行要求。

圖1 PM4燃氣控制系統

根據圖1可知，燃氣控制閥PM4的控制方式主要采用液壓油控制。PM4燃氣控制系統主要包含濾網、伺服閥、卸荷閥，線性位移傳感器(LVDT)以及燃氣控制閥，這些部件均是控制油閥位產生偏差的影響因素，需逐個進行分析。

圖1中方框為發生燃氣控制閥PM4閥位指令與反饋偏差的直接設備，燃氣控制閥通過平衡彈簧壓力控制閥門的閥位，同時LVDT直接將燃氣控制閥的當前閥位進行反饋[2]。

假設燃氣控制閥PM4的指令為α( % ) ，LVDT的反饋為β(%) ，燃氣控制閥的最大變化量為ΔΧ(mm)，燃氣控制閥的彈簧剛度為K(N/mm) ，進入燃氣控制閥液壓油的壓力值為F(N)，指令與反饋偏差為γ(%)。公式分析如下

β=F/(KΔX)，

(1)

γ=α-β。

(2)

由以上公式可知，當γ居于-0.30%～0.30%之外，可判定發生閥位指令與反饋偏差的故障。

3 原因分析

根據圖 1，可推斷可能引起燃氣控制閥PM4的指令與閥位反饋偏差過大的故障的原因主要有以下幾種：濾網堵塞、伺服閥故障、卸荷閥故障。

3.1 濾網

濾網處于壓力油進入PM4的入口處，其作用能對即將進入PM4的壓力油進行過濾，保護PM4設備管道上的配件免受磨損，防止堵塞。

如果濾網發生堵塞，產生壓降，造成壓力油的壓力低于運行要求，直接引起LVDT的反饋偏小，進而造成指令與反饋偏差增大。濾網前后壓力分析見表1 。

表 表1 濾網前后壓力分析表 MPa

分析表1可知，3次測量，濾網前后壓降控制在0.1 MPa左右，均滿足運行要求，可排除其對PM4的影響。

3.2 伺服閥

從濾網出來的壓力油隨后進入伺服閥，PM4中的伺服閥為典型的電液伺服閥，工作方式主要通過將小功率的電信號轉換為大功率的液壓能輸出，實現對PM4燃氣控制閥的指令控制[3]。

針對此伺服閥，主要采取以下措施：更換新的伺服閥；將此伺服閥與#2同位置的伺服閥更換。更換結束后，應調整對應伺服閥零偏使其能自關，并對其重新標定，保證均能處于零位無誤狀態，接著對PM4再次進行試驗，試驗結果變化不大，可排除伺服閥的影響。

3.3 卸荷閥

進入PM4燃氣控制閥的最后的設備為卸荷閥，卸荷閥出故障后，卸荷閥中通道不利于經過伺服閥的壓力油進入，造成PM4燃氣控制閥無法及時對來自伺服閥的指令信號作出反饋。

為排除是否為卸荷閥原因造成的反饋偏差，更換卸荷閥后調取運行曲線如圖2所示，發現PM4指令與反饋的偏差為-0.25%，同時PM1指令與反饋的偏差為+0.21%，問題由此確認。

經過解體，發現卸荷閥的外環第1級與第2級的O型圈有明顯的破損，造成安全油可通過破損處滲透。卸荷閥中的O型圈屬于軸用YX型O形圈，主要用于往復運動液壓油缸中活塞桿的密封，基本制作材料為橡膠。

造成O型圈破損主要原因為摩擦和磨損[4]，磨損程度主要取決于摩擦力，而摩擦力的大小直接與工作液體承受壓力的大小相關。卸荷閥安全油的壓力一般為11.0 MPa，故產生的摩擦力比較大。由于橡膠本身導熱性能較差，當摩擦力增大時摩擦熱隨之增大，引起橡膠老化，引起O型圈失效乃至破損。

圖2 更換卸荷閥后的試驗結果

當卸荷閥處于工作狀態，安全油注入，平衡卸荷閥設定的壓力，卸荷閥內部通道右移，卸荷閥由閉路狀態切換為通路狀態。如果伺服閥處于打開狀態，經過濾網的壓力油可快速穿過伺服閥及卸荷閥，作用于燃氣控制閥。因此，針對伺服閥的指令能很快在燃氣控制閥的位置處得到反饋。

但是，由于卸荷閥的O型圈(圖中用黑色橢圓標注)損壞，使安全油可滲透進入通道內部，造成卸荷閥通道內部的壓力油與安全油匯集在一起。進入燃氣控制閥的油的流量發生偏差，從而來自燃氣控制閥的反饋與指令產生偏差。

4 結論

當#1機燃氣控制模塊的PM4發生指令與燃氣控制閥閥位反饋偏差較大的故障時，經過分析，可得到以下幾點結論。

(1)當PM4中的濾網壓降過大時，易造成壓力油的壓力低于運行要求，直接引起LVDT的反饋偏小，建議定期安排檢修人員檢查濾網的前后壓差，一旦發現壓差過大，應及時更換濾網。

(2)當PM4輸入伺服閥的電信號與液壓信號不匹配，可造成指令偏差，建議定期安排對伺服閥進行現場校驗，使其電信號與液壓信號一致，保證指令偏差在安全范圍以內。

(3)當卸荷閥的O型圈存在破損或者卸荷閥內漏時，造成掛閘狀態安全油滲透，同樣可造成伺服閥的動作指令信號與燃氣控制閥PM4的反饋信號偏差。為避免卸荷閥出現破損及內漏影響機組運行，建議定期安排檢修人員檢查更換O型圈。

[1]焦樹建，孫守林，張艷春，等.燃氣輪機與燃氣-蒸汽聯合循環裝置[M].北京:中國電力出版社，2007.

[2]蔣華敏.LVDT差動變壓器式線性位移傳感器的現狀和動態[J].傳感器技術，1988.2:62-64.

[3]趙金陽，徐陽，張武軍，等.電液伺服控制裝置的研發探討[J].工業儀表與自動化裝置，2010.2:94-95.

[4]鄭之盛.O形密封圈密封性能影響因素分析[J].現代商貿工業，2010.22:426-427.

TF 557

B

1674-1951(2017)12-0035-02

2017-08-01；

2017-10-20

(本文責編：齊琳)

施曉煒(1993—)，男，江蘇南通人，助理工程師，從事燃氣-蒸汽聯合循環機組調速系統及燃氣進氣系統方面的工作(E-mail:1433002984@qq.com )。蔣敏杰(1985—)，男，江蘇武進人，助理工程師，從事燃氣-蒸汽聯合循環機組燃機汽機本體及調速系統方面的工作(E-mail:flpjmj@163.com)。