高壓調節閥LVDT感應桿支架脫落的原因分析

賀治國

(國電電力大同發電有限責任公司， 山西 大同 037043)

0 引言

國電電力大同發電有限責任公司7號機組是我國首臺直接空冷的600 MW機組，汽輪機為哈爾濱汽輪機廠引進西屋技術自主開發研制的NZK600-16.7-538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽反動式凝汽式汽輪機。DEH控制系統采用ABB symphony公司的HSS03伺服模件，接受高壓調節閥線性可變差動變壓器(linear variable differential transformer，LVDT)感應桿的位置反饋信號，進行采集、處理、綜合運算后輸出指令至伺服閥，進而控制汽輪機高壓缸GV1-GV4的4個進汽調節閥開度。軸承振動保護系統報警值為70 μm，危險值為250 μm，當某瓦軸承振動超過危險值且相鄰瓦的軸承振動超過報警值時，就發出汽輪機跳閘指令。

1 事故概況

某日20：26，7號機組高壓調節閥為單閥運行方式，運行人員檢查發現GV4調節閥的LVDT感應桿支架脫落。經過檢修人員就地確認GV4調節閥實際已全關，LVDT感應桿支架從根部斷裂，加固支架的2根斜拉筋也同時斷裂。GV4調節閥的位置反饋值由18 %突變為55.37 %，負荷由496 MW降為423 MW，1號軸承振動X向由29.34 μm上升至72.72 μm，2號軸承振動X向由82.37 μm上升至228.68 μm，已接近汽輪機保護跳閘定值。

次日00：08，檢修人員在處理GV4調節閥的LVDT感應桿支架斷裂缺陷時，該汽輪機突然跳閘，MFT動作，盤前發出“汽輪機軸承振動大”光字，首出原因為汽輪機軸承振動大。01：20，該調節閥LVDT感應桿斷裂的支架恢復工作結束；01：30，汽輪機掛閘沖轉；03：13，機組并網。

2 事故原因分析

2.1 汽輪機高壓調節閥控制原理

在汽輪機高壓缸的進汽調節過程中，伺服模件接收調節閥的LVDT位置反饋信號值Y和指令設定值X，進行計算比較后輸出對伺服閥的控制指令Z=X-Y，最終實現X=Y，即指令值Z為0(見圖1)。通過調節伺服閥內部進油通路，從而控制調門油缸進出油量，實現調節閥在調節過程中的正常開、關動作。當Z＞0時(即指令大于反饋)，調節閥向上開大；當Z＜0時(即指令小于反饋)，調節閥向下關小。

2.2 汽輪機軸振大跳機分析

當GV4調節閥LVDT感應桿支架脫落時，指令值X=18 %、反饋值Y=55.37 %、伺服閥控制指令Z=-37.37 %＜0，故GV4調節閥關閉。當檢修人員準備處理該缺陷時，經值長同意，將指令值X強制為-3 %，當檢修人員將支架復位時，反饋值突變Y=-20.42 %，經計算伺服閥控制指令Z=17.42 %＞0，GV4調節閥被打開。但反饋Y值不隨之變化，導致Y≠X，直至GV4調節閥全開，負荷由451 MW突升至493 MW。

圖1 汽輪機高壓調節閥控制原理

此時，機組實際負荷493 MW高于AGC速率限制輸出的負荷設定值450 MW。由于機組在AGC的協調控制模式下運行，實際負荷高于負荷設定值43 MW，協調系統迅速減小汽輪機主控的PID輸出，進而減小了DEH系統的綜合閥位輸出，最后減小各調節閥指令值X。由于GV4調節閥被強制而不能接受綜合閥位指令，但GV1-GV3調節閥都接受綜合閥位指令，進而關小各自的調節閥，造成汽輪機高壓缸四周進汽嚴重不均，產生汽流激振，導致1號瓦軸承X向振動上升為108.45 μm，2號瓦軸承X向振動上升為255.26 μm，進而觸發“汽輪機軸振動大”保護動作，使該汽輪機跳閘。

3 暴露的問題

(1) 措施不完善。檢修人員未要求運行人員退AGC協調控制，也未要求機務關閉GV4調節閥的EH油管進油閥，只是將GV4調節閥的指令強制為-3 %，而未強制為-100 %。這就造成GV4調節閥LVDT感應桿支架在復位移動過程中反饋值突變為-20.42 %，致使伺服閥控制指令Z＞0，GV4調節閥全開，GV1-GV3調節閥關小，引起汽輪機軸振動大保護動作。

(2) 技術水平不高。焊接質量和工藝要求不嚴格，造成支架和斜拉筋焊口開裂，促使GV4調節閥LVDT感應桿支架脫落，導致反饋值錯誤。

(3) LVDT感應桿支架設計不合理。以往就發現了感應桿支架不牢固，但僅僅以2根斜拉筋來加固，說明防范措施不完善、固定強度不夠，難以克服高壓調節閥振動強度大而頻繁的工作環境。

經過以上分析，認為此次事故暴露出的問題主要為消缺措施不完善和設備可靠性差。

4 防范對策與措施

4.1 加強設備巡查，及時發現隱患

重新梳理、完善重點區域和重要設備，特別針對隱蔽性大的區域以及設備易發生故障的部位，由設備責任人定期每日檢查，班組長做到每周至少3次檢查，分管專工每周2次檢查，并規范重點區域的檢查要求、制定重點設備的檢查標準。通過上述措施，提高巡查頻次，完善設備巡查要求，保證巡查質量，達到及時發現隱患的目的。

4.2 完善處理預案，確保安全可控

總結歷次事故教訓，收集缺陷處理經驗教訓，完善重大缺陷處理預案，讓工作人員在處理缺陷時有規程指導、流程參考，進一步提高對重要設備缺陷的應急處理能力，確保在消缺過程中安全措施的完備。

4.3 改進固定支架， 消除設備隱患

為了改進LVDT感應桿支架結構，查閱相關資料，積極聯系有關專家共同研究解決高壓調節閥LVDT感應桿支架固定的問題。分析認為：支架的選擇應該既能保證調整精度，又能消除或減弱安裝位置的振動應力。因此，采用“上大下小”3層塔形結構的空心支架，不僅減輕了支架的重量，而且有效減弱了安裝位置振動應力的傳導，其圓弧型的底部結構，能夠增加與閥門提升桿的焊接面積。為了進一步減弱振動應力的傳導，設計了LVDT感應桿的延長桿并用滑輪固定，使用小角度萬向節將延長桿與塔形支架連接。塔形支架水平安裝，并與延長桿垂直連接，有效抑制了振動應力，并使LVDT感應桿動作靈活，確保了測量精度。

經上述改進的LVDT支架，在使用中達到了預期效果，徹底消除了支架脫落的安全隱患。

4.4 強化安全技術培訓，提高工作能力

一方面，通過事故案例和隱患問題加強作業人員的安全教育，提高安全意識和工作責任心；另一方面，通過開展技術培訓、經驗交流以及應急預案學習，結合檢修標準化和安全文明生產標準化工作，以提高班組員工在實際工作中對危險點分析判斷和故障處理能力，確保風險可控。

5 結束語

此次7號機組汽輪機高壓調節閥LVDT感應桿支架脫落的停機事故，加深了對汽輪機調節閥位置反饋信號的穩定性與運行機組的安全性之間重要聯系的認識。雖然LVDT感應桿支架采用斜拉筋加固，但仍然不能克服高壓調節閥的快速調整和長期高頻振動所產生的應力。如果能夠深刻認識到LVDT感應桿支架的隱患并采取有效的防護措施，或消缺時做好關閉EH油管進油閥等必要的安全措施，就應該能夠避免此類事故。