中壓主汽門不受控制開啟的缺陷處理

蘇東明

（廣東粵華發電有限責任公司，廣東 廣州 510730）

0 引 言

某廠330 MW機組開機過程中出現了在暖管階段中壓主汽門自行打開的異常現象，影響了機組的安全穩定性，擾亂了運行人員的工作計劃。下面將對該缺陷進行深入分析，并給出解決方案。

1 設備簡介

機組原為上海汽輪機廠N300—165/535/535型汽輪機，設有2個高壓自動主汽門、8個高壓調節汽閥和4個中壓聯合汽門。每個汽門配置1臺油動機，共有18臺油動機，均為單側進油式。調速保安系統原為上汽廠全液壓調節系統，后于2002年改造為高壓抗燃油DEH純電調系統，僅保留了危急手動遮斷器、危急遮斷器和危急遮斷油門三樣低壓保安設備。2012年，該機組進行330 MW通流改造，三大門系及調速保安系統仍襲用改造前的設備無變化。

2 異常現象

2012年7月15日，該機組通流改造后首次啟動。在鍋爐點火后暖管過程中，運行人員按計劃啟動1臺EH高壓油泵備用。在啟動油泵幾秒后發現，4個中壓主汽門全關信號消失。現場人員報告4個中壓主汽門正在開啟，至接近全開狀態后又緩慢降低到20 mm。又過了約10 min，汽門逐漸關閉到0位，全關信號發出。檢查現場設備正常，暫未能發現原因，經討論后決定繼續執行機組啟動計劃。至汽溫、汽壓達到沖轉條件，機組按規定執行沖轉程序，就在調速系統掛閘瞬間，異常現象再次出現，4個中壓自動主汽門開啟約20 mm（正常情況下此時應在全關位置）。運行人員當即進行下一步操作，在DEH“自動控制”畫面點擊“運行”按鈕開始沖轉程序，全開高、中壓自動主汽門，漸開調門，機組開始穩定沖轉直至帶負荷。開機后，調速系統運行正常。

在機組啟動的暖管階段要求高壓主汽門、中壓主汽門、調速汽門以及高排逆止門關閉嚴密無漏汽，嚴防水和冷汽進入汽輪機，而該型機組中聯門（結構見圖1）的中壓調門為無預啟閥形式，每個調節閥碟上開有4個直徑50 mm的汽壓平衡孔，故中壓調門不能隔離再熱蒸汽，只能靠中壓自動主汽門截斷蒸汽。汽門不受控制開啟的缺陷可能會導致機組盤車狀態時非正常沖轉及其他不良后果，嚴重威脅機組的安全運行。

3 原因分析

中壓自動主汽門的動作直接受油動機控制。該油動機又受DEH控制，完成閥門的開啟和關閉。它屬于兩位開關控制型，即只有全開和全關兩種工況，正常情況不可能出現部分開啟的工況。熱工查閱工程師站歷史記錄，在啟動EH油泵至運行人員在DEH“自動控制”畫面點擊“運行”按鈕期間，中主油動機指令都為“關”，各電磁閥的狀態也未見異常，故暫時排除邏輯控制方面的原因，查找方向重點集中在液壓系統方面。調速系統的液壓控制原理簡圖，見圖2（省略部分原理重復設備未畫出，下文敘述也僅以圖中設備作例，不再對原理重復的設備另行描述）。

圖1 中聯門

3.1 工作原理簡介

機組啟動時，先啟動調速油泵和EH油泵，分別建立透平壓力油LP和高壓抗燃油壓力油HP，并調整好油壓和油溫參數。待達到沖轉條件時，運行人員從“自動控制”畫面點擊“掛閘”按鈕，遮斷電磁閥組件3YV帶電，建立1.96 MPa的透平油安全油LPT使隔膜閥關閉，截斷抗燃油安全油HPT（此時HPT油流源自高、中壓自動主汽門的快關電磁閥21YV、27YV過來）排向無壓排油DR2母管的回路；高壓遮斷模塊的4個電磁閥13YV、14YV、15YV和16YV帶電，截斷了HPT排向DR2母管的另一回路，從而建立起約14 MPa的HPT油壓；同時，中壓自動主汽門油動機試驗電磁閥28YV帶電，截斷并卸掉中主油動機活塞下部油壓，確保中壓自動主汽門處于關閉狀態，如此完成機組掛閘過程。

圖2 調速系統液壓控制原理簡圖

隨后運行人員從控制畫面選擇啟動方式并按“運行”按鈕，此時中主油動機28YV失電，高壓油經過節流孔及試驗電磁閥28YV進入油缸下腔室，油動機克服彈簧力和蒸汽力作用，以一定速率打開中壓主汽閥門，同時高壓自動主汽門也在電液伺服閥EHSV5的控制下全開。

然后，運行人員檢查確認高壓主汽門和中壓主汽門全開，高壓調門和中壓調門全關，檢查“目標”自動變為3 000 r/min、“升速率”為100 r/min后，在控制畫面按“運行/保持”按鈕，此時DEH系統向高壓調門和中壓調門伺服閥EHSV1及EHSV11發出指令，使高壓調門和中壓調門逐漸開啟，主機轉速逐漸上升。

本系統設置有電氣、機械及手動3種冗余的遮斷手段，掉閘時均可觸發高壓遮斷模塊的4個電磁閥13YV、14YV、15YV和16YV失電，從而泄去抗燃油安全油HPT，同時超速限制OPC電磁閥11YV和12YV，各油動機集成塊上的試驗電磁閥28YV，快關電磁閥17YV、21YV、27YV和29YV全部帶電，確保各油動機處于關閉狀態直至ETS復位，方允許重新掛閘。

3.2 缺陷分析

油動機開啟說明油動機活塞下部有油壓。EH油泵啟動后，調速系統掛閘前中所有電磁閥均未帶電。此時，壓力油HP進入中壓主汽門RSV1油動機后分兩路：一路經快關電磁閥27YV到達卸載閥（型號Vickers F3-CVI-32-D10-M-40，結構見圖3）閥芯上部，通往HPT母管，最后到達高壓遮斷集成塊，通過4個高壓遮斷電磁閥13YV、14YV、15YV和16YV及隔膜閥排至無壓排油DR2母管回油箱；另一路經試驗電磁閥28YV后到達卸載閥閥芯底部和油動機活塞底部，并克服卸載閥芯上部彈簧及油壓力頂開卸載閥后排往有壓排DR1回油箱。可見，如卸載閥芯沒有打開或排油不暢，會導致油動機活塞底部的油壓升高。若該壓力高至一定程度，活塞將克服操縱座彈簧力、閥芯自重及蒸汽作用在主汽門預啟蝶閥上的壓力向上移動打開中壓主汽門。查廠家Vikers資料，該型卸載閥開啟壓力為0.155 MPa（相當于彈簧預加力），閥芯提升面積比為1:1（閥芯下部面積與上部面積之比），故閥芯下部油壓會跟隨上部油壓變化而變化，且下部油壓會比上部略高。而高壓遮斷模塊采用的是4個通徑為10 mm的常開式插裝電磁閥（型號Sterling GS061600V），并未采用常見的電磁閥加卸載閥放大組合形式。在系統未掛閘時雖然HPT油壓沒有建立，但仍然有壓力油流經卸載閥芯上部。假如啟泵時油溫較低，抗燃油粘度較高，高壓遮斷模塊排油不暢，會導致HPT母管在未掛閘時存在一定的油壓，從而卸載閥芯下部和油動機活塞底部也有油壓使汽門打開。之后油溫升高，抗燃油粘度減小，高壓遮斷模塊排油逐漸恢復正常，油動機活塞下油壓隨之減小，汽門逐漸回落。到沖轉前調速系統掛閘，卸載閥芯上部HPT油壓突然建立，油動機活塞下油壓瞬間升高。此時，雖然油動機試驗電磁閥同步帶電切斷并泄去油動機活塞下的高壓油，但因為試驗電磁閥的泄油回路存在0.8 mm的節流孔，泄壓存在延時，導致汽門稍微開啟后又回落。

為驗證以上分析，在機組臨修期間對高壓遮斷模塊泄油能力進行試驗，分別觀察在啟動EH主油泵過程中及EH油壓穩定后相關參數的變化，記錄結果如表1所示。

圖3 卸載閥

表1 高壓遮斷模塊泄油能力試驗記錄

對表1數據進行統計分析，得到如下結果：

（1）高壓遮斷模塊不能把HPT油壓完全泄掉，且中主油動機的開度隨HPT油壓的增加而增加；

（2）當HPT低于0.6 MPa時，中主油動機不會異常動作；

（3）HPT油壓隨油溫上升而下降，且當油溫達到46 ℃時，在啟動EH主油泵過程中，中主油動機不會異常打開。

4 結 論

通過以上分析和試驗，確定汽門不受控制開啟的原因是EH高壓遮斷模塊與隔膜閥泄油量不足，導致EH高壓油泵啟動時高壓保安油存在一定背壓，類似于掛閘狀態，使中壓自動主汽門油動機活塞下產生油壓，而汽門操縱座彈簧力及閥芯的自重等又不足以克服油動機活塞向上的提升力，從而使油動機自動打開。如果采用更換高壓遮斷模塊、擴大從高壓遮斷模塊至供油裝置的排油管徑的方法消除缺陷，不僅改造費用高，而且工期長，對生產影響較大。經討論研究，決定把4個中壓自動主汽門油動機上的Vickers（型號DG4V-3-2A-VM-U-SA7-60）試驗電磁閥更換為可長期通電的Rexroth（型號4WE-6-D6X/EG220N9K4/V）電磁閥，并修改邏輯使試驗電磁閥從EH主油泵啟動瞬間直至調速系統掛閘后機組沖轉前一直帶電，切斷進入油動機活塞底部的油路，防止中壓主汽門非正常開啟。該方案實施后，系統運行正常、穩定。