9E機組汽輪機GV調門異常關閉故障分析

孫 魏, 奚新國

(華能南京燃機發電有限公司，南京 210046)

1 設備概況

華能金陵燃機電廠二期為兩套9E聯合循環熱電聯產機組,燃氣輪機采用南汽與GE公司聯合生產的PG9171E型重型燃機,汽輪機為南汽生產的單缸、雙壓(帶補汽)、無再熱、單軸抽汽凝汽式供熱機組，型號為LCZ60-5.8/1.1/0.587。汽輪機及余熱鍋爐DCS系統采用艾默生公司的OVATION系統，軟件版本：Ovation版本3.3.1。系統共9對控制器，均為OCR400控制器[1]。

2 GV調門動作原理及故障經過

DEH控制系統發出閥位指令信號，經閥門控制(PV)卡處理后，轉變為相應的電氣信號，進入伺服閥，經伺服放大器放大，將電氣信號轉換成液壓信號，使伺服閥閥塊移動，將液壓信號放大后控制高壓油的通道，高壓油進入油動機活塞下腔，推動油動機活塞向上移動，經杠桿帶動調節閥開啟或使壓力油活塞從下腔泄出，借助彈簧力將活塞下壓，關閉調節閥。油動機活塞移動時帶動線性位移傳感器，將油動機活塞的機械位移轉換成電氣負反饋信號。只有當輸入指令信號與負反饋信號相加，使輸入伺服放大器的信號為零后，伺服閥的主閥才能回到中間位置，不再有高壓油通向油動機下腔或壓力油自油動機下腔泄出，此時調節閥便停止移動，停留在一個新的工作位置 。

2017年3月9日9:28:39和9:30:32， #4汽機主調門(GV)2分鐘內兩次異常關閉，后又自行恢復。調取歷史曲線可以看出，9:28:37，GV伺服閥線圈電壓(A、B雙路冗余)均由直流-2.154 V(此前實際運行值)突升至直流-0.127 V。9:28:30，GV開度由100%降至0；隨后，伺服閥線圈電壓繼續升至2.13 V。該電壓維持約5 s后，降至-0.110 V(理論運行正常值)，GV隨即由0開至100%。此后,線圈電壓再次回至-2.1 V。9:28:39，線圈電壓再次由-2.15 V突升至-0.127 V，GV開度再次由100%降至0，線圈電壓亦復現此前變化。9:31:19線圈電壓恢復至-0.152 V，GV調門開度恢復至98.5%。此后，未再發生異常動作。GV異常動作時歷史曲線如圖1。

圖1 GV閥異常動作(GV指令及開度、PV卡輸出電壓)4分鐘

3 GV調門異常動作可能存在的原因

鑒于GV異常動作期間，其邏輯開度指令始終保持在98%以上，幾乎沒有變化，可以排除控制邏輯故障。熱控人員分析認為存在以下幾種可能：伺服閥回路斷線、GV閥VP卡故障、液壓油系統故障、伺服閥油路瞬間堵塞[2]。

3.1 伺服閥接線故障

由于#4機為運行機組，為避免在檢查接線過程中導致閥門關閉，用鐵板抵住GV閥桿。熱控人員去現場檢查伺服閥線圈、LVDT至控制卡件的信號回路，以及伺服閥航空插頭接線柱是否脫焊，均未發現異常，故接線故障排除[3]。

3.2 VP(閥位)卡故障

VP卡(1C31194G01)及其對應的特性卡(1C31197G01)做為DEH控制器與GV調門執行機構之間的接口,提供了閉環的閥門位置控制，閥門開度由閥位卡維持。通常情況下設定值由Ovation控制器設定，VP卡中帶有一個80C196微處理器，它提供實時閉環PI控制。閥位設定值引起I/O模塊產生冗余輸出控制信號，這些控制信號驅動電液伺服閥執行機器上的線圈，和安裝在閥桿上的LVDT檢測到的閥位信號一起構成閉環回路。

檢查VP卡，雙路卡件冗余運行良好，無故障報警指示。A側VP卡為主路工作狀態，但是否發生過往復切換呢？通常，VP卡會在以下幾種情況下發生主備切換：(1)伺服閥斷線；(2)調門指令與開度反饋偏差大于5%且兩路開度(LVDT)反饋偏差大于3%；(3)VP卡件故障。通過歷史曲線及VP卡指示燈閃爍情況看，GV異常動作期間，A、B側VP卡并為發生過切換，始終以A卡為主路。故排除VP卡故障[4]。

3.3 伺服閥堵塞

該GV調門的伺服閥由MOOG公司生產(下稱moog閥)，通過接受模擬電信號，調制相應的液壓油流量和壓力，從而驅動油動機達到目標位置。moog閥對液壓油液的要求較高，需要精過濾才行，否則極小的顆粒雜質都會引起堵塞，造成調門動作異常。但GV的moog伺服閥曾于此前停機期間返廠維護保養，故障可能性較小。經過濾油及油質化驗，也未發現異常。此次異常動作之后的一段時間內，故障也未再復現。所以，暫時排除伺服閥油路瞬間堵塞的可能[5]。

3.4 液壓油系統設備故障

通過歷史曲線看出，GV異常動作期間，EH油壓平穩未波動，除抽汽調閥隨GV關閉聯鎖開大外，其余油動閥門并無異動，故排除液壓油系統設備故障。

4 GV調門VP卡輸出電壓再現異常及處理

3月10日11:55，GV伺服閥線圈電壓由-0.152 V再次降至-2.154 V，引起了我們的警覺。9E聯合循環機組運行期間，汽輪機GV一直處于閥位控制方式，即由運行人員給出GV閥開度指令為100%。通過歷史曲線可以看出：此次起機后至3月9日異常動作前，GV實際開度為99.6%左右，始終低于指令約0.3%～ 0.4%(存在閥門本體活動性不佳的可能)，實際開度未達到指令的開度，于是VP卡積分作用始終存在。正常平衡點電壓約為-0.1～ 0.2 V，而-2.154 V是VP卡的最大輸出工作電壓。通過咨詢艾默生廠家，在廠家的建議下，與運行人員討論后，決定通過改變開度指令，人為消除指令與反饋的偏差，從而消除積分作用。故將GV閥開度設定值由100%下調至98%(功率損失可以忽略)。VP卡輸出電壓隨即恢復至-0.15 V左右，此后該電壓一直穩定在該值，GV閥至今未再發生異常動作，見圖2。

圖2 GV閥異常動作(GV指令及開度、PV卡輸出電壓)15 天

5 GV調門異常動作原因及防范措施

5.1 GV調門異常動作與VP卡輸出電壓異常的內在聯系

通常，機組運行中，隨著調閥指令的變化，VP卡輸出電壓會暫態升高，閥門動作完成后，反饋與指令一致，輸出電壓會回復至平衡點電壓。若電壓長期偏高， 說明VP卡控制回路長期處于積分狀態，卡件中的電子元件特性將有可能發生改變，則應引起重視。這次異常可看作VP卡控制回路長期處于積分狀態下的一次釋放動作，VP卡長期保持最大電壓輸出，導致卡件中的電子元件特性發生改變，其釋放動作具有偶然性，隨機性，會對運行機組產生重大安全隱患。

5.2 采取相應的防范措施

1) 利用停機機會重新校驗GV閥的VP卡，使GV閥在接近滿度指令時，反饋與指令一致，消除可能導致積分作用輸出的靜態偏差。

2) 調整GV閥流量特性曲線，將原有曲線50%流量—50%開度，100%流量—100%開度，改為50%流量—50%開度，100%流量—98%開度，避免閥門實際開度無法滿足高位指令而造成VP卡始終輸出工作電壓。

3) 將GV閥開度指令設置在其實際可達最大開度以下，這與第(2)條在本質上是一致的，且在機組運行期間操作更為安全、方便。

4) 設置伺服閥輸出電壓高報警，當電壓長時間偏高時，提醒運行人員及時采取措施。

調整流量-開度曲線及調門指令只是權宜之計，最終的解決途徑是停機后的閥門本體檢查及VP卡的校驗，使調門的實際開度反饋能夠達到滿度指令的要求[6]。

6 結語

VP卡對GV閥的控制較為精確，死區較小，即使開度指令與反饋存在很小的偏差，也會產生積分作用。機組運行期間,應加強對重要核心控制卡件工作參數的監視, 列入日常巡檢項目，并設置超限報警,出現異常提醒運維人員及時處理，防止引起重要設備的誤動。