728 MW汽輪機調門卡澀原因分析與處理措施

劉 劍

（中核核電運行管理有限公司運行五處，浙江 海鹽314300）

0 引言

秦山核電三廠（以下簡稱“秦三廠”）兩臺機組汽輪發電機型號為TC4F-52，為單軸、三缸、四排汽、再熱凝器沖動式。每臺汽輪發電機有主汽門、調門、再熱主汽門、再熱調門各4個，共16個汽門，其中，有伺服調節功能的有7個，分別是：2#主汽門（簡稱MSV）、4個調門（CV）、再熱調門（ICV）C、再熱調門D。 在執行調門全行程動作試驗期間，兩臺機組多次發生調門卡澀現象。其中，1號機組4#調門1次，2號機組3#調門4次。一個調門卡澀失去調節作用后，其他調門也將不在正常的控制位，汽輪機功率控制將受到嚴重影響。

1 調門控制原理

汽輪機控制油（簡稱EHC油）分為動力油和保護油兩部分。動力油進入主汽門、調門、再熱主汽門、再熱調門等設備的油動機活塞，和閥門機構的彈簧配合，開啟和控制閥門；保護油進入油動機的控制閥，控制動力油進出油動機的活塞，實現閥門啟閉，緊急情況下，保護油快速泄壓，切斷動力油供給并快速泄壓，各汽門快速關閉，從而達到汽機保護的目的。秦三廠汽輪機調門控制回路由伺服閥、快關電磁閥和遮斷閥3個主要設備組成。保護油經快關電磁閥進入遮斷閥閥腔，推動遮斷閥閥芯克服彈簧力使其打開；動力油經打開的遮斷閥，通過伺服閥按照控制信號比例調壓后進入油動機調節調門開度。調門控制原理如圖1所示。

圖1 調門控制原理圖

伺服閥是由力矩馬達、兩級液壓放大和機械反饋系統等組成。當線圈中有電流通過，產生一磁場，在其兩側磁鐵的作用下，產生一旋轉力矩，使擋板轉動。擋板轉動使兩只噴嘴前的油壓不相等，則滑閥兩端的油壓也不相等，差壓導致滑閥移動,使滑閥凸肩控制的油口開大或關小，并控制通往油動機活塞下腔的高壓油，最終控制調門開度。伺服閥工作原理如圖2所示。

圖2 伺服閥工作原理圖

在進行調門試驗時，操縱員按下“CV TEST”按鈕后，伺服閥減小進入油動機的動力油油壓，調門逐步關小；當調門開度小于10%后，快關電磁閥動作，對遮斷閥閥腔泄壓，遮斷閥關閉，進入油動機的動力油被截斷并泄壓，調門關閉；松開“CV TEST”按鈕后，快關電磁閥復位、遮斷閥復位、伺服閥復位，進入油動機油壓建立，調門打開。

2 原因分析與改進措施

2.1 原因分析

從調門的控制原理分析，只要快關電磁閥、遮斷閥或伺服閥中的任意一個設備故障都可能導致調門失去調節功能。快關電磁閥的開關狀態有明顯的指示，如果是快關電磁閥動作不正常，通過目視檢查可以發現，且維修人員可以使用專用工具活動閥芯以消除故障；如果是伺服閥缺陷，通過插拔伺服閥的信號接頭或可消除調門卡澀缺陷，插拔無效則通過在線更換伺服閥[1]，可消除缺陷，在線更換伺服閥技術多數電廠都已熟練掌握；遮斷閥既沒有閥門指示，也沒有快速有效的消缺方法，如果是遮斷閥卡澀無法復位，只能通過銅棒敲擊遮斷閥有可能使遮斷閥閥芯復位，敲擊無效則只能停機處理。

通過以上簡單的干預措施顯然無法從根本上解決調門卡澀的問題。因此2018年10月2日，秦三廠2#機組小修將在2018年7月4日試驗中發生卡澀的3號調門關斷閥、2018年8月1日試驗中發生卡澀的2號主汽門、再熱調門D上的關斷閥連同其上游快關電磁閥一同送到上海寶柯進行解體檢查，同時也抽檢了幾個沒有發生卡澀的關斷閥和電磁閥做狀態比對，以查找導致閥門出現卡澀的原因。閥門解體結果如表1所示。

表1 閥門解體檢查的結果

解體檢查的結果可見：3個出現卡澀的滑閥體面都有明顯的被硬質顆粒拉磨、劃痕，滑動配合面有明顯被腐蝕、磨損和單邊滑磨癥狀，表面粗糙度變大，增大了滑閥滑動阻力。遮斷閥內驅動（小）閥芯上、快關閥內閥芯體面積存少量油泥；快關電磁閥腔內有可見的硬質顆粒及軟性異物。綜合判斷，導致滑閥卡澀的主因是硬質顆粒雜物被沖流到滑閥內，EHC油中的少量油泥不至于導致卡澀，為促成原因。

在過去的運行經驗中，出現調門卡澀故障，多數認為是油泥堵塞伺服閥的滑閥所致[2]，而這次解體檢修讓油質中的硬質顆粒第一次出現在我們的視線中。經分析，硬質顆粒可能來源如下：

（1）油動機、電磁閥解體檢修過程中的殘留；

（2）油動機進油管段連接時，螺紋絲扣對接時誤入；

（3）電磁閥等復裝時，外部落入；

（4）閥芯/閥腔體面長期被（酸性）腐（侵）蝕所致。

2.2 處理措施

措施一：變更改造

為了提升EHC油品，1#機組于2013年大修期間更換了EHC油，但是更換完1個月后，汽輪機主跳閘電磁閥多次發生油泥淤積引發的卡澀現象。經過西安熱工院分析：EHC油長時間使用，油中會溶解一些大分子結構（如油泥），而新油、管道內殘油和管道內壁附著的油泥混合會加速油泥的析出，并且隨著EHC油的流動淤積在伺服閥、電磁閥等設備上。經過綜合考量，2#機組EHC油沒有再更換新油。而是將EHC油的硅藻土過濾器改造成樹脂再生濾芯，具體表現是：（1）可以去除油泥；（2）可以降低油的酸值；（3）可以提高油的電阻率；（4）可以使油的顏色變淺。此外，為了使EHC油中的水分含量維持在較低水平，減緩磷酸酯水解、老化，為兩臺機組EHC油系統增加在線防水、除水裝置。

措施二：工作控制

EHC油泵單元區域在汽輪機廠房內采用開放式布置。為了防止灰塵進入，秦三廠兩臺機組在EHC油泵單元區域都搭建了防塵棚。日常維修過程中也要加強對檢修過程中異物控制，防止油動機、電磁閥等解體檢修、系統開口作業時導致硬質顆粒混入油系統。

措施三：預防性維修

增加EHC油樹脂濾芯更換頻率等預防性維修工作的頻度。制訂專門的汽輪機控制油系統沖洗作業計劃，加強對保護油等回路支管和轉角處的沖洗力度，嚴格根據化學控制參數指標控制油品。

措施四：缺陷維修

機組大修期間，整體更換了16個汽門的伺服閥、遮斷閥，并對更換下來的閥門進行檢測，對于狀態評價合格的閥門用于備件入庫處理。閥門更換后，近兩年內機組都沒有再發生過調門卡澀故障。

3 結語

調門卡澀故障在大多數電廠中都有發生，應對這一故障的運行經驗總是在不斷積累，而隨著設備長周期運行后的不斷老化，也會有新問題出現，需要深入開展這方面的研究，不斷地完善和改進，努力地去提高汽輪機設備的可靠性[3]，確保機組的安全、穩定運行。