25 MW抽汽凝汽式汽輪機負荷故障分析與處理

楊東旭，張正宇

（本鋼板材股份有限公司能源管控中心，遼寧本溪 117000）

前言

某自備電廠25 MW 抽汽凝汽式汽輪機，型號為C25-3.43∕0.12，額定進汽壓力為3.43 MPa，額定進汽溫度為435 ℃，純凝工況下額定蒸汽流量為101 t∕h，帶抽汽工況下額定蒸汽流量為128 t∕h，高壓油動機行程為200 mm，近期該機組發生汽輪機數字電液控制系統（DEH）閥控狀態下運行操作員點擊加、減負荷按鈕0.2%指令，高壓油動機未執行指令，繼續在DEH 點擊加、減負荷按鈕0.2%指令，當DEH 操作指令累積到一定程度時，突然油動機執行累積的操作指令，負荷出現大幅度升高或降低（見圖1）。

圖1 加、減負荷時負荷和蒸汽量曲線圖

1 汽輪機控制原理

C25-3.43∕0.12 型汽輪機調速系統圖見圖2。當汽輪發電機組啟動并網帶初負荷后，DEH 控制系統轉為閥控方式，該機組運行操作員可通過點擊操作畫面“閥控”增、減按鈕改變總閥位給定值，DEH 輸出4～20 mA 控制信號給REXA 控制箱指令，REXA控制箱輸出控制信號給REXA 執行器，REXA 執行器與高壓油動機連接的閥桿產生位移進而改變高壓油動機錯油門位置，高壓油動機錯油門位置改變之后，與錯油門連接油缸活塞上、下部油壓也相應改變，導致活塞進行上、下移動，拉動與之連接的蒸汽進汽閥移動，改變進入汽輪機的蒸汽量，達到增加或減少負荷的目的。［1］同時油缸通過反饋杠桿使錯油門達到新的平衡位置，滑閥又恢復到中間位置，相應蒸汽進汽閥開度也穩定在新的位置，機組便在新的工況下運行。

圖2 C25-3.43/0.12型汽輪機調速系統圖

DEH 閥控操作畫面見圖3，單箭頭按鈕指令變化量為0.2%，雙箭頭按鈕指令變化量為1%。箭頭向上為增大指令，向下為減少指令。

圖3 DEH閥控操作畫面

2 導致機組負荷異常的原因分析及檢查驗證

2.1 汽輪機油品質

汽輪機油主要包括潤滑油和調節保安用油。汽輪機油品質不佳會造成汽輪機調節系統部件故障，如滑閥、套筒、油缸銹蝕卡澀，造成機組啟動時汽輪機轉速不能穩定控制，并網帶負荷后負荷調節困難，甚至會發生機組超速的嚴重事故。

影響汽輪機油品質的主要原因是油中的水分和雜質。

水分主要來源于汽輪機軸端密封漏汽、汽輪機軸端密封汽含水量大、冷油器換熱管束漏水進入到油中、汽輪機油箱蓋板密封不嚴密，油箱上的積水會從密封蓋板滲入到油箱中［2-3］。

產生雜質的主要原因有：

（1）汽輪機油箱蓋板密封不嚴密，負壓過大，油箱上灰塵吸入到油箱中；

（2）油箱油煙機呼吸器過濾不好吸入周圍空氣灰塵、汽輪機油系統呼吸器周圍積塵較大進入到油系統中；

（3）汽輪機油系統更換油濾芯操作不當把雜質摻混進入系統，機組前期濾油不好殘存雜質，油系統機械部件磨損。

對上述可能造成汽輪機油品劣化的原因逐一進行排查。對機組油箱底部放水進行檢查，檢查結果為無水；對機組油箱上蓋進行密封性檢查，檢查結果為無泄漏點；查看DCS 油箱油位趨勢，發現油位平穩無上升趨勢，證明冷油器換熱管無泄漏；檢查汽輪機前、后汽封壓力處于0.03 MPa，處于正常范圍；檢查汽輪機軸封冷卻器溫度處于正常范圍；油箱和油系統各處呼吸器檢查正常；機組油系統附近環境衛生情況良好，無積塵。

檢查更換油系統濾芯操作標準，回放現場更換濾芯監控視頻，驗證了檢修過程規范，未混入異物；油箱負壓在規定范圍，無過負壓現象；油系統濾油設備運行正常，已定期對油箱進行濾油；查取往期油品化驗記錄均為合格。

取汽輪機油樣送檢驗，檢查外觀、雜質混合物、水分、透明度等，檢驗結果為機組汽輪機油品合格。經過逐一排查，證明油品質量不是造成汽輪機負荷故障的原因。

2.2 REXA控制箱、執行器

REXA 是一種集成式電子液壓執行器和驅動器，是液壓、電子和機械技術相結合的產品。整個執行器包含兩個主要部分，即執行器（油缸、反饋裝置和電液動力組件）部分和控制箱部分。執行器裝在驅動裝置上，控制箱遠程安裝。REXA 控制箱接收DEH 輸出的4～20 mA 控制信號，輸出機械行程至液壓執行單元。

經過分析，造成REXA控制箱、執行器異常可能有以下幾方面原因：REXA 控制箱控制面板異常，控制信號無法輸入、輸出；REXA 控制箱與執行器接線、接頭損壞、松動；REXA 執行器電液動力模塊損壞，包括電機、齒輪泵故障。

對造成REXA 控制箱、執行器異常的原因逐一進行排查：請REXA 廠家技術人員到現場對控制箱板卡，執行器進行檢查，電源無異常、控制板卡無報警、無異常；REXA 執行器電液動力模塊各個組件、油缸、反饋裝置無異常，同時停機臨檢對REXA執行器連接的汽輪機高壓油動機錯油門滑閥進行分解檢查，未發現滑閥油孔堵塞和明顯雜質顆粒物，也間接證明汽輪機油品合格。

最后單獨對REXA 執行器進行靜態試驗，其動作平穩，無卡澀、無異常。證明不是由于REXA控制箱、執行器異常原因導致汽輪機負荷調整故障。

2.3 DEH控制系統

造成DEH 控制系統異常有以下幾方面原因：DEH 相關控制程序、邏輯、板卡異常；DEH 輸出異常，不能正確輸出控制信號或者輸出有偏差會造成負荷調整故障發生。

對上述可能造成DEH 信號異常的原因逐一進行排查：對控制系統、控制柜各個板卡狀態進行檢查，無報警、無異常；檢查DEH 輸出電流信號，無異常；檢查DEH 輸出閥位信號，與REXA 執行器反饋信號進行比較，無異常。經過逐一排查，證明也不是DEH系統及其設備的原因造成汽輪機負荷故障。

2.4 調節汽閥卡澀

調節汽閥的作用是按照DEH 的指令調節進入汽輪機的蒸汽流量，以使機組受控參數（功率或轉速、進汽壓力、背壓等）符合運行要求。

調節汽閥主要由主蒸汽調節閥、REXA 控制箱、REXA 執行機構、機械傳動機構、反饋杠桿和油動機6部分組成。

主蒸汽調節閥包括蒸汽閥座、進汽閥碟、閥梁及閥桿等。

傳動機構由支架、杠桿組成。

油動機是調節汽閥的執行機構，以調節油泵輸出的0.8 MPa 調節油為工作介質，主要由油缸、錯油門、油缸與錯油門的油路連接器、反饋機構等組成，其中油缸由底座、筒體、缸蓋活塞、活塞杠等組成，活塞配有專用活塞環起到活塞與筒體密封作用。REXA 執行機構將DEH 輸入的電信號轉換為有足夠作功能力的行程輸出，從而控制油動機操縱調節閥，達到改變功率或轉速、進汽壓力、背壓的目的。

經分析，造成調節汽閥卡澀的原因有以下幾個方面：主蒸汽調節閥各個部件連接關節卡澀；閥桿與導向套筒卡澀；傳動機構支架與杠桿連接銷子固定處卡澀；高壓油動機錯油門卡澀；高壓油動機油缸活塞密封圈損壞，活塞上、下沒有建立壓差；油缸活塞桿導軌內滾柱軸承卡澀，導致摩擦阻力增大引起卡澀；油缸與錯油門的油路連接器的接口密封圈損壞，調節油內部泄漏導致油壓不足，無法驅動錯油門在缸內動作導致負荷調整異常；反饋杠桿各連接關節卡澀。

根據上述可能造成調節汽閥卡澀的原因逐一進行排查。經檢查，外部各關節部位動作無卡澀、無異常，并給予適當潤滑，但檢查發現油缸活塞桿導軌內滾柱軸承損壞，高壓油動機油缸活塞密封圈也有輕微磨損，說明調節汽閥卡澀應是造成汽輪機負荷故障的原因之一。

2.5 調節油

調節油壓是驅動油動機往復式運動的動力來源，經過分析，造成調節油異常的原因有以下幾個方面：調節油泵聯軸器損壞，導致油泵出口壓力、流量不足；調節油泵出口門異常，導致油泵出口壓力不足、流量不足；調節油過濾器平衡門異常、過濾器相關閥門異常，導致調節油壓力不足、流量不足；油動機調節油接頭堵塞，導致調節油壓力不足、流量不足。

對上述可能造成調節油異常的原因逐一進行排查：查取歷史油壓曲線未發現異常；逐個對調節油泵及油系統閥門、切換閥進行檢查，未發現異常；對油動機調節油接頭進行檢查，未發現異常。證明調節油不是造成汽輪機負荷故障的原因。

3 實施及效果

利用停機臨檢時機，對高壓油動機油缸活塞密封圈進行更換，對油缸活塞桿導軌內滾柱軸承進行更換。設備檢修完成后進行靜態高壓油動機拉閥試驗，油動機運行平穩無卡澀，機組并網發電后負荷調整得到改善（見圖4）。

圖4 檢修后加負荷時負荷和蒸汽量曲線圖

4 結語

汽輪機負荷波動、調速系統卡澀在汽輪機生產運行中會經常遇到，微小異常不一定會引起足夠的重視，微小異常的累積會造成大的設備故障。無論生產人員還是設備檢修人員都應熟練掌握設備的運行維護原理［4］，只有精心運維、實時狀態監控，科學合理檢修，才能為機組的安全穩定運行提供有力的基礎保障。