大唐許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司 劉 佳

大唐許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司二期兩臺機組為哈爾濱汽輪機廠制造的660MW超超臨界機組，液壓系統(tǒng)采用了哈汽廠成套的高壓抗燃油EH裝置，其控制系統(tǒng)為北京日立公司的H5000M系統(tǒng)，2009年12月份兩臺機組正式投產(chǎn)運行，投運期間運轉(zhuǎn)正常。但其中一臺機組次年11月16日啟動沖轉(zhuǎn)階段，目標(biāo)轉(zhuǎn)速由高壓主汽門TV切換到高壓調(diào)門GV控制時，高壓主汽門失控，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)大幅波動并一度引起OPC動作，雖最終恢復(fù)正常，但問題的存在嚴(yán)重威脅機組安全運行，下文對此進(jìn)行了詳細(xì)地分析，以供借鑒。

圖1 TV-GV閥切換過程記錄曲線

1 事件經(jīng)過

2010年11月16日4號機組冷態(tài)啟動，汽輪機采用高壓缸沖轉(zhuǎn)方式。06:43:52機組開始沖轉(zhuǎn)，沖轉(zhuǎn)壓力為3.805MPa，沖轉(zhuǎn)初期順利，未發(fā)現(xiàn)異常。07:06:08當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速達(dá)到2910rpm時，左右TV閥開度分別為19.98%和20.17%，4個GV閥全開時，運行人員按下TV-GV閥切換按鈕，但左右TV閥和4個GV閥均保持不變，轉(zhuǎn)速逐步上升至2978rpm，直至07:08:29左右TV閥閥位反饋開始變小，轉(zhuǎn)速才開始逐步回落，當(dāng)左右TV閥關(guān)至9%時轉(zhuǎn)速降至2885rpm。07:09:07，TV-GV閥切換指示消失，轉(zhuǎn)速由GV調(diào)節(jié)控制。左右TV閥迅速開啟，但開度到20%時再次保持不動，4個GV閥緩慢關(guān)閉。07:11:21，4個GV閥關(guān)至15.9%，左右TV閥迅速全開；07:11:08轉(zhuǎn)速第一次達(dá)到3000rpm，但仍保持上升趨勢，直至轉(zhuǎn)速飛升最高達(dá)到3098rpm時OPC動作。07:15:54轉(zhuǎn)速下降并最終穩(wěn)定在2900rpm，TV-GV閥切換成功。汽輪機繼續(xù)升速，運行人員改變目標(biāo)值至3000rpm，汽輪機轉(zhuǎn)速緩慢上升至目標(biāo)值，機組恢復(fù)正常升速，圖1是TV-GV閥切換過程記錄曲線。

2 汽機轉(zhuǎn)速波動原因

2.1 TV閥控制邏輯分析

龍崗電廠機組設(shè)計TV閥為控制型閥門，在汽輪機高壓缸啟動升速過程中，轉(zhuǎn)速2900rpm之前由TV控制轉(zhuǎn)速，TV-GV閥切換完成后，TV至全開由GV控制轉(zhuǎn)速或負(fù)荷。TV閥轉(zhuǎn)速控制邏輯如圖2所示，其控制有自動或手動二種方式。在自動方式下，轉(zhuǎn)速設(shè)定值與實際值的偏差作用在TV控制的轉(zhuǎn)速PID回路上，發(fā)出伺服閥指令使左右TV閥開度由零逐漸增大，以此控制汽輪機實際轉(zhuǎn)速；在手動方式下TV閥接受控制盤上的增加指令，直接開大或關(guān)小TV閥；在做主汽門嚴(yán)密性試驗、AST油壓未建立時，將主控輸出置0，同時關(guān)閉TV1和TV2；在做TV活動試驗時全關(guān)單側(cè)TV，試驗結(jié)束后，重新開到100%，也就是說在試驗過程中僅僅屏蔽了其正常的閥位指令。在汽機跳閘時，將主控輸出置-2，同時關(guān)閉TV1和TV2。

圖3 TV-GV閥切換GV控制邏輯圖

表1

圖2 TV閥轉(zhuǎn)速控制邏輯圖

2.2 汽機轉(zhuǎn)速波動原因分析

通過調(diào)取沖轉(zhuǎn)當(dāng)時的歷史曲線及數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)整個沖轉(zhuǎn)過程中，左右TV閥曾出現(xiàn)了兩次不受控的狀況。第一次發(fā)生在汽輪機冷態(tài)升速階段，TV-GV閥切換前，此時轉(zhuǎn)速由TV閥控制。當(dāng)左右TV閥開度達(dá)20%左右時，閥門開度不再隨伺服閥指令的增加而開大，由于TV控制轉(zhuǎn)速控制回路PID的作用，左右TV閥指令不斷增大，最大達(dá)到了100%，左右TV閥的開度始終保持在20%。因DEH原設(shè)計中無伺服指令偏差報警，故沖轉(zhuǎn)初期沒有注意，直到轉(zhuǎn)速的上升使伺服指令小于20%時，左右TV閥才再次恢復(fù)受控狀態(tài)。

另外在接到TV-GV閥切換命令后為什么GV閥保持原位不變，沒有立即關(guān)小呢？正常的TV-GV閥切換過程如圖3所示，接受到切換命令后， GV開始以0.4%/s的速率緩緩關(guān)小，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速下降20rpm， 表明GV閥已有節(jié)流能力，已影響到汽機轉(zhuǎn)速可以控制轉(zhuǎn)速，GV閥開始接受轉(zhuǎn)速PID回路的控制指令，同時TV閥立即全開，由GV閥開度控制轉(zhuǎn)速，TV-GV閥切換成功。值得注意的是為了防止切換過程中轉(zhuǎn)速波動，GV閥接到閥切換命令后的關(guān)小指令，是根據(jù)當(dāng)前TV閥位指令折算出GV閥位指令，折換函數(shù)如表1所示。本次切換之前TV閥位指令在閥切換之前就達(dá)到了100%，根據(jù)TV閥位指令折算出來的GV閥位指令還是100%，所以出現(xiàn)了閥切換命令發(fā)出后，TV、GV均保持原位不動的現(xiàn)象，導(dǎo)致汽機轉(zhuǎn)速不斷上升，最高達(dá)到了2978rpm。此時TV-GV閥沒有切換完成，轉(zhuǎn)速還是由TV閥控制，汽機轉(zhuǎn)速PID控制器需要維持2900rpm，發(fā)出關(guān)小TV閥指令，TV閥指令不斷降低，直到指令降至20%以下，TV閥才開始受控。

當(dāng)左右TV閥位指令降至20%以下后，左右TV閥跟隨指令最小關(guān)至9%，轉(zhuǎn)速降低至2885rpm。在運行人員發(fā)出TV-GV閥切換指令時，汽輪機轉(zhuǎn)速為2910rpm，此時轉(zhuǎn)速降低至2885rpm，二者偏差達(dá)到20rpm，DEH邏輯判斷“TV-GV閥切換成功”。GV閥開始接受轉(zhuǎn)速PID回路的控制指令，同時TV閥立即以1%/s開啟。但是左右TV閥開度到20%時再次保持不動，查看歷史曲線發(fā)現(xiàn)左右TV閥指令早已升至100%，左右TV閥第二次出現(xiàn)不受控。正常的TV-GV閥切換成功判斷條件“汽機轉(zhuǎn)速下降20rpm”，是為了判斷GV閥具有節(jié)流作用，能夠控制轉(zhuǎn)速。TVGV閥切換完成后，GV閥能夠迅速控制汽機轉(zhuǎn)速，達(dá)到汽輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)穩(wěn)定。而此次“汽機轉(zhuǎn)速下降20rpm”，完全依賴左右TV閥調(diào)節(jié)使汽機轉(zhuǎn)速下降，而GV閥還保持在全開位，GV閥的關(guān)閉還無法迅速控制汽機轉(zhuǎn)速，所以出現(xiàn)了隨后的DEH控制邏輯判斷“TV-GV閥切換成功”后，轉(zhuǎn)速再次出現(xiàn)大幅波動并一度引起OPC動作。

在此次DEH邏輯判斷“TV-GV閥切換成功”后，左右TV閥在全開過程中開到20%左右時，閥門再次保持不動，左右TV閥出現(xiàn)了第二次不受控。直到4個GV閥逐步關(guān)至16%左右時，左右TV閥迅速從20%至全開。正是TV-GV閥切換前后兩次左右TV閥門不受控而停滯在20%開度上數(shù)分鐘，最終導(dǎo)致TV-GV閥切換異常、轉(zhuǎn)速失調(diào)，并觸發(fā)了OPC動作。

3 TV閥失控原因分析

針對左右TV閥在GV閥保持全開時最大只能開至20%，只有在GV閥開度關(guān)至16%以下時，左右TV閥才能完全開啟的問題，我們組織了專業(yè)分析與探討。

3.1 伺服系統(tǒng)故障引起閥門卡澀可能

從上述情況來看，閥門失去控制，主要伺服系統(tǒng)故障原因可能為：

一是由于開閥側(cè)噴嘴的濾網(wǎng)堵塞，導(dǎo)致伺服閥活塞的B口通T口，將液壓缸動力腔油壓泄光，這種可能性中，堵塞不可能很快恢復(fù)，一般閥門將關(guān)至關(guān)死位置。

二是油質(zhì)較差，小的顆粒卡在伺服閥滑閥中，導(dǎo)致滑閥卡澀，不接收控制。當(dāng)閥門開啟時，閥門指令與閥門反饋相差越來越大，由于伺服卡中的比例控制回路的左右，伺服閥電流也越來越大，甚至可達(dá)到伺服卡最大限制。隨著電流的增加，電磁線圈帶動偏轉(zhuǎn)杠向開閥位置偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)杠與噴嘴越近，泄流面積越小，油壓越高，作用在滑閥上的壓力越大，而另外一側(cè)噴嘴由于偏轉(zhuǎn)杠與其距離相差較大，油壓下降，作用在滑閥上的油壓下降，滑閥兩側(cè)油壓差增大，將能克服滑閥卡澀的摩擦力，使滑閥復(fù)位。在這種可能性中，伺服閥在閥門關(guān)閉的過程中可能會恢復(fù)正常。

此外還有因油質(zhì)的問題引起泄載閥卡澀的可能，使動力油漏泄到無壓回油管路，但一般需要重新清洗卸載閥才能恢復(fù)。

3.2 主閥停留實際位置分析

高壓主閥的機械結(jié)構(gòu)與其他調(diào)節(jié)性閥門有所不同，主汽閥是帶預(yù)啟閥的單座閥，其預(yù)啟閥裝在主閥碟的內(nèi)部，作用在閥碟上的進(jìn)汽壓力與兩個壓縮彈簧的彈簧力，通過閥桿把閥碟緊壓在閥座上，以保證其關(guān)閉的嚴(yán)密性。預(yù)啟閥與閥桿連成整體，當(dāng)閥桿動作要打開主閥時，預(yù)啟閥先被打開，少量蒸汽通過預(yù)啟閥流至主閥碟后，減少主閥碟兩側(cè)的壓差，由此減少打開主閥碟所需的提升力。

對沖轉(zhuǎn)過程仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，兩次TV閥均在20%左右開度停滯不前，而且?guī)缀踝笥襎V閥同時發(fā)生。左右TV閥同時出現(xiàn)卡澀的幾率可認(rèn)為是小概率事件。查閱左右TV閥門的原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，預(yù)啟閥的密封行程為17（17～19）mm，而閥門的總行程為99.3（97.5～102.5）mm，預(yù)啟閥最大可開至17mm，然后帶動主閥向上開啟。預(yù)啟閥行程占總行程的百分比為17/99.3×100＝17.2%。與DEH指示約差3%左右，這表明了當(dāng)時主閥是接近全關(guān)位置。而3%的誤差可能源于主閥與預(yù)啟閥之間的行程、或閥門的機械總行程（預(yù)啟閥及主閥行程）發(fā)生了變化、或DEH在安裝調(diào)試過程中有微小的偏差，以及閥桿在運行過程中不可避免的熱膨脹導(dǎo)致 DEH有小的偏差，因此認(rèn)為當(dāng)時主閥閥桿在全關(guān)位置比較合理，而卡澀的可能極小。預(yù)啟閥應(yīng)在全開位置，這也可解釋伺服閥在閥門關(guān)閉過程即刻恢能正常工作的原因。

3.3 閥門受力分析

由前分析，整個沖轉(zhuǎn)階段伺服閥可視為正常工作。根據(jù)伺服閥與液壓缸的工作原理，由于指令與反饋存在很大的偏差，此時伺服閥的進(jìn)油直通液壓缸，液壓缸壓力將達(dá)到系統(tǒng)壓力。TV閥門無法開啟，還需進(jìn)一步從閥門的受力方面進(jìn)行分析。

當(dāng)預(yù)啟閥處于全開且主閥處于關(guān)閉位置時，只有主閥閥桿受力F大于零，主閥才能開啟主閥閥桿受力F的公式為：

式中：Fy為液壓缸提升力，F(xiàn)T為主閥彈簧壓力，Pst為主蒸汽壓力，1P為調(diào)節(jié)級壓力，K為作用在主閥液壓缸提升力方向上的主汽差壓分量系數(shù)。

一般情況，1P在沖轉(zhuǎn)過程中壓力很小，而FT與TV閥體位移成比例變化，位移量越大FT越大，因而Fy一定的情況下，F(xiàn)T越小主閥就越容易開啟。而主蒸汽壓Pst除了自身對F影響外又決定了TV閥體位移量的大小，即Pst過大或Pst過小使TV閥門位移量加大，均需提高Fy才能保證主閥的順利開啟。這也是機組沖轉(zhuǎn)時要求滿足一定主蒸汽壓力的原因之一。

可見，機組在開始沖轉(zhuǎn)前主蒸汽壓力為3.805 MPa，而哈汽廠家說明書要求壓力為8.4MPa，兩者相差近4.6MPa。

綜上所述，可以認(rèn)為此事故中，當(dāng)TV閥首次處于全關(guān)位置而預(yù)啟閥在全開位置時，由于閥門前后壓差及彈簧力之和大于液壓缸的提升力，TV閥無法繼續(xù)開啟，只能維持原有開度，直至TV閥隨伺服指令下降而恢復(fù)控制。而當(dāng)機組閥切換時，TV閥再次開啟到預(yù)啟閥全開時，液壓缸的提升力仍未能滿足開啟需求而再次保持不動。直到GV閥門開度的減小，主汽門前后差壓的持續(xù)下降，最終使液壓缸提升力大于彈簧力與蒸汽壓差之和后方才開啟。而TV閥門失控，最終引起轉(zhuǎn)速的失調(diào)，大幅波動。

是否TV閥存在液壓缸提升力不足，經(jīng)分析予以否定。在汽輪機沖轉(zhuǎn)初期，采用TV閥(預(yù)啟閥部分)沖轉(zhuǎn)，少量的蒸汽就能保證汽輪機的升速。轉(zhuǎn)速達(dá)到2900rpm后，TV-GV閥切換時，GV閥關(guān)小，蒸汽差壓部分變得很小，液壓缸提升力F滿足要求，TV閥開啟。TV閥采用帶預(yù)啟閥的單座閥，目的在于保證主汽門關(guān)閉的嚴(yán)密性，以防止汽輪機超速；同時由于預(yù)啟閥的通徑較主汽閥小得多，它便于用小流量蒸汽對汽輪機進(jìn)行沖轉(zhuǎn)并平穩(wěn)升速，所以TV閥液壓缸提升力需要經(jīng)過嚴(yán)格的計算、測試，不可過大或過小應(yīng)選擇合適值。在隨后的啟動過程中，按照廠家說明書選擇沖轉(zhuǎn)參數(shù)，啟動正常未曾出現(xiàn)過此類問題。

4 建議與措施

（1）DEH邏輯是根據(jù)汽輪機機械特性而制作的。DEH邏輯、汽輪機機械特性、運行操作三者是相互關(guān)聯(lián)，缺一不可。所以操作者應(yīng)嚴(yán)格按照廠家說明書及啟動運行規(guī)程進(jìn)行操作，合理選擇參數(shù)。

（2）加強監(jiān)視EH油質(zhì)，定期進(jìn)行油樣化驗，增加主汽閥活動試驗的次數(shù)，使液壓缸中的油能夠置換，以防止由于高溫導(dǎo)致油質(zhì)變化后的油垢在進(jìn)行閥門活動試驗時進(jìn)入伺服閥。

（3）DEH系統(tǒng)增加伺服系統(tǒng)報警邏輯，并在生產(chǎn)運行加大監(jiān)盤力度，對出現(xiàn)的問題積極處理。作為DEH維護(hù)人員在處理這些問題時，應(yīng)進(jìn)行全面分析，通過分析各個環(huán)節(jié)找到問題根源，不放過任何蛛絲馬跡和異常。

（4）機務(wù)和熱控各專業(yè)之間加強溝通，互相學(xué)習(xí)，熟練掌握汽輪機特性，從而保證開機過程順利進(jìn)行。

[1]哈爾濱汽輪機廠.cch01a啟動運行說明書[Z].

[2]孫長生,朱北恒等. 提高電廠熱控系統(tǒng)可靠性技術(shù)研究[J]. 中國電力,2009,42(2),56-59.

[3]肖增弘,徐豐. 汽輪機數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社.

[4]胡念蘇.汽輪機設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社.