何冬輝，趙奕州

（遼寧東科電力有限公司，遼寧沈陽110006）

蘇爾壽CCI液壓旁路系統(tǒng)調(diào)試及故障分析

何冬輝，趙奕州

（遼寧東科電力有限公司，遼寧沈陽110006）

根據(jù)汽輪發(fā)電機組配備的蘇爾壽CCI液壓旁路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合電廠新建機組CCI液壓旁路系統(tǒng)調(diào)整試運過程所積累的經(jīng)驗，綜述該系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)要點，分析在系統(tǒng)啟動調(diào)試過程中容易發(fā)生的故障現(xiàn)象及產(chǎn)生的原因，給出相應(yīng)的處理對策。

液壓旁路；調(diào)試；故障；處理對策

0 前言

旁路系統(tǒng)在汽輪發(fā)電機組的合理運用，有利于縮短啟動時間，降低能耗，減輕缸體金屬疲勞損傷，使機組盡快處于最佳運行工況［1］。蘇爾壽CCI液壓旁路系統(tǒng)具有快速響應(yīng)和良好的動態(tài)調(diào)節(jié)特性，但常出現(xiàn)伺服閥失效、執(zhí)行機構(gòu)卡澀、油壓異常、閥門擺動或拒動等故障，嚴(yán)重威脅機組安全經(jīng)濟運行，必須引起足夠重視［2］。

1 蘇爾壽CCI液壓旁路系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

某廠新建300 MW機組旁路系統(tǒng)閥門采用蘇爾壽CCI產(chǎn)品。高、低壓旁路系統(tǒng)主要由供油系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成，供油系統(tǒng)分別采用獨立的液壓站，執(zhí)行機構(gòu)主要有1個高壓旁路閥（高旁閥），1個高壓噴水調(diào)節(jié)閥，1個高壓噴水隔離閥，2個低壓旁路閥（低旁閥），2個低壓噴水調(diào)節(jié)閥，2個低壓噴水隔離閥及連接管線。

1.2 液壓站工作原理

油箱中抗燃液壓油通過泵入口截止閥、吸油濾器進入恒壓變量泵，再經(jīng)泵出口濾芯、單向閥、泵出口截止閥進入高壓油母管，其中蓄能器與高壓油母管并聯(lián)。液壓站系統(tǒng)輸出壓力整定為16±0.2 MPa。安全閥壓力整定為19±0.2 MPa，在系統(tǒng)壓力異常，即高壓油母管壓力達到19±0.2 MPa時動作，起到過壓（溢流）保護作用。

當(dāng)泵出口濾芯的壓差大于0.5±0.05 MPa時，目視式壓差開關(guān)按鈕自動彈出，提示需更換泵的出口濾芯。恒壓變量泵啟動后，泵以全流量40 L/min向系統(tǒng)供油，同時給蓄能器充油。當(dāng)泵輸出壓力到達調(diào)壓閥調(diào)定壓力時，高壓油推動恒壓變量泵的控制閥，控制閥操作泵的變量機構(gòu)，使泵的輸出流量減少；當(dāng)泵的輸出流量和系統(tǒng)用油流量相等時，泵的變量機構(gòu)維持在某一位置；當(dāng)系統(tǒng)需要增加或減少用油量時，泵自動改變輸出流量，維護系統(tǒng)油壓在16±0.2 MPa；當(dāng)系統(tǒng)瞬間用油量大于泵輸出流量時，蓄能器參與供油。

1.3 液控閥工作原理

低壓噴水隔離閥（LBD）、高壓噴水隔離閥（HBD）的執(zhí)行機構(gòu)屬于開關(guān)型兩位式執(zhí)行機構(gòu)，如圖1a所示。工作原理：3位4通電磁換向閥接收DSC控制信號，當(dāng)高壓油通過該電磁閥、液控單向閥和雙節(jié)流/逆止閥進入油缸下腔，同時泄掉上腔控制油，實現(xiàn)閥門全開；當(dāng)油缸下腔的油通過節(jié)流閥、液控單向閥、電磁閥回到油箱，同時高壓油進入上腔，閥門全關(guān)。

低壓旁路閥（LBP）和低壓噴水閥（LBPE）、高壓旁路閥（HBP）、高壓噴水閥（HBPE）的執(zhí)行機構(gòu)屬于連續(xù)控制的伺服型執(zhí)行機構(gòu)，可將閥門控制在任意位置，按照控制要求調(diào)節(jié)汽量以適應(yīng)汽輪機運行的需要，調(diào)節(jié)型閥門如圖1（b）所示。工作原理：伺服閥控制高壓油通道，其接收經(jīng)計算機處理后的電氣信號，經(jīng)電液轉(zhuǎn)換器－伺服閥放大處理，將電氣信號轉(zhuǎn)換成液壓信號，使伺服閥主閥芯移動，并將液壓信號放大后，使高壓油進入油動機活塞一腔，使油動機活塞向下或向上移動，控制相應(yīng)旁路閥在指定位置［3］。

2 系統(tǒng)調(diào)試

（1）調(diào)試前準(zhǔn)備工作。系統(tǒng)調(diào)試前，參照旁路油管路系統(tǒng)圖進行油管路安裝檢查，包括各支路管道、油泵的出入口、測點表安裝等；油動機就位于各相應(yīng)的閥門，并正確連接油動機框架及閥桿，伺服閥、位移傳送器及行程開關(guān)安裝完畢。用充氣工具檢查蓄能器壓力，補氣使蓄能器氮氣壓力為10.4±0.2 MPa。嚴(yán)禁在無油和空吸狀況下啟泵，首次啟泵前應(yīng)對泵體注油，按泵的旋轉(zhuǎn)方向手動盤動聯(lián)軸器，排出吸油泵芯內(nèi)的空氣。

（2）耐壓試驗。關(guān)緊蓄能器組件的截止閥，隔離蓄能器。啟動1臺液壓油泵，調(diào)整調(diào)壓螺絲釘，使系統(tǒng)壓力增至21 MPa并維持3 min，系統(tǒng)各接口、焊口等地方不應(yīng)有泄漏（此時溢流閥壓力＞21 MPa）、零部件無損壞、不變形。耐壓試驗結(jié)束后，打開蓄能器組件的截止閥，使蓄能器投入運行。

（3）溢流閥整定。先將溢流閥調(diào)壓手柄松開，再將待調(diào)變量泵調(diào)壓閥的調(diào)壓螺桿擰緊，緩慢調(diào)緊溢流閥調(diào)壓手柄，觀察壓力變送器上的壓力為19±0.2 MPa，（受電機功率限制，不要使壓力超調(diào)）鎖緊溢流閥調(diào)壓手柄，使壓力保持整定值19±0.2 MPa。

（4）系統(tǒng)油壓整定。安全閥壓力整定后，將A泵調(diào)壓閥調(diào)壓螺桿緩慢擰松，壓力變送器壓力由19±0.2 MPa下降至5 MPa時，緩慢擰緊調(diào)壓螺桿，使壓力上升至16 MPa，反復(fù)2次后鎖緊A泵調(diào)壓閥螺桿，使A泵的輸出壓力保持在16±0.2 MPa，壓力調(diào)整完畢，停泵。用同樣方法調(diào)整B泵，使B泵的輸出壓力保持在16±0.2 MPa。

圖1 旁路閥門控制原理圖

（5）閥門靜態(tài)調(diào)試。用信號發(fā)生器給伺服閥正負信號，使油缸帶動閥桿上下運行至上下級限位置，測出其實際的最大行程。采用瞬態(tài)數(shù)據(jù)記錄儀，按照全行程啟閉動作時間通過手動加載信號測量旁路閥門的快開、快關(guān)時間，其快速開關(guān)時間應(yīng)分別小于3秒。

（6）閥門動態(tài)調(diào)試。旁路系統(tǒng)正式投運前，需進行邏輯功能檢查（自動調(diào)節(jié)及關(guān)閉保護）。根據(jù)機組啟停期間的運行情況，投入旁路系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)自動；根據(jù)旁路閥設(shè)計參數(shù)，分別在機組冷態(tài)、熱態(tài)等工況下檢查旁路系統(tǒng)的投運情況，檢查運行參數(shù)是否符合設(shè)計值。在動態(tài)投運過程中，觀察各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，考察各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，進行調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)整。閥門動作時，檢查系統(tǒng)油壓、油溫的變化情況以及閥門是否擺動。

（7）信號系統(tǒng)校驗。按照連鎖保護試驗卡檢查各個壓力開關(guān)動作和儀表盤指示是否正常，檢查相關(guān)報警裝置及聯(lián)鎖保護裝置，如油壓低聯(lián)鎖備用泵。本系統(tǒng)可手動在線試驗泵聯(lián)鎖壓力開關(guān)在系統(tǒng)壓力＜13.5±0.2 MPa時是否接通。試驗時，把液壓箱內(nèi)的開關(guān)K18和K15打開，模擬系統(tǒng)壓力＜13.5±0.2 MPa，檢查泵聯(lián)鎖壓力開關(guān)是否動作。

3 故障分析與處理

3.1 伺服閥故障

（1）故障現(xiàn)象。在機組某次啟動過程中，隨著主汽壓力上升，運行人員打開高旁閥控制壓力，當(dāng)高旁閥開至5%后又緩慢關(guān)閉至零時，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)油壓緩慢下降（圖2）。當(dāng)系統(tǒng)油壓下降至14.5 MPa時，啟動B油泵，待系統(tǒng)油壓逐漸恢復(fù)正常后停止B泵運行，系統(tǒng)油壓再次緩慢下降；同樣，保持B泵運行，停止A泵，油壓仍然緩慢下降，再次給高旁閥指令時，閥門拒動。檢查發(fā)現(xiàn)：①油泵聲音異常且振動也增大；②油泵電流由正常運行時的34 A上升至54 A；③當(dāng)高旁閥全關(guān)或?qū)⑺欧y接線拔下，高旁閥回油管道溫度高于其他閥門回油管，同時聽到有泄油聲，且發(fā)生劇烈振動。

圖2 高旁系統(tǒng)油壓下降過程曲線

（2）處理措施。關(guān)閉高旁閥進油截止門，待系統(tǒng)油壓正常后，分別試驗高旁噴水調(diào)節(jié)門和高旁隔離閥，閥門動作正常且系統(tǒng)油壓并未出現(xiàn)下降現(xiàn)象，據(jù)此可以排除油泵和系統(tǒng)油路故障，僅是單獨高旁閥故障。從故障現(xiàn)象初步判斷是高旁閥伺服閥存在內(nèi)漏，泄油量較大導(dǎo)致系統(tǒng)油壓下降［4］。伺服閥內(nèi)漏最常見故障是卡澀和磨損［5］。由于伺服閥閥套與閥芯的間隙僅為2 μm左右，一旦抗燃油污染顆粒度增加，極易造成伺服閥卡澀；伺服閥閥口磨損也能引起伺服閥內(nèi)漏量增大、零偏不穩(wěn)定。更換高旁閥伺服閥后，故障消除。

3.2 信號干擾故障

（1）故障現(xiàn)象。在機組停機過程中，開旁路泄壓時，在高旁閥指令不變的情況下，高旁閥反饋信號發(fā)生周期性的連續(xù)波動，且波動幅值大，同時系統(tǒng)油壓頻繁劇烈波動（圖3），就地檢查發(fā)現(xiàn)，回油母管溫度極高，且高旁系統(tǒng)所有油管都產(chǎn)生劇烈振動，高旁閥頻繁抖動。

（2）故障排查。①啟動另一臺油泵試驗,故障現(xiàn)象并沒有消除，排除油泵故障；②檢查LVDT是否脫落、松動；③檢查油動機與閥門連接處是否松動；④檢查伺服閥指令線是否松動；⑤重新調(diào)整VPC卡內(nèi)部的參數(shù)配置；⑥更換LVDT和VPC卡；⑦檢查2臺油泵調(diào)節(jié)裝置；⑧更換高旁閥伺服閥。⑨檢查蓄能器壓力是否正常和截止門是否打開。經(jīng)上述排查，故障并未消除。

（3）解決方法。試驗分析：①關(guān)閉高旁閥進油截止門，分別試驗高旁噴水調(diào)節(jié)閥和高旁隔離閥，閥門動作正常且系統(tǒng)油壓穩(wěn)定。②拔下伺服閥插頭，外加信號將高旁閥開啟，高旁閥開關(guān)正常，油壓穩(wěn)定；③就地單獨給高旁閥的快開、快關(guān)電磁閥加信號，閥門動作正常且油壓穩(wěn)定。通過上述試驗結(jié)果判定僅是高旁閥故障導(dǎo)致系統(tǒng)油壓波動，根據(jù)工況初步判斷為存在外部熱工信號干擾，逐一排查伺服閥信號是否有接地和線路短接現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)VPC卡中LVDT變送器外殼與電路板之間存在短路現(xiàn)象，導(dǎo)致VPC伺服系統(tǒng)輸出信號中含有交流干擾分量，進而造成高旁閥指令出現(xiàn)干擾信號。對VPC卡中LVDT變送器外殼與電路板進行隔離處理，消除短路故障，高旁閥擺動現(xiàn)象消失。

3.3 蓄能器故障

（1）故障現(xiàn)象。在進行低旁快開試驗時發(fā)現(xiàn)，快開指令發(fā)出后，低旁閥開至44%時有所停頓，然后再繼續(xù)開啟；同時低旁系統(tǒng)油壓由16 MPa急劇下降到13.4 MPa，導(dǎo)致油壓低壓力開關(guān)動作，備用泵聯(lián)鎖啟動；當(dāng)閥門全開后，油壓逐漸恢復(fù)到正常值16 MPa，圖4為低旁油壓急劇下降過程曲線。

（2）故障排查與處理。檢查系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)管道產(chǎn)生劇烈振動，但無漏油現(xiàn)象。由于低旁系統(tǒng)共6個閥門，低旁快開時，系統(tǒng)瞬間用油量增大，油壓會有所下降，但因柱塞泵的自動調(diào)節(jié)特性和蓄能器補油作用，油壓不可能下降至3 MPa。觀察低旁其它閥門的動作曲線，發(fā)現(xiàn)也有同樣的現(xiàn)象，說明是系統(tǒng)存在故障。經(jīng)逐一排查，重點檢查柱塞泵和蓄能器。①單獨啟動另一臺油泵，快開低旁，故障并未消除。②重新調(diào)整2臺柱塞泵恒壓變量閥，系統(tǒng)油壓能及時跟蹤變化，排除柱塞泵故障。③檢查蓄能器進、出口截止閥和充氮壓力，發(fā)現(xiàn)蓄能器進口截止閥沒有打開，導(dǎo)致蓄能器沒有參與系統(tǒng)補油。打開蓄能器進口截止閥后，再次進行低旁快開試驗，低旁系統(tǒng)6個閥門快速開啟，系統(tǒng)油壓只降低0.5 MPa。

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圖4 低旁油壓急劇下降過程曲線

4 總結(jié)

蘇爾壽CCI液壓旁路系統(tǒng)具有較為完善的調(diào)節(jié)、控制及保護功能和動態(tài)快速響應(yīng)特性。在系統(tǒng)基建調(diào)試過程中，應(yīng)充分暴露系統(tǒng)與設(shè)備設(shè)計、安裝中存在的問題，以便及時分析處理。對液壓旁路系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，應(yīng)仔細分析系統(tǒng)各重要參數(shù)（閥位、指令、油溫、油壓等參數(shù)）變化情況是否異常，檢查油管溫度的高低、油流聲音的大小、油管振動情況是否異常等。采取將故障閥門進行隔離，尋找突破點進行分析處理的方法，判斷是系統(tǒng)問題還是個別閥門問題。

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［2］鄭赟.印度工程汽輪機旁路容量的選型設(shè)計[J].熱力透平，2012，41（3）：209-214.

［3］王大偉.伺服閥常見故障的分析與處理[J].電力建設(shè)，2011，22（9）：46-48.

［4］李振欣.發(fā)電廠EH系統(tǒng)的常見故障及處理方法[J].電力安全技術(shù)，2006，12（8）：47-48.

［5］周園,胡乃文.300 MW汽輪機組EH系統(tǒng)電液伺服閥常見問題分析及對策[J].電站系統(tǒng)工程，2006，22（2）：31-32.果測量值超過此值，說明發(fā)生了故障。門限值大小不合理，門限值太寬，難以有效檢測到故障；門限值太嚴(yán)，易導(dǎo)致虛警；若飛行中BIT門限值與地面維修時門限值不協(xié)調(diào)，易導(dǎo)致不能復(fù)現(xiàn)和重測合格現(xiàn)象。門限值固定，在惡劣環(huán)境因素（高溫、高濕、頻繁氣壓變化等）、振動沖擊、不適當(dāng)激勵和干擾（系統(tǒng)潛在通路、強電磁干擾、電源波動等）下導(dǎo)致其適應(yīng)性、魯棒性差、易發(fā)生虛警。

〔編輯 李波〕

除此之外，BIT虛警率的高低和BIT工作的可靠性高低也有很大的關(guān)系。BIT自身工作可靠性的高低主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

（1）BIT自身發(fā)生故障（如軟故障、硬故障、瞬態(tài)故障、間歇故障等）。例如BIT組成單元降級，結(jié)果將導(dǎo)致報告被測系統(tǒng)中出現(xiàn)故障；BIT中故障判定或指示報警部分發(fā)生故障，也會導(dǎo)致被測系統(tǒng)無故障但BIT發(fā)生報警現(xiàn)象。

（2）BIT在非設(shè)計的條件下運行。例如當(dāng)BIT在實際工作條件下所受環(huán)境應(yīng)力與設(shè)計時所預(yù)計的不同時，BIT工作特性與原計劃相比發(fā)生變化，使原設(shè)計的BIT特性（如門限值）出現(xiàn)虛警區(qū)和未檢測區(qū)。

1.2 BIT虛警影響

下面以美國空軍典型BIT虛警數(shù)據(jù)做一下說明，根據(jù)美國空軍試驗和評價中心的分析報告，F(xiàn)-15上的BIT系統(tǒng)診斷能力僅達到50%～70%，虛警率高達85%；根據(jù)外場統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)-16C因虛警造成的重測合格率高達40%；美國海軍司令部進行的研究表明，從武器系統(tǒng)拆下的外場可更換單元（LRU）約有70%無故障；據(jù)統(tǒng)計，我國民航進口飛機電子設(shè)備的誤換件率也高達60%，同時常規(guī)BIT無法排除間歇故障。

BIT的虛警問題會在從飛行任務(wù)到后勤保障維護等多個方面造成嚴(yán)重后果[1]。

（1）影響產(chǎn)品/部件可用度。錯誤的BIT指示使得產(chǎn)品/部件功能得不到正常有效的利用，并且會因而影響飛行任務(wù)。

（2）造成無效維修。錯誤的BIT指示使得好的可更換單元被拆卸和維修，造成人力、時間和費用的浪費。

（3）影響維修備件供應(yīng)。錯誤的BIT指示使得設(shè)備可更換單元的備件數(shù)目難以有效地確定，可能造成備件浪費或貽誤戰(zhàn)機。

（4）失去使用、維護人員信任。對使用者而言，可能因此造成嚴(yán)重后果；對維修人員而言，可能放棄使用BIT手段進行維修活動，造成效率低下。

2 BIT虛警解決方案

2.1 硬件改進方案

（1）合理地確定監(jiān)控容差和延時。BIT在不同級別測試維修情況下，其門限值要求不同，越是高級別的維修測試，BIT門限值應(yīng)逐級減小，避免過多出現(xiàn)不能復(fù)現(xiàn)和重測合格現(xiàn)象[2]。在不同工作模式下發(fā)生故障時，有些被測對象的參數(shù)偏移和漂移范圍不同，若采用固定門限值會導(dǎo)致漏警或虛警，應(yīng)適時地改變門限值的大小來適應(yīng)被測對象的不同工作狀態(tài)，還可以采用新型檢測技術(shù)、多源測點信息融合技術(shù)以及自適應(yīng)檢測濾波等技術(shù)，以防止虛警發(fā)生。

另外，在工作過程中，有些系統(tǒng)的特性可能發(fā)生較大瞬態(tài)變化或較大擾動，但未發(fā)生故障，此時若采取系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作時的門限值進行檢測，易導(dǎo)致虛警，因此，可在瞬態(tài)變化或擾動衰減以后再加入門限值來防止虛警發(fā)生。

（2）針對BIT信號獲取中的干擾引起的虛警，分析采集信號的特性，采用必要的硬件濾波措施，消除干擾對BIT決策的影響。

（3）提高元器件的可靠性、完善生產(chǎn)工藝、改善硬件原材料和提高裝配質(zhì)量等。

2.2 軟件改進方案

應(yīng)用BIT軟件解決虛警問題具有靈活性、升級容易、便于智能化處理等特點，所以說采用軟件改善BIT的診斷算法來降低虛警是一種比較高效、實用的方法，主要有以下幾個方面：

（1）根據(jù)部件的重要性和故障危害度等綜合因素[3]，合理設(shè)置判故門限，以取得BIT故障檢測率和虛警率的合理折衷。針對瞬變狀態(tài)引起的虛警，檢測到的故障信息不要馬上報警，延時一段時間，連續(xù)檢測確認(rèn)該信息無誤后再報警。

（2）采用數(shù)字濾波和卡爾曼濾波技術(shù)，可以有效消除干擾噪聲對實際信號的影響。

（3）在BIT故障診斷算法中引入諸如專家系統(tǒng)、自適應(yīng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等智能理論和方法。

2.3 人工及環(huán)境改進方案

人的因素在BIT虛警中也占有重要的位置，現(xiàn)在興起的人素工程，重點就是研究人在系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)和維護中的地位和作用。

環(huán)境影響問題無處不在，是每個系統(tǒng)工程中都要客觀面對的問題?，F(xiàn)代飛行器系統(tǒng)所處的惡劣環(huán)境：高溫、高濕、電磁輻射、振動沖擊、這些因素不僅影響被測對象，同時影響B(tài)IT模塊本身。

提高地勤維護人員的個人綜合素質(zhì)、加強工程管理手段、嚴(yán)格遵守BIT操作規(guī)程、降低或有效隔離環(huán)境應(yīng)力、改善保養(yǎng)/存儲條件，也可以對BIT虛警起到一定的控制作用。

3 結(jié)束語

虛警率較高始終是制約BIT技術(shù)研究和應(yīng)用的瓶頸問題之一。通過總結(jié)故障診斷算法、門限值、可靠性等方面產(chǎn)生的原因，概括出了一個較為系統(tǒng)的BIT解決方案，以其推進BIT深入的研究和廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

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［3］天翔.電子設(shè)備測試性及診斷技術(shù).北京：航空工業(yè)出版社.

〔編輯 凌瑞〕

圖3 高旁閥頻繁擺動過程曲線

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.45

TK267

B