陳順青,葉明星,安 琪,于長江

(河北國華滄東發(fā)電有限責任公司,河北 滄州 061003)

鍋爐給水泵是火電廠的重要設備,超臨界機組的鍋爐給水泵采用轉速可變的小汽輪機來驅動[1]。某火電廠660 MW 超臨界機組配套使用的鍋爐給水泵型號為NK63/71/0型單缸、軸流、反動、冷凝式汽輪機,用于驅動660 MW 火電機組50%容量鍋爐給水泵。2臺汽輪機驅動2臺鍋爐給水泵,2臺給水泵并聯(lián)運行,配1 臺主機。機組正常運行時,鍋爐給水泵小汽輪機的工作汽源由主機四段抽汽提供,經速關閥進入蒸汽室。

給水泵小汽輪機速關閥在啟動掛閘過程和閥門松動試驗過程出現(xiàn)故障的情況較為普遍[2],類似問題亟待解決。文中重點介紹某火電廠660 MW超臨界機組鍋爐給水泵小汽輪機在啟動掛閘過程中,發(fā)出ETS復位指令而未發(fā)出掛閘指令的情況下,速關閥自動開啟問題的原因分析及處理。

1 故障情況分析

1.1 速關閥正常動作過程

小汽輪機速關閥也叫小汽輪主汽門,是一種電液伺服執(zhí)行機構,通過與之配套使用的速關組件相關電磁閥接受DCS指令,控制速關閥油缸的供油和回油,從而開啟和關閉速關閥,控制蒸汽與小汽輪機之間管路的通斷。某火電廠660 MW 超臨界機組鍋爐給水泵小汽輪機速關閥的正常開啟過程為:在潤滑油系統(tǒng)正常運行后,ETS 復位,跳閘指令消失,速關組件停機電磁閥失電,插裝閥關閉,快速泄油回路截斷,掛閘指令發(fā)出后,速關組件的啟動油電磁閥和速關油電磁閥同時帶電,啟動油壓力建立,速關閥活塞與活塞盤的密封面緊密接觸,速關油通路被截止,15 s后速關油電磁閥失電,速關油導通,速關閥在活塞盤左側的速關油與活塞右側的啟動油之間0.05 MPa壓差作用下緩慢開啟,60 s后啟動油電磁閥失電,啟動油泄掉,小汽輪機速關閥在速關油的作用下迅速開啟到全開位。小汽輪機速關閥正常開啟曲線如圖1所示。

圖1 鍋爐給水泵小汽輪機速關閥正常開啟曲線

1.2 速關閥故障過程

某火電廠660 MW 超臨界機組經過檢修后對小汽輪機各閥門進行傳動調試,傳動調試速關閥時,在發(fā)出ETS復位脈沖指令后未發(fā)出掛閘脈沖指令的情況下,速關油壓力低信號消失,跳閘指令消失,速關閥自動緩慢打開,啟動油電磁閥和速關油電磁閥指令均未產生,就地啟動油壓力表指示0 MPa,就地速關油壓力表顯示約為0.8 MPa。小汽輪機速關閥故障開啟曲線如圖2所示。

圖2 鍋爐給水泵小汽輪機速關閥故障開啟曲線

2 故障原因分析

2.1 故障曲線對比分析

將文中速關閥故障開啟曲線與正常開啟曲線作初步對比分析。經過圖1和圖2對比發(fā)現(xiàn)速關閥故障開啟和正常開啟過程主要有如下區(qū)別。

a.速關閥故障開啟時,全程保持勻速緩慢開啟,持續(xù)時間約3 min方可全開;速關閥正常開啟時,先勻速緩慢開啟約30 s,啟動油電磁閥帶電指令消失后速關閥迅速打開,開啟全程用時約1 min。

b.速關閥故障開啟時,ETS復位指令發(fā)出后,速關油壓力低信號隨即消失,建立速關油油壓;速關閥正常開啟時,ETS復位指令發(fā)出后,速關油壓力低信號不消失,直至速關油電磁閥失電后速關油壓力低信號消失,隨后建立速關油油壓。

c.速關閥故障開啟時,掛閘指令并未發(fā)出,啟動油電磁閥和速關油電磁閥帶電控制指令均未產生;速關閥正常開啟時,掛閘指令發(fā)出,啟動油電磁閥和速關油電磁閥控制指令隨即產生。

基于速關閥故障開啟和正常開啟過程的對比,基本可以排除控制指令誤發(fā)的因素,但具體原因需要進一步深入分析。

2.2 速關閥機械原因分析

某火電廠采用無單獨閥殼的速關閥,水平安裝在小汽輪機進汽室側面,主要由油缸和閥體兩部分組成。機械結構示意見圖3。

圖3 鍋爐給水泵小汽輪機速關閥機械結構示意

速關閥的開啟是由啟動油F 和速關油E2相互配合控制的。速關閥開啟時,啟動油通到活塞的右端,活塞在啟動油油壓的作用下克服彈簧力而壓向活塞盤,使其與活塞盤的密封面緊密接觸。然后,速關油通入到活塞盤的左側,活塞盤左側的速關油油壓建立后,啟動油通過速關組件中的溢流閥開始有控制的泄放。此時,活塞同活塞盤就像-個整體,在速關油和啟動油壓差(約0.05 MPa)作用下向右移動直到與試驗活塞頂死,因為活塞盤和閥桿右端相連,所以隨著活塞盤的移動,速關閥也隨之開啟。

從速關閥機械原因分析并結合故障現(xiàn)象可知,若閥桿上有鹽垢或油缸部件有油垢而產生了額外的運動阻力,或者閥桿因長期運行發(fā)生彎曲而增大摩擦阻力都會造成上述故障現(xiàn)象。

2.3 速關閥調節(jié)油系統(tǒng)原因分析

速關組件是速關閥調節(jié)油系統(tǒng)中重要的組成部分,其主要包括1843啟動油電磁閥,1842速關油電磁閥,2222、2223停機電磁閥,1853溢流閥,插裝閥DG40和DG16等。速關組件結構及工作原理如圖4所示。

圖4 速關組件結構及工作原理

2.3.1 速關閥調節(jié)油系統(tǒng)“油路一”分析

潤滑油系統(tǒng)正常運行時,供速關閥用潤滑油由1路總供油管路分成2路分供油管路。其中速關閥調節(jié)油系統(tǒng)“油路一”的潤滑油直接送至速關組件,進入速關組件后又分為4路:第1路經2250手動停機閥、2222/2223 停機電磁閥后成為插裝閥DG40的控制油,該路控制油油壓消失后插裝閥DG40開啟,速關閥供油管路中的速關油及油缸中的速關油快速泄掉,使速關閥迅速關閉;第2路經2309速關閥聯(lián)機試驗閥后成為試驗油H 供速關閥松動試驗用;第3路經1843啟動油電磁閥后成為啟動油F和危急保安裝置的開關油M,啟動油F壓力建立后活塞克服彈簧力作用將活塞壓向活塞盤,1853溢流閥保證啟動油F 壓力小于速關油E2約0.05 MPa,開關油M 壓力建立后,危急遮斷油門滑閥上的油壓力克服彈簧力作用使危急遮斷油門復位;第4路作為速關閥的“動力油1”進入速關油供油管路(圖4帶短斜線部分),插裝閥DG40關閉時作為速關油E2直接送至速關閥油缸,插裝閥DG40開啟時直接泄放至回油回路。

2.3.2 速關閥調節(jié)油系統(tǒng)“油路二”分析

速關閥調節(jié)油系統(tǒng)“油路二”的潤滑油直接送至危急遮斷裝置,經危急遮斷油門后成為速關油E1再送至速關組件,進入速關組件后E1又分為2路:第1路作為插裝閥DG16的“控制油”,第2路作為速關閥的“動力油2”。當1842速關油電磁閥不帶電時,插裝閥DG16開啟,插裝閥DG16的“控制油”、速關閥的“動力油2”、速關閥的“動力油1”匯合后成為速關油E2 進入速關閥油缸;當1842速關油電磁閥帶電時,插裝閥DG16的“控制油”使插裝閥關閉,切斷“動力油2”成為E2的通路,僅?！皠恿τ?”與E2導通。若插裝閥DG40關閉,僅靠速關閥的“動力油1”的壓力不足以克服啟動油壓力使速關閥開啟。

從速關閥調節(jié)油系統(tǒng)油路分析并結合故障現(xiàn)象可知,速關組件中啟動油電磁閥故障導致上述故障現(xiàn)象產生的可能性比較大。

3 故障處理及效果

基于以上分析并考慮處理缺陷的難易程度,該廠檢修人員首先從速關閥調節(jié)油系統(tǒng)(尤其速關組件)入手。在故障處理過程中,檢修人員意外發(fā)現(xiàn)啟動油壓力表一次門未開(機務檢修作業(yè)因充氬焊接需要關閉一次門),在打開一次門后啟動油壓力表指示約為0.75 MPa,而此時無掛閘指令。根據速關閥控制原理可知,由于掛閘指令并未發(fā)出,啟動油電磁閥無帶電指令,但啟動油油壓已提前建立。因此考慮啟動油電磁閥繞阻損壞、啟動油電磁閥指令回路存在絕緣破損導致信號串入、啟動油電磁閥損壞卡澀等幾種原因。

通過對速關組件電磁閥控制指令回路檢查及分別單獨給電磁閥帶電指令試驗后,未發(fā)現(xiàn)指令回路存在明顯絕緣破損、繞阻損壞情況。排除以上2個原因后,對啟動油電磁閥進行解體,取出閥芯后發(fā)現(xiàn)套筒內部有雜質,對套筒內部進行徹底清洗,重新回裝電磁閥后,再次開啟速關閥,開啟正常,缺陷消除。

4 結束語

通過對某660 MW 超臨界機組鍋爐給水泵小汽輪機速關閥在啟動掛閘過程中故障開啟的原因分析及處理,可以得出以下結論。

a.速關閥故障開啟和正常開啟區(qū)別2.1節(jié)a的原因是:由于速關閥整個故障開啟過程中活塞盤左側速關油E2與活塞右側啟動油F始終存在,二者之間存在0.05 MPa的壓差,因此速關閥全程緩慢開啟。

b.速關閥故障開啟和正常開啟區(qū)別2.1節(jié)b的原因是:ETS 復位,跳閘指令消失,2222/2223停機電磁閥失電,插裝閥DG40關閉,快速泄油回路截斷,速關閥的"動力油1"和來自危急遮斷油門的速關油E1匯合后直接送至速關閥油缸,而此時由于1843啟動油電磁閥卡澀導致啟動油油壓提前建立,速關閥活塞與活塞盤的密封面已緊密接觸,速關閥油缸中的回油回路被截死,速關油油壓建立,速關油壓力低信號隨即消失。

c.引發(fā)此次故障的直接原因為啟動油電磁閥卡澀,導致電磁閥卡澀的主要因素是潤滑油油料品質較差。建議機組運行期間嚴格控制小汽輪機調節(jié)油系統(tǒng)油料品質,機組檢修期間對速關組件電磁閥線圈進行帶電試驗檢查,對速關組件電磁閥進行解體,將電磁閥閥芯打磨光滑并清理套筒內部油污,從而避免機組在啟動和運行過程中出現(xiàn)類似故障,保證機組的順利啟動和穩(wěn)定運