600MW汽轮机高压调节气阀典型故障及策略研究
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摘 要：汽轮机是发电厂的主要机组设备，汽轮机运行过程中高压调节阀很容易出现故障，本文对600MW汽轮机高压调节气阀的典型故障及应对策略进行分析与探讨，旨在为电厂的汽轮机运行提供理论支持。
关键词：600MW汽轮机 高压调节汽阀 故障 应对策略
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2019）08-0-02
引言
汽轮机是发电厂的原动机，其主要功能是驱动同步发电机旋转，进而产生电能，向电网传输符合数量和质量要求的电能产品。由于同步发电机的运行特性可知，发电机的端电压取决于无功功率，但是无功功率又取决于发电机的励磁，电网的频率取决于电网的有功功率，即取决于汽轮机的驱动功率。当发电厂的机组在并网运行的时候，根据转速偏差的改变可以调节汽门的开度，对汽轮机的进汽量及焓降进行调节，从而改变发电机的有功功率，满足外界电负荷的变化要求。汽轮机调节系统主要调节的内容是机组的转速，所以一般将汽轮的调节系统成为调速系统。汽轮机调节系统中，高压调节汽阀是一个十分重要的部分，在运行过程中，高压调节汽阀经常会出现一些故障，例如阀门反馈LVDT信号错误，门杆防转梢松动，、断裂，阀芯脱落，伺服阀出现故障等，为了提高机组设备的运行效率，必须要加强对各种故障问题的分析，找出具体的成因，采取相应措施进行处理，提高汽轮机组的运行水平。
一、机组情况
本文所选的分析机组设备为2x600MW机组，汽轮机是N600-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、直接空冷凝汽式机组，调节系统是数字电液调节系统，液压调节系统可以将油压控制在14MPa左右。每一台机组都有两个主汽阀，每一个主汽阀又带有两个调节汽阀，主汽阀和调节汽阀处于一个整体铸件内，安装与高压缸和中压缸的两侧。机组的每一个进气阀门都设置有独立的操作机构，其中高压主汽阀、高压调节阀的操作结构为伺服式结构，所有的阀门的开度都是有伺服油动机控制的，油动机又受数字电液调节系统发出的信号的控制，所有的阀门执行机构都是单侧进油式，即阀门靠液压驱动开启，靠弹簧力驱动关闭。机组的工作介质是高压抗燃油。
二、600MW汽轮机高压调节阀的典型故障分析
随着电力行业不断发展，发电厂的生产规模也不断扩大，大型机组参与电网调峰的频率也越来越高，幅度越来越大。机组的负荷变化很频繁，对此，高压调节汽阀必须要不断调整，才能满足机组的负荷变化情况，所以机组的阀门故障频率也逐渐升高。600MW汽轮机组的高压调节汽阀的典型故障有以下几种：
1.高压调节汽阀反馈LVDT故障及其解决策略
1.1故障及其原因
高压调节汽阀LVDT是用来传递油动机的行程信号的装置，包括含有三组线圈的管状变压器、纯铁铁心，铁心和油缸的活塞杆相连，当活塞移动的时候就带动铁心移动，两组次级线圈的感应电压也发生线性变化。当数字电液调节系统的指令电压大于LVDT的反馈电压时，表示油动机的开度不足，伺服放大器此时会输出正向电流，使油缸的活塞上移，同时LVDT的反馈电压变大，直到和数字电液调节系统的电压保持一致。以某单位机组为例，故障发生之前，机组的负荷为330MW，协调控制投入，AGC投入，发生事故的时候，机组的负荷突然变高，稳定在350MW，数字电液调节系统显示GV3号阀开度反馈从33%变成0%，其他的三个高压调节汽阀同时关小，到机组进行查看的时候发现GV3号阀处于全开状态，技术人员及时进行操作，降低主汽压力，锁定机组当前的负荷，然后将阀门的控制方式变为单阀方式，切换之后，轴瓦的温度、液压系统的油泵电流以及油压都没有明显变化。初步判定是GV3号阀的阀门反馈LVDT发出了错误的信号。
通常高压调节汽阀反馈LVDT的故障的原因有反馈铁心断裂，反馈杆折断、弯曲变形，线圈故障，信号线异常等原因。本例中的故障，经过技术人員到现场检查确认，发现是由于GV3号阀的阀门反馈信号错误造成的，因为阀门的反馈始终都为0，但是调节阀的开度是受到数字电液调节系统的开度指令通知的，这个指令始终都大于反馈值，所以GV3号阀的开度实际上会一直增加，直到全开。
1.2故障处理
LVDT反馈故障之后，调节阀所处的位置一般有三种情况，分别是全开、全关，处于中间位置，各个位置的处理方法基本是相同的，只是出现故障之后，LVDT如果处于中间开度，则应该要注意调节阀的指令、反馈以及实际位置，对这三个参数进行对比。对故障进行处理时要注意以下几点：第一，对当前的负荷进行锁定，维持负荷不变，如果CCS自动调节处于正常状态，则不需要解除自动，也不要盲目地将阀门的控制方式从顺序阀变为单阀控制，应该要观察轴振、轴瓦的温度等参数，如果在顺序阀控制方式下，导致汽轮机本体振动、温度剧增，则应该要立即将其改变为单阀方式。第二，对故障进行处理的时候，要在数字电液调节系统上缓缓输入故障调节阀关闭指令，使阀门逐渐关闭，操作过程中要尽量减少机组负荷的波动，同时要密切观察主机的参数。第三，调节阀全部关闭之后，首先将其指令强制控制为0，然后再关闭GV3号阀的液压系统油供手动门，由技术人员更换高压调节汽阀的LVDT，并且对其进行校验之后投入使用。
2.高压调节敌法的主要部件故障及其解决措施
2.1故障问题
高压调节汽阀长期工作过程中很容易出现一些零部件的故障问题，比如门杆防转梢松动、断裂，或者阀芯脱落。某机组发生故障的时候，机组的负荷指令为500MW，CCS投入，汽轮机为顺序阀控制方式，运行时发现汽轮机的轴承振动值从55μm突然变为119μm，机组的实际负荷、主汽流量、调解级压力降低，主汽压力突然升高，在现场检查却发现GV3号阀的反馈异常，比正常的开度要大一点，进一步检查发现GV3号阀的阀杆断裂。而且GV1和GV4已经完全开到90%，达到了最大开度，进汽方式也发生了改变，导致汽轮机1号、2号的轴瓦振动值瞬间增大，轴瓦金属温度也发生了相应变化。经过分析发现，本例中的故障是由于阀芯脱落造成的。 2.2故障处理
确定事故的原因之后，及时解除了机组AGC以及一次调频功能，将机组的控制方式从顺序阀控制切换为单阀运行，保持机组的负荷处于稳定状态，由于断裂的位置不易进行焊接，在CCS方式下，热控人员通过强制调节阀开指令，逐渐将其全部打开，由检修人员对断裂的位置进行重新焊接，如果阀芯没有完全脱落，则可以首先关回，然后进行处理，如果阀芯已经完全脱落，则可以根据负荷情况，进行相应处理。如果负荷较高，当阀门全部打开之后，可以首先进行简单处理，将阀芯和连接杆固定起来，让阀门的控制从顺序阀切换为单阀，强制关闭过程中的阀芯，并且不要对系统造成较大的影响，然后再在零位进行焊接和加固;如果负荷较低，则应该要将阀门的控制方式立即转变为单阀控制，并且确保机组的负荷保持稳定，在CCS方式下，由热控人员强制调节阀关指令，逐渐将其全部关闭压实，然后再进行处理。
3.伺服阀故障及其处理
3.1故障问题
当事故发生之前，机组的负荷为500MW，CCS模式，汽轮机的阀门为单阀控制，运行过程中发现液压系统的油回油温升高，而且液压系统的油箱和油位出现波动，油泵的电流、出口压力都在一定范围内发生波动。机组的GV4号阀的开度、调节级压力、负荷都小幅度波动。经过分析发现，故障的原因是GV4号阀的伺服阀存在问题，从而引起调节级压力以及负荷的摆动现象。
3.2故障处理
对伺服阀故障进行处理时，首先将机组的负荷降低，从500MW变为450MW，热工人员要及时将GV4号阀强制关闭，而且不能释放关指令，然后关闭故障阀门液压系统的高压油供手动门，将其他三个高压调节汽阀开大，但是不能超過限值。关闭故障阀门的高压油供手动阀门的时候，应该要检查高压油供手动阀和两路回油的逆止门，是否都保持严密状态，确保其处于严密状态的时候才能更换伺服阀。在更换伺服阀的时候要确定接口和安装的方式，伺服阀不能输出正向电流，否则将会在油供手动阀打开的时候，使处于强制关闭状态的阀门开启，导致机组的负荷发生突变。另外，在打开油供手动阀进行注油的时候一定要缓慢打开、注入，注油过程中也要保持阀门始终处于关闭状态，注油结束之后再缓慢地放开阀门限制指令，以阀门活动试验方式开启阀门，并且对调节汽阀进行多次试验，确保试验合格之后才能再次投入使用。在更换伺服阀的时候，工作人员应该要严密地监视机组的振动、轴承温度等参数的变化，关闭故障阀门的供油阀时，一定要确保无误，做好监护，防止出现误关现象，执行过程中随时观察油压的变化。
综上所述，调节汽阀是汽轮机组的核心控制设备，对整个机组的运行都有重要影响，调节汽阀的故障会直接威胁到整个机组和电网的安全稳定运行。当大型机组发生调节汽阀故障的时候，必须要根据实际情况分析故障的原因，并且及时采取相应措施进行处理，以防事故扩大，对汽轮机组的运行安全造成威胁。
参考文献
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