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(tái)機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的660MW超超臨界機(jī)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(tái)機(jī)組正式投產(chǎn)運(yùn)行，投運(yùn)期間運(yùn)轉(zhuǎn)正常。但其中一臺(tái)機(jī)組次年11月16日啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)階段，目標(biāo)轉(zhuǎn)速由高壓主汽門(mén)TV切換到高壓調(diào)門(mén)GV控制時(shí)，高壓主汽門(mén)失控，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)大幅波動(dòng)并一度引起OPC動(dòng)作，雖最終恢復(fù)正常，但問(wèn)題的存在嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行，下文對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)地分析，以供借鑒。

圖1 TV-GV閥切換過(guò)程記錄曲線

1 事件經(jīng)過(guò)

2010年11月16日4號(hào)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)，汽輪機(jī)采用高壓缸沖轉(zhuǎn)方式。06:43:52機(jī)組開(kāi)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(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2910rpm時(shí)，左右TV閥開(kāi)度分別為19.98%和20.17%，4個(gè)GV閥全開(kāi)時(shí)，運(yùn)行人員按下TV-GV閥切換按鈕，但左右TV閥和4個(gè)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(kāi)始變小，轉(zhuǎn)速才開(kāi)始逐步回落，當(dāng)左右TV閥關(guān)至9%時(shí)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(kāi)啟，但開(kāi)度到20%時(shí)再次保持不動(dòng)，4個(gè)GV閥緩慢關(guān)閉。07:11:21，4個(gè)GV閥關(guān)至15.9%，左右TV閥迅速全開(kāi)；07:11:08轉(zhuǎn)速第一次達(dá)到3000rpm，但仍保持上升趨勢(shì)，直至轉(zhuǎn)速飛升最高達(dá)到3098rpm時(shí)OPC動(dòng)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(jī)繼續(xù)升速，運(yùn)行人員改變目標(biāo)值至3000rpm，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢上升至目標(biāo)值，機(jī)組恢復(fù)正常升速，圖1是TV-GV閥切換過(guò)程記錄曲線。

2 汽機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)原因

2.1 TV閥控制邏輯分析

龍崗電廠機(jī)組設(shè)計(jì)TV閥為控制型閥門(mén)，在汽輪機(jī)高壓缸啟動(dòng)升速過(guò)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(kāi)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(dòng)或手動(dòng)二種方式。在自動(dòng)方式下，轉(zhuǎn)速設(shè)定值與實(shí)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(kāi)度由零逐漸增大，以此控制汽輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；在手動(dòng)方式下TV閥接受控制盤(pán)上的增加指令，直接開(kāi)大或關(guān)小TV閥；在做主汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)、AST油壓未建立時(shí)，將主控輸出置0，同時(shí)關(guān)閉TV1和TV2；在做TV活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)全關(guān)單側(cè)TV，試驗(yàn)結(jié)束后，重新開(kāi)到100%，也就是說(shuō)在試驗(yàn)過(guò)程中僅僅屏蔽了其正常的閥位指令。在汽機(jī)跳閘時(shí)，將主控輸出置-2，同時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)原因分析

通過(guò)調(diào)取沖轉(zhuǎn)當(dāng)時(shí)的歷史曲線及數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)沖轉(zhuǎn)過(guò)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(jī)冷態(tài)升速階段，TV-GV閥切換前，此時(shí)轉(zhuǎn)速由TV閥控制。當(dāng)左右TV閥開(kāi)度達(dá)20%左右時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度不再隨伺服閥指令的增加而開(kāi)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(kāi)度始終保持在20%。因DEH原設(shè)計(jì)中無(wú)伺服指令偏差報(bào)警，故沖轉(zhuǎn)初期沒(méi)有注意，直到轉(zhuǎn)速的上升使伺服指令小于20%時(shí)，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(méi)有立即關(guān)小呢？正常的TV-GV閥切換過(guò)程如圖3所示，接受到切換命令后， GV開(kāi)始以0.4%/s的速率緩緩關(guān)小，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降20rpm， 表明GV閥已有節(jié)流能力，已影響到汽機(jī)轉(zhuǎn)速可以控制轉(zhuǎn)速，GV閥開(kāi)始接受轉(zhuǎn)速PID回路的控制指令，同時(shí)TV閥立即全開(kāi)，由GV閥開(kāi)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(guò)程中轉(zhuǎn)速波動(dòng)，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(lái)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(dòng)的現(xiàn)象，導(dǎo)致汽機(jī)轉(zhuǎn)速不斷上升，最高達(dá)到了2978rpm。此時(shí)TV-GV閥沒(méi)有切換完成，轉(zhuǎn)速還是由TV閥控制，汽機(jī)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(kāi)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(yùn)行人員發(fā)出TV-GV閥切換指令時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為2910rpm，此時(shí)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(kāi)始接受轉(zhuǎn)速PID回路的控制指令，同時(shí)TV閥立即以1%/s開(kāi)啟。但是左右TV閥開(kāi)度到20%時(shí)再次保持不動(dòng)，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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)穩(wěn)定。而此次“汽機(jī)轉(zhuǎn)速下降20rpm”，完全依賴左右TV閥調(diào)節(jié)使汽機(jī)轉(zhuǎn)速下降，而GV閥還保持在全開(kāi)位，GV閥的關(guān)閉還無(wú)法迅速控制汽機(jī)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(dòng)并一度引起OPC動(dòng)作。

在此次DEH邏輯判斷“TV-GV閥切換成功”后，左右TV閥在全開(kāi)過(guò)程中開(kāi)到20%左右時(shí)，閥門(mén)再次保持不動(dòng)，左右TV閥出現(xiàn)了第二次不受控。直到4個(gè)GV閥逐步關(guān)至16%左右時(shí)，左右TV閥迅速?gòu)?0%至全開(kāi)。正是TV-GV閥切換前后兩次左右TV閥門(mén)不受控而停滯在20%開(kāi)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(dòng)作。

3 TV閥失控原因分析

針對(duì)左右TV閥在GV閥保持全開(kāi)時(shí)最大只能開(kāi)至20%，只有在GV閥開(kāi)度關(guān)至16%以下時(shí)，左右TV閥才能完全開(kāi)啟的問(wèn)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(mén)卡澀可能

從上述情況來(lái)看，閥門(mén)失去控制，主要伺服系統(tǒng)故障原因可能為：

一是由于開(kāi)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(dòng)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(mén)將關(guān)至關(guān)死位置。

二是油質(zhì)較差，小的顆?？ㄔ谒欧y滑閥中，導(dǎo)致滑閥卡澀，不接收控制。當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，閥門(mén)指令與閥門(mén)反饋相差越來(lái)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(lái)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(dòng)偏轉(zhuǎn)杠向開(kāi)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(mén)關(guān)閉的過(guò)程中可能會(huì)恢復(fù)正常。

此外還有因油質(zhì)的問(wèn)題引起泄載閥卡澀的可能，使動(dòng)力油漏泄到無(wú)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(shí)際位置分析

高壓主閥的機(jī)械結(jié)構(gòu)與其他調(diào)節(jié)性閥門(mén)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(gè)壓縮彈簧的彈簧力，通過(guò)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(dòng)作要打開(kāi)主閥時(shí)，預(yù)啟閥先被打開(kāi)，少量蒸汽通過(guò)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(kāi)主閥碟所需的提升力。

對(duì)沖轉(zhuǎn)過(guò)程仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，兩次TV閥均在20%左右開(kāi)度停滯不前，而且?guī)缀踝笥襎V閥同時(shí)發(fā)生。左右TV閥同時(shí)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(mén)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(mén)的總行程為99.3（97.5～102.5）mm，預(yù)啟閥最大可開(kāi)至17mm，然后帶動(dòng)主閥向上開(kāi)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(shí)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(mén)的機(jī)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(guò)程中有微小的偏差，以及閥桿在運(yùn)行過(guò)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(shí)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(kāi)位置，這也可解釋伺服閥在閥門(mén)關(guān)閉過(guò)程即刻恢能正常工作的原因。

3.3 閥門(mén)受力分析

由前分析，整個(gè)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(shí)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(mén)無(wú)法開(kāi)啟，還需進(jìn)一步從閥門(mén)的受力方面進(jìn)行分析。

當(dāng)預(yù)啟閥處于全開(kāi)且主閥處于關(guān)閉位置時(shí)，只有主閥閥桿受力F大于零，主閥才能開(kāi)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(jí)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(guò)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(kāi)啟。而主蒸汽壓Pst除了自身對(duì)F影響外又決定了TV閥體位移量的大小，即Pst過(guò)大或Pst過(guò)小使TV閥門(mén)位移量加大，均需提高Fy才能保證主閥的順利開(kāi)啟。這也是機(jī)組沖轉(zhuǎn)時(shí)要求滿足一定主蒸汽壓力的原因之一。

可見(jiàn)，機(jī)組在開(kāi)始沖轉(zhuǎn)前主蒸汽壓力為3.805 MPa，而哈汽廠家說(shuō)明書(shū)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(kāi)位置時(shí)，由于閥門(mén)前后壓差及彈簧力之和大于液壓缸的提升力，TV閥無(wú)法繼續(xù)開(kāi)啟，只能維持原有開(kāi)度，直至TV閥隨伺服指令下降而恢復(fù)控制。而當(dāng)機(jī)組閥切換時(shí)，TV閥再次開(kāi)啟到預(yù)啟閥全開(kāi)時(shí)，液壓缸的提升力仍未能滿足開(kāi)啟需求而再次保持不動(dòng)。直到GV閥門(mén)開(kāi)度的減小，主汽門(mén)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(kāi)啟。而TV閥門(mén)失控，最終引起轉(zhuǎn)速的失調(diào)，大幅波動(dòng)。

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(jī)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(jī)的升速。轉(zhuǎn)速達(dá)到2900rpm后，TV-GV閥切換時(shí)，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(kāi)啟。TV閥采用帶預(yù)啟閥的單座閥，目的在于保證主汽門(mén)關(guān)閉的嚴(yán)密性，以防止汽輪機(jī)超速；同時(shí)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(duì)汽輪機(jī)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(guò)嚴(yán)格的計(jì)算、測(cè)試，不可過(guò)大或過(guò)小應(yīng)選擇合適值。在隨后的啟動(dòng)過(guò)程中，按照廠家說(shuō)明書(shū)選擇沖轉(zhuǎn)參數(shù)，啟動(dòng)正常未曾出現(xiàn)過(guò)此類問(wèn)題。

4 建議與措施

（1）DEH邏輯是根據(jù)汽輪機(jī)機(jī)械特性而制作的。DEH邏輯、汽輪機(jī)機(jī)械特性、運(yùn)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(shuō)明書(shū)及啟動(dòng)運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行操作，合理選擇參數(shù)。

（2）加強(qiáng)監(jiān)視EH油質(zhì)，定期進(jìn)行油樣化驗(yàn)，增加主汽閥活動(dòng)試驗(yàn)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(mén)活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)進(jìn)入伺服閥。

（3）DEH系統(tǒng)增加伺服系統(tǒng)報(bào)警邏輯，并在生產(chǎn)運(yùn)行加大監(jiān)盤(pán)力度，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題積極處理。作為DEH維護(hù)人員在處理這些問(wèn)題時(shí)，應(yīng)進(jìn)行全面分析，通過(guò)分析各個(gè)環(huán)節(jié)找到問(wèn)題根源，不放過(guò)任何蛛絲馬跡和異常。

（4）機(jī)務(wù)和熱控各專業(yè)之間加強(qiáng)溝通，互相學(xué)習(xí)，熟練掌握汽輪機(jī)特性，從而保證開(kāi)機(jī)過(guò)程順利進(jìn)行。

[1]哈爾濱汽輪機(jī)廠.cch01a啟動(dòng)運(yùn)行說(shuō)明書(shū)[Z].

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