吳松林　陳湛楊

【摘 要】介紹了我國(guó)某核電站M310汽輪機(jī)進(jìn)汽閥工作原理和性能測(cè)試現(xiàn)狀，結(jié)合汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)的主要故障模式，提出對(duì)當(dāng)前汽輪機(jī)進(jìn)汽閥進(jìn)行系統(tǒng)在線(xiàn)性能測(cè)試的改進(jìn)方案，研究將先進(jìn)閥門(mén)診斷技術(shù)應(yīng)用于對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)的故障診斷、分析、事故預(yù)防、性能再鑒定以及預(yù)防性維護(hù)活動(dòng)中，促進(jìn)優(yōu)化汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)預(yù)防性維修策略，以提高核電站汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行可靠性。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；主汽閥門(mén)；預(yù)防性維護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)： TK264.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）14-0049-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.021

Diagnosis practice and improvement of the performance of nuclear steam turbine valve

WU Song-lin CHEN Zhan-yang

（Fuqing Nuclear Power Plant， Fuqing Fujian 350318， China）

【Abstract】This paper introduces the working principle and performance test status of the steam inlet valve of M310 steam turbine in a nuclear power station in our country. Combined with the main fault mode of the steam turbine inlet valve， an improved scheme for the on-line performance testing of the current steam turbine inlet valve is put forward， and the advanced valve diagnosis technology is applied to the steam turbine inlet valve. In order to improve the safety operation reliability of steam turbine generator set in nuclear power plant， the preventive maintenance strategy of steam turbine inlet valve is promoted in the activities of obstacle diagnosis， analysis， accident prevention， performance re identification and preventive maintenance.

【Key words】Steam turbine； Main steam valve； Preventive maintenance

0 引言

汽輪機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥開(kāi)度實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速、功率、頻率、壓力等動(dòng)態(tài)指標(biāo)進(jìn)行控制，并對(duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)速超限、轉(zhuǎn)速加速度超限、負(fù)荷變化速度及蒸汽需求等進(jìn)行限制。汽輪機(jī)進(jìn)汽閥作為汽輪機(jī)控制調(diào)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其工作性能必須足夠可靠才能保證發(fā)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，為此汽輪機(jī)進(jìn)汽閥的性能測(cè)試和鑒定顯得格外重要。汽輪機(jī)進(jìn)汽閥的故障原因種類(lèi)較多，故障原因的發(fā)現(xiàn)、診斷、解決、預(yù)防往往需要做大量研究工作，在實(shí)踐過(guò)程中總結(jié)了各方面經(jīng)驗(yàn)，并做了部分改進(jìn)研究，以期提高汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)工作的可靠性。

1 汽輪機(jī)主汽閥工作原理簡(jiǎn)介

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制中，汽機(jī)負(fù)荷控制邏輯通過(guò)目標(biāo)負(fù)荷計(jì)算出閥門(mén)開(kāi)度指令，控制系統(tǒng)通過(guò)模擬量輸出卡件輸出閥門(mén)開(kāi)度指令電流信號(hào)至伺服放大器卡件，伺服放大器根據(jù)上游收到的主汽閥閥門(mén)開(kāi)度指令和收到的來(lái)自主調(diào)閥閥位反饋信號(hào)、比例閥先導(dǎo)閥位置反饋信號(hào)、比例閥主閥位置反饋信號(hào)運(yùn)算出作用在比例閥先導(dǎo)閥上的開(kāi)度指令信號(hào)，比例方向閥主閥的位置反饋決定了主調(diào)閥閥門(mén)的進(jìn)油，從而控制汽輪機(jī)閥門(mén)開(kāi)度。因此用于汽輪機(jī)主調(diào)節(jié)閥控制的比例閥是一個(gè)兩極放大的比例閥。初級(jí)閥為先導(dǎo)級(jí)電磁閥，次級(jí)閥為滑閥系統(tǒng)。初級(jí)閥是一個(gè)比例閥，其主要元件為比例電磁鐵和滑閥，電信號(hào)通過(guò)比例電磁鐵轉(zhuǎn)化為滑閥的直線(xiàn)往返運(yùn)動(dòng)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)；次級(jí)是主滑閥系統(tǒng)，初級(jí)滑閥A、B口輸出的液壓信號(hào)分別控制主滑閥兩端的控制油壓，進(jìn)而控制主滑閥芯的位置，從而控制主滑閥A、B口油壓。主滑閥和先導(dǎo)閥均帶有電氣反饋傳感器，能將閥芯的位置信號(hào)轉(zhuǎn)化為4～20mA的電流信號(hào)。

2 汽輪機(jī)進(jìn)汽閥性能測(cè)試實(shí)踐與思考

在機(jī)組調(diào)試初期汽輪機(jī)進(jìn)汽閥性能測(cè)試使用的是一套由閥門(mén)廠家開(kāi)發(fā)的就地離線(xiàn)閥門(mén)調(diào)試安裝工具裝置，該裝置需要將控制系統(tǒng)中的伺服放大器卡件拆除并安裝在試驗(yàn)裝置上，將汽輪機(jī)主調(diào)閥的各信號(hào)電纜并將閥門(mén)信號(hào)接口通過(guò)專(zhuān)用電纜連接至試驗(yàn)裝置，以實(shí)現(xiàn)在閥門(mén)安裝現(xiàn)場(chǎng)對(duì)閥門(mén)的性能和控制進(jìn)行調(diào)試。該試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是僅適用于閥門(mén)初期的安裝調(diào)試，功能單一，僅為閥門(mén)本體上的傳感器提供電源，為閥門(mén)伺服放大器提供安裝載體，為各信號(hào)電纜提供接口等，具體實(shí)施過(guò)程需要的附加工作條件多，工作效率低，便捷化程度低，還需要另外的信號(hào)發(fā)生和采集設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。該試驗(yàn)裝置的另一個(gè)特點(diǎn)是僅僅能夠進(jìn)行閥門(mén)的離線(xiàn)性能測(cè)試，在機(jī)組運(yùn)行后使用該裝置進(jìn)行試驗(yàn)不具可行性。

在汽輪機(jī)處于功率運(yùn)行過(guò)程中，由于汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)一直處于工作狀態(tài)，不可能對(duì)閥門(mén)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間離線(xiàn)動(dòng)作試驗(yàn)，閥門(mén)動(dòng)作將對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)的輸出功率有直接影響，過(guò)程具有高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)。而汽輪機(jī)進(jìn)汽閥的動(dòng)作可靠性需要進(jìn)行充分的測(cè)試驗(yàn)證，前述試驗(yàn)裝置不可能滿(mǎn)足實(shí)際閥門(mén)性能測(cè)試的需要，為此需要對(duì)閥門(mén)的性能進(jìn)行在線(xiàn)測(cè)試。為此汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一套在線(xiàn)動(dòng)作試驗(yàn)邏輯。按照試驗(yàn)邏輯，通過(guò)自動(dòng)化控制邏輯測(cè)試程序?qū)⑵啓C(jī)調(diào)節(jié)閥門(mén)的控制切換到測(cè)試狀態(tài)，閥門(mén)的開(kāi)度指令由測(cè)試程序發(fā)出，處于測(cè)試狀態(tài)的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥按照測(cè)試邏輯指令緩慢開(kāi)小，然后全關(guān)對(duì)應(yīng)進(jìn)汽回路汽輪機(jī)主汽閥，這樣使得其它處于工作狀態(tài)的汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥緩慢開(kāi)大維持汽輪機(jī)進(jìn)汽總量穩(wěn)定，達(dá)到避免功率擾動(dòng)過(guò)大的目的。通過(guò)順序控制指令閥門(mén)在預(yù)期時(shí)間內(nèi)能夠正常開(kāi)關(guān)動(dòng)作，閥門(mén)反饋正常即可完成試驗(yàn)，控制邏輯自動(dòng)產(chǎn)生試驗(yàn)合格信號(hào)反饋。該閥門(mén)性能試驗(yàn)的方法主要特點(diǎn)是能夠進(jìn)行在線(xiàn)性能測(cè)試，具有快速便捷的特點(diǎn)，自動(dòng)化程度較高，但是存在高風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)對(duì)于汽輪機(jī)組的功率產(chǎn)生影響，引發(fā)功率波動(dòng)，會(huì)對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行也產(chǎn)生一定不利影響。另外該方法得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅包含了閥位動(dòng)作曲線(xiàn)，僅僅能夠反映閥門(mén)的活動(dòng)性能是否正常，不能夠滿(mǎn)足試驗(yàn)不合格情況下進(jìn)行異常原因分析的數(shù)據(jù)需求，導(dǎo)致即使發(fā)現(xiàn)閥門(mén)異常也往往束手無(wú)策。

上述系統(tǒng)在線(xiàn)狀態(tài)下的閥門(mén)性能試驗(yàn)方法亦不能很好滿(mǎn)足對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)性能測(cè)試和異常原因診斷的需求，為此本文提出了一種在實(shí)踐中摸索出的機(jī)組功率運(yùn)行條件下汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥性能測(cè)試方法作為補(bǔ)充，以滿(mǎn)足核電機(jī)組長(zhǎng)檢修周期發(fā)展趨勢(shì)下對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)行性能測(cè)試的方法。下面是該方法的情況概述：

通過(guò)在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中接入信號(hào)采集裝置采集汽輪機(jī)進(jìn)汽閥的主閥位反饋信號(hào)、比例先導(dǎo)閥閥位反饋、比例主閥閥位反饋信號(hào)、比例閥控制指令信號(hào)、油動(dòng)機(jī)壓力信號(hào)，在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)工程師站中輸入指令將調(diào)節(jié)閥開(kāi)度緩慢減小全關(guān)位置，再將對(duì)應(yīng)環(huán)路的主汽閥置為全關(guān)狀態(tài)。這樣就將汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門(mén)放到一種可動(dòng)作而不影響汽輪機(jī)功率的安全狀態(tài)，通過(guò)輸出不同閥門(mén)動(dòng)作指令而獲取閥門(mén)的動(dòng)態(tài)動(dòng)作數(shù)據(jù)，為進(jìn)行故障原因診斷提供充足依據(jù)。采用該方法已經(jīng)成功完成了多次閥門(mén)動(dòng)作異常的原因分析，產(chǎn)生了不錯(cuò)的實(shí)際應(yīng)用效果。

在上述汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)性能測(cè)試活動(dòng)中，面對(duì)汽輪機(jī)閥門(mén)故障的種類(lèi)加較多，閃發(fā)異常動(dòng)作類(lèi)故障往往更難難進(jìn)行故障原因的定位，在閥門(mén)出現(xiàn)非上游控制指令導(dǎo)致的異常動(dòng)作后需要加裝臨時(shí)數(shù)據(jù)采集裝置，采集裝置同汽輪機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行連接的保留時(shí)間往往需要等待故障再次閃發(fā)后才能撤除，不能及時(shí)將故障排除，為機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行留下較大隱患。

3 汽輪機(jī)進(jìn)汽閥性能測(cè)試改進(jìn)方向研究

經(jīng)過(guò)上節(jié)的對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥性能測(cè)試實(shí)踐與思考，我們不難總結(jié)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)性能測(cè)試工作存在較多不足之處：

（1）汽輪機(jī)進(jìn)汽閥離線(xiàn)性能測(cè)試不能滿(mǎn)足核電廠對(duì)閥門(mén)性能可靠性測(cè)試的要求，尤其是現(xiàn)在核電廠正朝長(zhǎng)檢修周期發(fā)展背景下，僅僅適用于設(shè)備的安裝調(diào)試，且工作效率較低，功能單一。

（2）汽輪機(jī)進(jìn)汽閥帶負(fù)荷狀態(tài)下性能測(cè)試所獲取的數(shù)據(jù)過(guò)少，不足以滿(mǎn)足對(duì)閥門(mén)的異常診斷以及原因分析的數(shù)據(jù)需求。

（3）當(dāng)前實(shí)踐過(guò)程中采取的通過(guò)技術(shù)人員介入控制系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)存在重復(fù)勞動(dòng)量大，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度低，數(shù)據(jù)分析應(yīng)用困難，數(shù)據(jù)采集頻度低，自動(dòng)化程度低，數(shù)據(jù)獲取不及時(shí)等問(wèn)題。

結(jié)合在第2節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥性能測(cè)試的實(shí)踐與思考，我們可以一系列改進(jìn)實(shí)現(xiàn)各種性能測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)集成，在電站已有汽機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)自動(dòng)化性能測(cè)試基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將汽輪機(jī)進(jìn)汽閥的主閥位反饋信號(hào)、比例先導(dǎo)閥閥位反饋信號(hào)、比例主閥閥位反饋信號(hào)、比例閥控制指令信號(hào)、油動(dòng)機(jī)壓力信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，接入電站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這樣利用汽機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)本身對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)的性能進(jìn)行測(cè)試，省去了人工進(jìn)行閥門(mén)性能試驗(yàn)帶來(lái)的大量數(shù)據(jù)采集工作，同時(shí)也能為閥門(mén)工作狀態(tài)下發(fā)生異常情況時(shí)提供充分的分析數(shù)據(jù)。

4 汽輪機(jī)進(jìn)汽閥常見(jiàn)動(dòng)作異常原因識(shí)別

下表是基于核電廠汽輪機(jī)進(jìn)汽閥檢修歷史數(shù)據(jù)總結(jié)的常見(jiàn)的閥門(mén)動(dòng)作異常原因分析和排除方法。分析依據(jù)主要參考閥門(mén)的控制指令、閥門(mén)位置反饋、控制油壓力、控制油壓力。因此掌握了控制指令、閥門(mén)位置反饋、控制油壓力、控制油壓力特性曲線(xiàn)，通過(guò)以往發(fā)生故障的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取即可快速確定閥門(mén)動(dòng)作異常的具體原因。

5 汽輪機(jī)進(jìn)汽閥性能測(cè)試發(fā)展與展望

當(dāng)前閥門(mén)診斷技術(shù)在智能型氣動(dòng)閥運(yùn)行和維護(hù)上經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，但是由于各個(gè)閥門(mén)廠商的特殊性及汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)的工作原理的特殊性，應(yīng)用于汽輪機(jī)進(jìn)汽閥的閥門(mén)診斷技術(shù)研究設(shè)備和軟件較少。

更進(jìn)一步的研究改進(jìn)方向是將先進(jìn)的閥門(mén)診斷技術(shù)應(yīng)用于汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)的故障診斷和預(yù)防性維修活動(dòng)中，利用閥門(mén)診斷技術(shù)不需要對(duì)閥門(mén)解體即可準(zhǔn)確找到故障原因所在，從而減少對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)預(yù)防性維修解體帶來(lái)的維修成本高、檢修工期長(zhǎng)、備件更換量大、預(yù)防性檢修頻次少、異常診斷完全依賴(lài)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、閥門(mén)異常不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)等問(wèn)題，提高核電機(jī)組的汽輪機(jī)運(yùn)行的可靠性。

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