朱 濤

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東電力試驗(yàn)研究院，安徽 合肥 230031)

0 概 述

汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，在很大程度上取決于調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在調(diào)試階段中，由于油質(zhì)差、電磁閥卡澀、伺服閥故障、節(jié)流孔選型不合理、管道安裝錯(cuò)誤等原因，將造成調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)運(yùn)行異常，從而影響汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

現(xiàn)以某電廠調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)折故障狀態(tài)為分析對(duì)象，尋求系統(tǒng)故障的起因，針對(duì)故障的處理過(guò)程，可為同類型機(jī)組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的故障診斷，提供參考。

1 調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的組成

在某2×200 MW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)中，包含有低壓安全系統(tǒng)和高壓安全系統(tǒng)[1]。

1.1 低壓安全系統(tǒng)

低壓安全系統(tǒng)主要由機(jī)械超速裝置、緊急停車裝置和復(fù)位裝置組成。機(jī)械超速裝置由緊急遮斷器、緊急遮斷油門、噴油試驗(yàn)手柄等組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置，如圖1所示。

當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生掛閘狀態(tài)后，在DCS控制系統(tǒng)的屏幕上點(diǎn)擊“掛閘”圖框，復(fù)位電磁閥接收掛閘信號(hào)，此時(shí)，高啟泵送來(lái)的潤(rùn)滑油將錯(cuò)油門置于下方位置，從而保持了低壓安全系統(tǒng)的油壓。低壓安全系統(tǒng)的油壓，約為1.5 MPa。當(dāng)安全系統(tǒng)的油通入緊急遮斷油門的上部，在安全油壓的作用下活塞下行，使油門復(fù)位。同時(shí)，進(jìn)入緊急遮斷的顯示器進(jìn)行操作，使芯桿上移，緊急遮斷顯示器將從顯示“遮斷”，改變?yōu)轱@示"正?！?。當(dāng)安全油進(jìn)入隔膜閥上部，并克服彈簧阻力后，可使隔膜閥處于關(guān)閉狀態(tài)，隨即關(guān)閉了緊急遮斷油母管的泄油口，4個(gè)AST電磁閥同時(shí)接收信號(hào)后也隨之關(guān)閉，此時(shí)，緊急遮斷母管通向油箱的排油口也被關(guān)閉，從而使高壓系統(tǒng)建立了安全油壓。高壓系統(tǒng)的安全油壓，為14±0.5 MPa。至此，完成了掛閘操作。

在該系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了3種停機(jī)方式，分別為電氣停機(jī)、機(jī)械超速停機(jī)及手動(dòng)停機(jī)方式。

(1)電氣停機(jī)

停機(jī)電磁閥和高壓遮斷裝置是電氣停機(jī)的主要部件。當(dāng)停機(jī)指令發(fā)出后，停機(jī)電磁閥及高壓遮斷裝置中的4個(gè)遮斷電磁閥將分別接收到停機(jī)指令，隨后停機(jī)電磁閥開(kāi)啟，使低壓安全油路與回油管接通，由于低壓安全油為零，隔膜閥隨即被打開(kāi)，緊急遮斷油母管與回油管接通，高壓安全系統(tǒng)的油壓被迅速泄放，各汽門被關(guān)閉，隔離了機(jī)組進(jìn)汽。接收停機(jī)指令后，遮斷電磁閥組被打開(kāi)，使高壓安全系統(tǒng)的油壓也被快速卸壓，各汽門關(guān)閉。無(wú)論低壓系統(tǒng)的停機(jī)電磁閥或是高壓系統(tǒng)遮斷電磁閥動(dòng)作，均能關(guān)閉所有汽門，從而確保機(jī)組的可靠停機(jī)。

(2)機(jī)械超速停機(jī)

在機(jī)械超速裝置中，包括了緊急遮斷器、緊急遮斷油門、噴油試驗(yàn)手柄等部件。緊急遮斷器的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。在緊急遮斷器中，件1為飛錘。飛錘與轉(zhuǎn)軸一起高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于設(shè)定值后，飛錘將甩出。甩出的飛錘使緊急遮斷油門脫扣，迅速地缷掉安全油壓，各汽門隨即關(guān)閉，確保汽輪機(jī)的安全停機(jī)。

圖2 緊急遮斷器

(3)手動(dòng)停機(jī)

在前軸承座端面上，安裝有手動(dòng)遮斷停機(jī)裝置。在緊急情況下，可手動(dòng)操作停機(jī)手柄，讓低壓油系統(tǒng)的油路接通回油管，迅速卸掉低壓油的油壓，使隔膜閥快速打開(kāi)，同時(shí)，高壓安全油路與回油管接通，快速卸去高壓安全油壓，各汽門被關(guān)閉，機(jī)組停機(jī)。

1.2 高壓安全系統(tǒng)

1.2.1 隔膜閥

高壓安全系統(tǒng)由隔膜閥及緊急保安裝置構(gòu)成。隔膜閥是連接低壓安全油系統(tǒng)與高壓安全油系統(tǒng)的裝置。隔膜閥上腔室連接至低壓安全油，正常情況下，上腔室通了低壓安全油后，克服了彈簧阻力將隔膜閥閥芯壓下，隔離了緊急遮斷油母管的卸油口通道，保證AST油壓的建立。當(dāng)?shù)蛪喊踩拖到y(tǒng)啟動(dòng)了保護(hù)動(dòng)作，低壓安全油壓被卸去，在彈簧力的作用下迅速打開(kāi)了隔膜閥，緊急遮斷油母管的卸油口通道被打通，快速卸去了安全油壓，所有汽門隨即關(guān)閉。

1.2.2 緊急保安裝置

緊急保安裝置由AST電磁閥及OPC電磁閥、單向閥等組成。緊急保安裝置的布置，如圖3所示。

圖3 緊急保安裝置

1.2.2.1 AST電磁閥

AST電磁閥有兩組，每組有2個(gè)電磁閥，按照或串聯(lián)或并聯(lián)的方式布置。正常運(yùn)行時(shí)，電磁閥關(guān)斷，隔絕緊急遮斷管道上的泄油口，建立AST油壓。當(dāng)電磁閥接收停機(jī)指令后，電磁閥被打開(kāi)，緊急遮斷油管道的泄油口接通了回油管，卸去AST油壓，各汽門關(guān)閉，機(jī)組停機(jī)。

1.2.2.2 OPC電磁閥

2個(gè)OPC電磁閥為并聯(lián)布置。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，OPC電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，起到隔離OPC總管與回油管之間通道的作用，確保OPC油壓的建立。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3 090 r/min時(shí)，DEH發(fā)出OPC超速信號(hào)，OPC電磁閥接收信號(hào)后打開(kāi)，卸去OPC母管油壓，快速關(guān)閉調(diào)節(jié)汽閥。

1.2.2.3 單向閥

在AST油路和OPC油路之間設(shè)置了2個(gè)單向閥，方向?yàn)閺腛PC油路指向AST油路，即當(dāng)OPC電磁閥動(dòng)作后，因單向閥的作用，泄放的OPC油，不會(huì)對(duì)AST油壓產(chǎn)生影響。當(dāng)AST電磁閥動(dòng)作后，AST油壓為零，單向閥被打開(kāi)， OPC油壓隨即失去。

2 調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及處理

調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)較為復(fù)雜，涉及的范圍較廣，在安裝過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生管道接頭、模塊組裝、系統(tǒng)沖洗恢復(fù)、熱控儀表信號(hào)測(cè)點(diǎn)安裝錯(cuò)誤等問(wèn)題，在調(diào)試過(guò)程中，常常會(huì)發(fā)生一些異常情況[2]，需按不同的狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行處理。

2.1 正常打閘后無(wú)法掛閘

在汽輪機(jī)ETS試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)行正常打閘后，重新進(jìn)行掛閘，但掛閘操作失敗，而在此前的ETS試驗(yàn)期間，汽輪機(jī)均能正常掛閘，所以，可排除系統(tǒng)管路發(fā)生故障。經(jīng)檢查，高壓?jiǎn)?dòng)油泵的電流及出口壓力均在正常范圍內(nèi)，因此，也可排除低壓供油存在問(wèn)題。判斷造成無(wú)法掛閘的原因，可能是高壓安全油壓或低壓安全油壓無(wú)法建立。

影響建立高壓安全油壓，分別有幾方面的因素。(1)4個(gè)AST電磁閥動(dòng)作狀態(tài)是否正常。(2)EH油系統(tǒng)壓力是否正常。(3)隔膜閥的狀態(tài)是否正常。對(duì)4個(gè)AST電磁閥進(jìn)行檢查，分別給4個(gè)電磁閥強(qiáng)制施加帶電信號(hào)，就地檢查后，發(fā)現(xiàn)4個(gè)電磁閥均能正常帶電動(dòng)作，此項(xiàng)被排除。在掛閘期間，EH油系統(tǒng)的油壓始終維持在14.2 MPa，電動(dòng)機(jī)的電流也無(wú)明顯變化，因此EH油系統(tǒng)油壓?jiǎn)栴}也可排除。在重新掛閘期間，發(fā)現(xiàn)隔膜閥上部油壓約為0.9 MPa，油壓低于正常掛閘時(shí)的1.5 MPa，因此，無(wú)法掛閘的原因可能產(chǎn)生于低壓安全油系統(tǒng)。

低壓安全油壓異常時(shí)，常因手動(dòng)停機(jī)裝置卡澀存在卸油、復(fù)位電磁閥卡澀未接通安全油、或者是停機(jī)電磁閥卡澀存在卸油。首先，對(duì)手動(dòng)停機(jī)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，將手動(dòng)停機(jī)手柄拉出后再?gòu)?fù)位，發(fā)現(xiàn)并無(wú)卡澀現(xiàn)象。隨后，對(duì)復(fù)位電磁閥進(jìn)行檢查，強(qiáng)制讓復(fù)位電磁閥帶電，就地檢查復(fù)位電磁閥帶電動(dòng)作狀態(tài)，又通過(guò)就地手動(dòng)掛閘手柄進(jìn)行掛閘(與復(fù)位電磁閥的功能一致)。但還是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，因此，排除了復(fù)位電磁閥被卡澀的故障。

通過(guò)試驗(yàn)，初步判定為停機(jī)電磁閥被卡澀，存在卸油現(xiàn)象，導(dǎo)致低壓安全油壓無(wú)法建立。停運(yùn)油系統(tǒng)后，拆下停機(jī)電磁閥進(jìn)行清洗，發(fā)現(xiàn)在停機(jī)電磁閥閥芯處有黑色雜質(zhì)，清洗雜質(zhì)后復(fù)裝，重新啟動(dòng)油系統(tǒng)，分別進(jìn)行遠(yuǎn)方掛閘和就地手動(dòng)掛閘試驗(yàn)，掛閘操作均能正常進(jìn)行，問(wèn)題得以解決。

2.2 裝反了油路上止回閥的方向

在汽輪機(jī)緊急遮斷油門及復(fù)位靜態(tài)試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)緊急遮斷油門脫扣后無(wú)法正常復(fù)位。在靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)汽輪機(jī)掛閘后，將噴油試驗(yàn)手柄置于隔離位，打開(kāi)前軸承箱觀察孔蓋，手動(dòng)使緊急遮斷油門掛鉤脫扣，緊急遮斷顯示器由“正常”變?yōu)椤罢跀唷?，此時(shí)，安全油壓仍能保持，主汽門保持打開(kāi)，試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)手柄復(fù)位，緊急遮斷油門隨即復(fù)位，緊急遮斷顯示器由“遮斷”變?yōu)椤罢！薄?/p>

注油試驗(yàn)是一項(xiàng)定期試驗(yàn)，必須在機(jī)械超速試驗(yàn)前完成，其目的是確保緊急遮斷器飛錘達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后能準(zhǔn)確動(dòng)作。注油試驗(yàn)完成后，緊急遮斷油門必須要能正常復(fù)位，否則，將引發(fā)汽輪機(jī)跳閘，影響機(jī)組正常運(yùn)行。

緊急遮斷油門的復(fù)位，是由噴油試驗(yàn)閥推動(dòng)的，當(dāng)?shù)蛪喊踩捅灰刖o急遮斷油門上部，緊急遮斷油門就會(huì)復(fù)位。緊急遮斷油門無(wú)法復(fù)位的原因，常為緊急遮斷油門卡澀、低壓安全油壓力低。若油壓太低，緊急遮斷油門下方的彈簧不會(huì)被壓下。

針對(duì)無(wú)法復(fù)位的故障狀況，打開(kāi)了前軸承箱觀察孔的端蓋，用手盤動(dòng)緊急遮斷器油門中的活塞，活塞活動(dòng)正常，無(wú)卡澀現(xiàn)象。隨后檢測(cè)了系統(tǒng)油壓，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)油壓較低，或是噴油試驗(yàn)閥后的管路存在泄漏點(diǎn)，但注油試驗(yàn)時(shí)，隔膜閥上部的安全油壓，為1.48 MPa，油壓正常，所以，很可能是噴油試驗(yàn)閥后的管路存在漏點(diǎn)。緊急遮斷器注油試驗(yàn)的原理圖，如圖4所示。按圖4所示的管線，檢查了各個(gè)管路，在管道接頭、焊縫處并未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，在噴油試驗(yàn)閥后，還安裝了止回閥，該閥在緊急遮斷油門復(fù)位時(shí)起到隔離復(fù)位油的作用，若止回閥方向裝反，則在緊急遮斷油門復(fù)位時(shí)，復(fù)位油將通過(guò)該止回閥泄壓，復(fù)位油壓力將降低，導(dǎo)致緊急遮斷油門無(wú)法復(fù)位。

圖4 緊急遮斷器注油試驗(yàn)原理圖

由于該止回閥位于前軸承箱內(nèi)，位置比較隱蔽，無(wú)法直接觀察，在安裝過(guò)程中極有可能裝錯(cuò)。查明原因后，調(diào)換了止回閥方向，重新進(jìn)行安裝?；謴?fù)系統(tǒng)后，再次進(jìn)行緊急遮斷油門靜態(tài)注油及復(fù)位試驗(yàn)，緊急遮斷油門的復(fù)位動(dòng)作正常，問(wèn)題得以解決。

3 結(jié) 語(yǔ)

由于調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出現(xiàn)的故障較為隱蔽，一旦運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，需準(zhǔn)確快速地判斷故障原因，并及時(shí)處理，否則將直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行，因此，在日常工作中，要注意維護(hù)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，定期化驗(yàn)油質(zhì)、檢查蓄能器壓力、定期切換并清洗磁性過(guò)濾器等，當(dāng)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)具有正常的工作狀態(tài)，才能確保機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。