梁君，章鵬華

中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興，314300

0 引言

某核電采用國產引進阿爾斯通ARABELLE型汽輪機，汽輪機為單軸、中間再熱、三缸、四排汽，凝汽式汽輪機。高壓進汽閥前主蒸汽壓力為6.43MPa，溫度為280.1℃，質量流量為1613.4kg/s，額定功率為1089.075MW。

汽輪機高壓進汽由四根連接至高壓主汽調節(jié)閥的主汽管送汽，高壓閥門分四組，每一組由主汽閥和調節(jié)閥組成。蒸汽在高壓缸內做功膨脹，然后經過兩個MSR（汽水分離再熱器）后，蒸汽經過中壓蝶閥，再進入中壓缸。中壓進汽閥門也分為四組，每組由主汽閥和調節(jié)閥組成。主汽閥實現快速關斷蒸汽功能，調節(jié)閥位于主汽閥之后，通過閥門開度調節(jié)蒸汽流量，實現調節(jié)功能。高壓及中壓主汽調節(jié)閥通過剛性聯軸器與油動機活塞桿相連，主汽閥油動機及操縱座用于主汽閥的開啟和關閉兩位控制，調節(jié)閥油動機及操縱座用于調節(jié)閥開度的連續(xù)控制[1]。

1 汽輪機調節(jié)閥控制基本原理

汽輪機組調節(jié)閥實現進汽流量的調節(jié)功能。高壓油動機及操縱座用于調節(jié)閥開度的連續(xù)控制，由比例閥、伺服板、位移傳感器及汽輪機電液控制系統組成了調節(jié)閥閉環(huán)控制回路。調門的開啟采用油動機內活塞下腔室的充油，液壓驅動活塞將壓縮外部的彈簧，使得閥門開啟，當二者力量平衡時，閥門處于某一特定位置，彈簧處于蓄能狀態(tài)；當液壓缸下腔失去油泄壓時，油動機活塞反向運行，閥門在彈簧的作用下關閉。

調節(jié)閥控制回路組成：P320控制器中，汽機負荷邏輯根據機組目標負荷計算出閥門開度指令——輸出至信號分配——信號分配卡輸出至VICKERS卡——VICKERS卡接收閥門開度指令、閥門位置反饋、比例先導閥位反饋、比例閥主閥位信號，通過運算后輸出閥門開度指令，作用在比例閥上，比例閥控制油動機充排油實現閥門開度變化。比例閥的結構如圖1所示，由比例電磁鐵、先導閥、減壓閥和主閥四部分組成[2]。

功率運行下，調門執(zhí)行小幅慢速的開度變化。閥位控制原理如圖2所示，閥桿的運動主要由比例閥執(zhí)行PID型的自動控制。此動作條件下，電磁閥并不投運，卸載閥關閉。當控制卡發(fā)出位移控制信號/位置偏差信號，則電磁閥信號將推動比例閥閥芯，左右移動，改變油動機上下腔的進油排油情況，油壓的變化與彈簧力相抵消后，引起閥門開關位置改變。

2 調節(jié)閥開度抖動問題分析

某電廠二號機組在運行期間，三號高壓調節(jié)閥突然全關，持續(xù)1秒后快速開啟，3秒后達到初始開度，造成了一定的功率擾動。2020年9月開始，該機組三號高壓調節(jié)閥、四號高壓調節(jié)閥、二號高壓調節(jié)閥均發(fā)生了類似問題。經分析調節(jié)閥開度抖動的可能原因如下。

2.1 卡件回路工作異常

假設本次缺陷是卡件回路工作異常導致，其動作過程應是：微調模式下，比例閥主閥閥芯和先導閥閥芯均左右持續(xù)性短程移動，當出現閥芯的卡澀后，閥芯的運動受到阻滯，輸出液壓信號恒定，不再變向，閥位控制的油動機行程持續(xù)放大，控制卡接收到的位移反饋信號，持續(xù)與預定輸出偏離，將不斷加大對此運動的抑制信號。直至造成0%或100%的控制要求。這種控制的不斷加大即將克服閥芯的阻滯，完成閥門的動作。達成0%或100%的閥門位置控制要求后，由于與實際功率的不匹配，將繼續(xù)要求閥門的開度動作，如果該行程過程中卡澀并未緩解，會繼續(xù)執(zhí)行上述流程，直至閥位響應達標，整個控制流程順暢。在現場安裝了錄波儀后發(fā)現信號出現震蕩的起始在于比例閥主閥的位移信號，而不是卡件輸出的控制信號。因此可排除卡件指令信號回路異常的可能性。

2.2 EH油油質問題

某電廠二號機組發(fā)生了多次調節(jié)閥開度抖動問題，普遍性的缺陷與單個比例閥的性能相關性較低，考慮主要影響源自工作介質EH油。EH油在劣化過程中，水解、低溫氧化、高溫降解等污染物均會產生油泥，積蓄在整個EH油系統中。隨運行時間累積，油泥問題日益凸顯，引起過濾器堵塞、電磁閥卡澀等問題。由以下圖3至圖7分析，EH油油質指標中顆粒度、酸值、電阻率、水分均處于較好水平[3]。針對漆膜指數這一指標，油品廠家的建議限值≤30（方法為ASTM D7843），該機組漆膜傾向指數這一指標在較長時間內超出建議值，因此油品不達標可能是造成閥位抖動的原因之一[4]。

2.3 比例閥響應偏差

該缺陷發(fā)生后，電廠對缺陷比例閥在試驗臺上進行響應試驗，現其試驗曲線出現較大的偏差，圖8為異常比例閥的試驗情況，圖9為正常比例閥的試驗曲線。

現場的拆解過程中，閥芯的拆除較為困難，存在明顯的卡澀，觀察閥芯的表面存現明顯的劃痕（見圖10），在圓周方向也發(fā)現了明顯的磨損痕跡。拆解比例閥的過程中，收集比例閥內部殘余EH油，在比例閥主閥內發(fā)現絲狀物體和黑色固體球形物（見圖11）。

對絲狀物體和黑色球狀異物檢測結果進行分析（見圖12），異物主要是鐵元素Fe，含量占可檢測物質比例94%左右，結果中未檢測出Cr成分，可以確認該異物是外來引入，而非系統內普遍的不銹鋼。

EH油在系統內的流通過程見圖13。主油泵進口設有過濾器，過濾精度為149um，濾網材質為不銹鋼；主油泵出口設有過濾器，過濾精度為5um，濾網材質為合成纖維。濾芯孔徑遠小于異物，同時異物成分也與濾芯材質不符（異物主要是鐵元素Fe），因此異物來源于過濾器的可能性較小。而油動機EH油進口無濾網裝置，比例閥中的金屬顆粒來源于雙聯濾油器下游管線后的可能性較大。

對油動機的入口軟管更換過程進行核查。軟管采購驗收時，執(zhí)行水壓試驗，后采取清潔壓空吹掃干凈，更換金屬軟管前，用高純氮氣吹掃，并采取內窺鏡檢查確認的方法確認內部的清潔度。更換比例閥備件后，未進行系統油沖洗工作。金屬波紋管內部溝壑復雜，壓空及高純氮氣吹掃可能未完全清理出管路中的微小顆粒，更換比例閥后未進行管路沖洗可能也是導致異物進入的原因之一。

3 調節(jié)閥組控制系統優(yōu)化運行

針對高壓調節(jié)閥的上述問題，制定了一系列優(yōu)化運行措施。

3.1 EH油泵出口過濾器至油動機管段清潔度控制

由于某電廠閥門控制系統油動機比例閥前未設置過濾器，油泵出口過濾器至油動機管段的清潔工作顯得尤為重要。在油動機金屬軟管更換的過程中，采用壓縮空氣及氮氣吹掃不足以保證微小顆粒物的完全去除，某電廠采用超聲波清洗以確保管路清潔。比例閥閥芯配合間隙為微米級，小顆粒去除不完全可能導致比例閥閥芯動作不暢。更換比例閥后，執(zhí)行大流量油沖洗工作，實施單臺閥門的油沖洗。

3.2 EH油品質控制

某電廠液壓調節(jié)系統采用三芳基磷酸酯液壓油，抗磨性好，物理性質穩(wěn)定。該EH油易吸收水分，高溫狀態(tài)易發(fā)生降解，低溫狀態(tài)易發(fā)生氧化。針對EH油品質的控制，某電廠采取了以下措施：嚴格控制酸值、水分、電阻率、顆粒度至標準范圍內；增加MPC值為油品的控制指數之一（控制到30以下）；對EH油箱采取壓縮空氣吹掃以降低EH油對空氣水分的吸收；增加EH油取樣監(jiān)測頻率并采用體外濾油的方式保證油品品質[5]。

采取以上措施后，機組運行期間再未出現汽輪機調節(jié)閥開度抖動問題，成功消除了閥位抖動缺陷，為汽輪機組的穩(wěn)定運行提供了有力保障。

4 結語

本文針對ALSTOM的汽輪機調節(jié)閥控制原理進行了探討，并針對閥門開度抖動問題進行了分析，提出了油動機前管路清理的方案及液壓系統油品控制的方法。通過某電廠閥門開度抖動缺陷的處理，證實了該分析及方案的可行性，為后續(xù)同類機組在預防和處理該問題提供借鑒。