麻紅寶

（國(guó)能電力技術(shù)工程有限公司，濟(jì)南 250001）

規(guī)程《汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)試驗(yàn)導(dǎo)則》（DL/T 711—2019）中規(guī)定：為防止汽輪機(jī)在甩負(fù)荷、調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控等情況下機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升超過危急遮斷轉(zhuǎn)速，主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥的總關(guān)閉時(shí)間必須符合要求，必要時(shí)，必須進(jìn)行抽汽止回閥關(guān)閉時(shí)間測(cè)試；機(jī)組額定功率在200～600 MW的機(jī)組，主汽閥關(guān)閉時(shí)間應(yīng)小于300 ms，調(diào)節(jié)汽閥的關(guān)閉時(shí)間應(yīng)小于400 ms，與汽輪機(jī)缸體直接相連的抽汽止回閥總關(guān)閉時(shí)間應(yīng)小于1 s[1]。若汽輪機(jī)閥門關(guān)閉時(shí)間不滿足規(guī)程要求，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)組在甩負(fù)荷、調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控時(shí)存在超速隱患，從而對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成極大的隱患。

基于近幾年在集團(tuán)內(nèi)開展的多個(gè)電廠汽輪機(jī)閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試發(fā)現(xiàn)的超時(shí)問題，本文從機(jī)械和熱工兩方面分析了調(diào)節(jié)閥、抽汽逆止閥關(guān)閉時(shí)間超時(shí)現(xiàn)象，并提出了相應(yīng)的解決方案。

1 閥門關(guān)閉測(cè)試方法

汽輪機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系 統(tǒng)（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）靜態(tài)調(diào)試已經(jīng)合格，各閥門的線性可變差動(dòng)變 壓 器（Linear Variable Differential Transformer，LVDT）或開關(guān)量反饋指示準(zhǔn)確，油質(zhì)滿足GB/T 7596—2017的要求，控制油油壓、油溫在要求范圍內(nèi)，汽輪機(jī)具備掛閘條件。當(dāng)被測(cè)量的汽閥處于全開位置時(shí)，利用硬手操按鈕跳閘汽輪機(jī)，停機(jī)信號(hào)應(yīng)接操作臺(tái)手動(dòng)停機(jī)按鈕，之后記錄由發(fā)出跳閘指令至閥門全關(guān)閉全過程的時(shí)間，分析閥門總關(guān)閉時(shí)間是否符合規(guī)程要求。

2 閥門總關(guān)閉時(shí)間

2.1 閥門總關(guān)閉時(shí)間構(gòu)成

閥門的總關(guān)閉時(shí)間是指從跳閘指令發(fā)出到閥門完全關(guān)閉全過程的時(shí)間[2]。閥門總關(guān)閉時(shí)間一般是由控制回路遲延時(shí)間、機(jī)械遲延時(shí)間以及閥門純關(guān)閉時(shí)間組成[3]?？刂苹芈愤t延時(shí)間是指從跳閘指令發(fā)出到繼電器動(dòng)作的時(shí)間，主要是控制器的掃描周期。一般情況下，汽輪機(jī)閥門跳閘是通過ETS控制器實(shí)現(xiàn)的，若跳閘信號(hào)設(shè)計(jì)為操作臺(tái)手動(dòng)停機(jī)信號(hào)，則跳閘回路直接通過硬接線回路動(dòng)作，遲延時(shí)間接近于零。機(jī)械遲延時(shí)間是從閥門的繼電器開始動(dòng)作到閥門開始關(guān)閉的時(shí)間，它與閥門油路控制有關(guān)，從泄油到電磁閥開始動(dòng)作、從電磁閥動(dòng)作到閥門開始關(guān)閉都會(huì)存在一定的遲延。閥門純關(guān)閉時(shí)間是閥門從開始關(guān)閉到完全關(guān)閉的時(shí)間。

2.2 影響閥門關(guān)閉時(shí)間的主要因素

影響抽汽逆止閥關(guān)閉時(shí)間的因素主要有以下兩個(gè)方面。第一，機(jī)械結(jié)構(gòu)。抽汽逆止閥主要通過單作用氣缸實(shí)現(xiàn)關(guān)閉功能，正常工作狀態(tài)下氣缸彈簧長(zhǎng)時(shí)間處于壓縮狀態(tài)，易疲勞且失去彈性，從而影響閥門的關(guān)閉時(shí)間。第二，熱工跳閘回路邏輯。機(jī)組動(dòng)作時(shí)，發(fā)出抽汽逆止閥關(guān)閉信號(hào)之間的時(shí)間對(duì)抽汽逆止閥關(guān)閉總時(shí)間影響最大[4]。調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)表明油動(dòng)機(jī)活塞在最大進(jìn)油量走完開關(guān)行程所需要的時(shí)間[5]。伺服閥的特性參數(shù)中額定流量、零偏及內(nèi)漏等特性參數(shù)對(duì)關(guān)閉時(shí)間影響最大。DEH 系統(tǒng)伺服卡的控制參數(shù)設(shè)定中比例和積分時(shí)間對(duì)關(guān)閉時(shí)間影響最大。

3 閥門快速關(guān)閉過程曲線

3.1 理想的關(guān)閉過程曲線

理想關(guān)閉過程曲線一般要滿足以下幾個(gè)特點(diǎn)：閥門總關(guān)閉時(shí)間滿足要求、關(guān)閉過程曲線平滑、油動(dòng)機(jī)緩沖區(qū)作用明顯。其中理想的關(guān)閉過程曲線如圖1所示。

圖1 理想的關(guān)閉過程曲線

3.2 閥門關(guān)閉過程存在反彈現(xiàn)象

閥門總關(guān)閉時(shí)間滿足要求，但是在關(guān)閉過程曲線中有明顯的開度反彈現(xiàn)象，存在這一現(xiàn)象的原因是閥門關(guān)閉過程中回油不暢，存在油墊現(xiàn)象。閥門關(guān)閉過程反彈曲線如圖2所示。

圖2 閥門關(guān)閉過程存在反彈

3.3 閥門關(guān)閉過程曲線不平滑

存在這一現(xiàn)象的原因主要有以下兩點(diǎn)，一是閥門本體存在卡澀現(xiàn)象，二是油動(dòng)機(jī)回油不暢。造成回油不暢的原因一般有兩種，一是回油速度較慢，二是回油呈階段性堵塞，前者會(huì)使閥門關(guān)閉時(shí)間過長(zhǎng)，但不會(huì)影響閥門關(guān)閉過程中曲線的形狀，后者可能會(huì)造成關(guān)閉曲線不平滑，如圖3所示。

圖3 閥門關(guān)閉過程曲線不平滑

3.4 某300 MW機(jī)組汽輪機(jī)閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試案例

某電廠2號(hào)汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界一次中間再熱、單軸雙缸雙排汽、高壓缸合缸、低壓缸對(duì)分雙流程的反動(dòng)式汽輪機(jī)，額定功率為300 MW。機(jī)組大修結(jié)束后，潤(rùn)滑油及抗燃油循環(huán)合格，采用錄波器對(duì)2號(hào)機(jī)組主汽閥、高中壓調(diào)閥及抽汽逆止閥進(jìn)行關(guān)閉時(shí)間測(cè)試，如下所示。

首先，從主控操作盤打閘按鈕觸發(fā)接點(diǎn)取打閘反饋信號(hào)作為系統(tǒng)開始關(guān)閉信號(hào)。其次，采用DEH機(jī)柜摘取高中壓主汽閥、高中壓調(diào)閥、高排逆止閥、抽汽逆止閥反饋信號(hào)。最后，從HBM GEN3I數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄的關(guān)閉曲線計(jì)算打閘觸發(fā)點(diǎn)到各汽門完全關(guān)閉的時(shí)間。主汽閥關(guān)閉時(shí)間測(cè)試曲線見圖4，抽汽逆止閥關(guān)閉時(shí)間測(cè)試曲線見圖5。

圖4 主汽閥關(guān)閉時(shí)間測(cè)試曲線

4 閥門關(guān)閉超時(shí)分析

4.1 調(diào)節(jié)閥關(guān)閉超時(shí)分析

調(diào)節(jié)閥關(guān)閉超時(shí)主要分為機(jī)械原因超時(shí)和熱工原因超時(shí)。機(jī)械原因主要有：第一，快關(guān)電磁閥下端轉(zhuǎn)接板的節(jié)流孔過??；第二，閥門機(jī)械阻力大，彈簧剛度下降或彈簧預(yù)緊力過小；第三，油動(dòng)機(jī)緩沖裝置的配合間隙不當(dāng)。抽汽逆止閥在運(yùn)行中長(zhǎng)期處于開啟位置的不活動(dòng)狀態(tài)，使閥門關(guān)閉容易造成卡澀現(xiàn)象。日常運(yùn)行中需定期對(duì)逆止閥做關(guān)閉的活動(dòng)性試驗(yàn)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)閥門動(dòng)作不暢問題，防止閥門卡死。熱工原因主要有：第一，ETS跳閘回路控制器模件處理周期過長(zhǎng)，一般是由ETS來(lái)實(shí)現(xiàn)高、中壓調(diào)節(jié)閥快速關(guān)閉，從跳閘信號(hào)發(fā)出到高、中壓調(diào)節(jié)閥全關(guān)，總關(guān)閉時(shí)間包括了ETS功能控制處理周期及運(yùn)算時(shí)間，其控制器處理周期及運(yùn)算時(shí)間越長(zhǎng)，高、中壓調(diào)節(jié)閥總關(guān)閉時(shí)間越長(zhǎng)；第二，跳閘回路跨控制器，若高、中壓調(diào)節(jié)閥跳閘回路跨控制器，也會(huì)相應(yīng)拉長(zhǎng)高、中壓調(diào)門總關(guān)閉時(shí)間；第三，控制回路延遲時(shí)間設(shè)置不合理。

4.2 抽汽逆止閥關(guān)閉超時(shí)分析

與調(diào)節(jié)閥關(guān)閉超時(shí)相同，抽汽逆止閥關(guān)閉超時(shí)也分為機(jī)械原因超時(shí)和熱工原因超時(shí)。機(jī)械原因主要為閥門關(guān)閉時(shí)機(jī)械阻力大，如閥門間隙設(shè)置不合理、內(nèi)壁周圍有異物或拉毛等都會(huì)導(dǎo)致機(jī)械阻力大。另外，彈簧剛度太大或預(yù)緊力過大也會(huì)導(dǎo)致抽汽逆止閥關(guān)閉時(shí)間拉長(zhǎng)。熱工原因主要為抽汽逆止閥關(guān)閉邏輯組態(tài)設(shè)計(jì)不合理，此時(shí)可通過對(duì)不滿足規(guī)程要求的抽汽逆止閥分別測(cè)量其遲延時(shí)間和純關(guān)閉時(shí)間。若遲延時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純關(guān)閉時(shí)間，可由此確定抽汽逆止閥組態(tài)邏輯設(shè)計(jì)存在問題。

5 閥門關(guān)閉超時(shí)問題的解決方案

5.1 調(diào)節(jié)閥超時(shí)解決方案

機(jī)械方面：第一，適當(dāng)放大快關(guān)電磁閥下端轉(zhuǎn)接板的節(jié)流孔徑；第二，重視調(diào)節(jié)閥的檢修工藝，盡可能適當(dāng)減小機(jī)械方面的阻力。熱工方面：第一，完善調(diào)節(jié)閥跳閘回路邏輯，一般情況下DEH控制器掃描周期比ETS控制器掃描周期短，可通過DEH模塊實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥跳閘功能；第二，通過升級(jí)或改造ETS控制器來(lái)降低模件掃描周期，或者通過簡(jiǎn)化、改變ETS控制器的邏輯結(jié)構(gòu)，盡量避免閥門關(guān)閉控制邏輯跨控制器。

5.2 抽汽逆止閥關(guān)閉超時(shí)解決方案

機(jī)械方面：第一，根據(jù)規(guī)程《并網(wǎng)運(yùn)行汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》（DL/T 338—2010）要求，每個(gè)月開展“主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥全行程活動(dòng)試驗(yàn)”“抽汽逆止閥關(guān)閉/活動(dòng)試驗(yàn)”；第二，重視抽汽逆止閥檢修工藝，確保抽汽逆止閥能夠正常工作。熱工方面：第一，將電磁閥線圈的機(jī)械接點(diǎn)替換為接觸器的常閉接點(diǎn)，同時(shí)加裝延時(shí)控制回路；第二，優(yōu)化抽汽逆止閥關(guān)閉組態(tài)邏輯，減少控制回路的延時(shí)時(shí)間和控制組態(tài)頁(yè)面的執(zhí)行周期，避免跳閘邏輯跨控制器，并根據(jù)需要適當(dāng)修改組態(tài)邏輯的運(yùn)算順序。

6 結(jié)語(yǔ)

電廠汽輪機(jī)主汽閥、調(diào)節(jié)閥、抽汽逆止閥關(guān)閉時(shí)間測(cè)試是保障機(jī)組安全運(yùn)行的重要測(cè)試項(xiàng)目，關(guān)閉時(shí)間超時(shí)可能導(dǎo)致汽輪機(jī)在甩負(fù)荷、緊急停機(jī)時(shí)超速，從而對(duì)機(jī)組安全造成重大隱患。本文針對(duì)抽汽逆止閥的關(guān)閉時(shí)間不滿足規(guī)程要求這一問題，在機(jī)械和熱工兩方面開展了針對(duì)性分析，在機(jī)械方面的原因主要與電磁閥節(jié)流孔過小、閥門機(jī)械阻力大等因素有關(guān)，在熱工方面的原因主要與控制器處理周期過長(zhǎng)、閥門關(guān)閉跳閘回路邏輯設(shè)計(jì)不合理等因素有關(guān)。通過探討對(duì)應(yīng)的解決方案，為電廠解決因閥門關(guān)閉時(shí)間超時(shí)帶來(lái)的隱患提供了參考和借鑒。