電廠高壓調門晃動及屢次斷裂原因分析及處理

1.綜述

浙江華能長興電廠#5機系上海汽輪機廠生產的N125-/535/535型超高壓、中間再熱凝汽式汽輪機，于1992年8月安裝投產發電。原#5汽輪機調速系統為全液壓調速系統，于2001年5月至6月運用新華控制工程公司的DEH-ⅢA型高壓抗燃油純電調控制系統對原調速系統進行了改造。機組控制系統改造后，自動化程度得到了很大的提高，系統的響應時間快，控制精度高。但從2002年2月至6月，#3高調門LVDT共斷裂了5根，2002年5月還發生了高調門在特定位置的晃動現象，嚴重威脅了機組的安全運行。

2.#5機高壓調門晃動及#3高壓調門LVDT斷裂現象簡述

2002年2月2日22：37分左右，#5機出力125MW，協調控制，#3高調門LVDT2信號由0V突升至4.04Vzui大值，VCC卡高選，致使4.04V故障信號被輸入伺服閥與當時的控制指令相比較，伺服閥輸出迫使#3調門迅速關閉，負荷跌至115MW后，因機組實際所帶負荷與目標值之間存在偏差，DEH軟件經運算后，在#3調門已虛假開啟的情況下，開啟#4調門維持負荷目標值與給定值的平衡。

2002年4月10日，早上巡檢發現#3調門LVDT1信號為0V，LVDT2信號為1.4V左右，判斷為#3調門LVDT1信號故障。

2002年5月1日前后，#5機組在負荷升降時，調門晃動大，尤其是#3調門的LVDT2信號在控制指令未變化情況下有跳變。現場檢查#3調門實際位置晃動較大，又因#3調門LVDT1已屏蔽，為確保#5機組穩定運行，決定強制關閉#3調門，在#3調門LVDT更換前，只由#1、#2、#4調門參與調節。

3.#5機高壓調門晃動及#3高壓調門LVDT斷裂原因分析

對于DEH控制系統來說，調門的晃動是常見的故障，一般來說由以下的原因引起：

1.伺服閥的振動引起調門的晃動；

2.控制參數不匹配，熱工信號故障；

3.調速汽門門桿振動；

4.LVDT反饋桿松

伺服閥振動的故障一般由于伺服閥振蕩、彈簧管疲勞、磁鋼磁性變化、伺服閥濾芯堵塞、伺服閥主閥芯卡澀、伺服閥閥口磨損等原因引起。因為我廠DEH控制系統投用時間不長，且我廠對油質的控制較為嚴格（抗燃油的各項指標均在要求范圍內），應該說油質方面引起的可能性很小。同時，我們發現高壓調門的晃動現象與#3調門的特定位置有關。因此我們把檢查的重點放在其它因素的查找上，未輕易更換伺服閥。

熱工控制維護人員在故障的處理過程中，對控制參數及熱工信號進行了檢查，均未發現異常。

分析#5機在升降負荷時#1、#2調門的晃動，我們可以發現兩個現象：1.#1、#2高壓調門的晃動與特定負荷（開度在48%--50%）有關，2.與#3調門的開度（0-10%）及LVDT的狀態有關。我們在2002年4月30發現#5機在升降負荷時#1、#2調門有晃動，同時在2002年5月5日就發現#3調門的一根LVDT已斷裂（另一根早已屏蔽），在2002年5月14日對#3調門LVDT進行更換后，就沒有再出現升降負荷時#1、#2調門的晃動現象。2002年4月30日的#1、#2調門的晃動，發生在100MW左右，#1、#2調門的開度為48%左右，而#3調門的開度為0-10%，正好在#3調門將開未開的階段，總的調門流量特性正好處于拐點，此處的流量變化比較大。同時由于#3調門一根LVDT屏蔽、而另一根LVDT斷裂，在機組負荷穩定的時候，斷裂的那根LVDT斷裂的兩頭剛好未脫開（處于脆弱的穩定狀態），調門反饋未變化，當機組負荷進行調節時，斷裂的LVDT斷裂的兩頭脫開，造成#3調門反饋與實際開度的線性關系發生變化，更加劇了流量的變化，使系統無法進行的調節，造成了震蕩，由此造成了調門出現晃動。

當LVDT線圈與鐵桿長期磨損造成絕緣下降甚至斷裂，LVDT鐵桿斷裂后兩頭無法穩定接觸、在調門運動時隨時可能脫開的情況下，調門不光會在特定負荷（開度）下晃動，在其它的負荷（開度）也會發生晃動，這種晃動與調門的流量特性無關，主要由于LVDT反饋不穩定，與DEH計算指令發生偏差，贊成系統的反復調節，從而形成了調門的晃動。

那么#3調門LVDT為什么會頻頻斷裂呢？在2002年5月14日處理#3調門LVDT時，我們發現#5機#2、#3高調門在特定位置處，活塞桿與閥桿的連接塊及其閥桿有1-2mm的自發軸向晃動，而當時上部活塞桿未見明顯晃動，說明連接塊與活塞桿有軸向間隙，這種與位置有關的軸向晃動，引起了連接塊在圓周方向進行晃動（連接塊緊固螺栓已無法再緊），同時發現原LVDT緊固裝置與連接塊不同心，以上因素造成了LVDT內鐵芯產生摩擦和彎折，輕者引起線圈絕緣下降甚至斷裂，重者鐵芯磨細斷裂。連接塊與活塞桿的軸向間隙可能是設計、加工原因，或者長期運行中磨損。因為我廠的運行方式是#1、#2調門同時開啟，在現在的高負荷條件下，#3調門長期處于調節狀態，當#3調門處于小開度時，調節閥碟上受的力是交變應力，造成了大閥碟對予啟閥的不斷沖撞，同時上部油動機活塞座有彈簧的壓力，閥桿的沖撞力難以向上傳遞，那么連接塊（與油動機有設計10S的間隙）在下部閥桿的長期的沖撞下，造成了磨損，使間隙增大，造成了連接塊在軸向的晃動，同時軸向的晃動又造成了連接塊的橫向移動，共同使LVDT造成損壞。因為高壓調門執行機構在汽輪機大罩殼內，平時對LVDT及連接塊的磨損（軸向間隙只有在特定位置晃動時才有）很難看到，這推遲了問題的解決。

4.#5機高壓調門晃動及#3高壓調門LVDT斷裂處理

對于#3高壓調門單個LVDT出現故障后，我們及時把故障的LVDT撤出運行。

當#3調門兩個LVDT均出現故障后，我們采取在DEH功率回路控制的情況下，把#3高壓調門強制關閉，，由DEH自動開啟#4調門進行功率的調節。

對于由#4高壓調門代替#3高壓調門工作，因為是非正常運行方式，我們采取小幅多次的調節方法，盡量減少對系統的沖擊，同時對軸向位移、差脹等參數進行監視。

新華控制工程公司提供了新型的LVDT，這種形式的LVDT能有效的減輕LVDT連桿不同心及閥桿微量晃動產生的磨損。

同時 對油動機活塞桿與閥桿的連接塊進行了重新設計，保證了連接塊的間隙在正常范圍。

5.存在的問題

對于高壓調門閥桿的固有軸向振動，因為是閥碟及閥座的空間結構決定的，沒有辦法進行根本的解決。可對予啟閥進行處理以恢復原來的予啟間隙（因為予啟閥在長期運行后，經大閥碟沖撞后有磨損，造成了予啟間隙的增大），減少軸向的振動。

同時，調門的開啟重疊度是客觀存在的，在調門的重疊度階段，流量特性曲線如果與實際不吻合，那么在流量特性曲線的拐點處就造成了在很小的開度變化時造成了流量有較大的變化，在功率回路投用的情況下，為了維持負荷的穩定，就會造成調門的頻繁調節，形成震蕩。在流量特性曲線的拐點處，如何有效的避免調門的晃動呢？因為晃動與位置有關，只要避開晃動的拐點就可以解決這一問題，可以加減負荷或加減蒸汽的壓力來避開這一點。當然，為了盡量減少拐點的影響，我們應該對流量特性曲線進行細調，以適應實際工況。

#5機高壓調門晃動及#3高壓調門LVDT斷裂問題的處理，使我們認識到在DEH系統出現故障時，熱工人員和機務人員密切配合，共同合作，有助于問題的全面早日解決。同時認識到任何設備故障的發生總有一些先兆，而任何設備故障的處理總可以找到更深層次的原因，一個好的技術人員應該在設備有故障先兆時，發現并阻止事故的發生，而在設備故障處理過程中，找到引起故障的深層次原因。

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