汽轮机电液转换器故障分析及处理

胡开兵

（新疆美克化工股份有限公司，新疆 库尔勒 841000）

1 数字电液调节系统简介

某厂25MW汽轮机组调速系统为数字电液调节系统（简称DEH），主要由 Woodward 505E数字式调节器、电液转换器、液压伺服机构、调节汽阀等组成。它能实现汽轮机冲转升速，配合电气并网，负荷控制，抽汽热负荷控制及其它辅助控制，并与DCS接通，实现控制参数在线调整和超速保护等功能。Woodward 505E 数字式调节器具有以下功能：转速调节，转速目标值设定，抽汽压力调节，负荷分配，功率目标值设定，不等率设定，冷热态自动启动程序设定，跨越临界转速控制，超速试验及保护，自动同期，外部停机输入, RS232/ RS422/RS485通讯接口，手动、自动模式转换。液压伺服机构由调节滑阀、错油门、油动机、启动阀等组成。调节信号油压经液压伺服机构放大，控制油动机活塞移动,通过调节杠杆,改变调节汽阀的开度,调节汽轮机高压段、供热抽汽段的进汽量。汽轮机高、低压段进汽量的调节,是通过改变调节汽阀的开度实现的。根据电负荷和抽汽热负荷的需要,调节油动机带动配汽机构,改变横梁的位置,装在横梁上的阀碟,按配汽升程曲线顺序开启关闭,从而改变汽轮机各段的进汽量。抽汽式汽轮机既可作凝汽运行也可作抽汽式运行。当不带抽汽按凝汽方式运行时，可以不投低压油动机，让(低压)抽汽调门全开。

2 故障原因分析及处理

在2011年8月20日汽轮机开机后投入工业抽汽并汽过程中，出现负荷在3～27MW之间大范围的波动过程，高低调节汽阀也在20～70mm范围异常波动，退出工业抽汽，将外网热负荷由减温减压器调整供给后正常投入。随后由于我厂生产的需要以及地调对电力需求，汽轮机一直仅能在凝汽工况下运行，2011年9月25日03:49汽轮机跳闸报警显示CPC2（电液转换器）故障，当时负荷28MW,汽轮机转速飞升至3343r·min-1，随即对汽轮机CPC2（电液转换器）进行了故障检查处理，发现低调电液转换器内电路模块烧毁，失去了控制作用，505E检测到故障后自动跳闸停机；立即更换汽轮机低压调门电液转换器。22:22开机负荷升至19MW时，抽汽未投情况下，再次出现电负荷在10～20MW之间大幅度波动；初步怀疑为汽轮机低压调门门杆断裂（因前期出现过高压调门门杆断裂情况），即停机对汽轮机低压调门、高压调门、自动主汽门拆卸进行检查，并将高、低压调门电液转换器送至厂家校验，拆开后发现汽轮机高压调门、低压调门门杆均正常，自动主汽门也正常，返厂校验的电液转换器出现了问题，经检查发现电液转换器内部滤网滤芯损坏并且微小颗粒杂物堵满滤芯。据相关资料及现场检查判断，造成汽轮机负荷大幅度波动及跳闸的原因，就是因为电液转换器前一、二次滤网滤芯材质不符合标准，油中含有的杂质无法完全被过滤，再加上我厂自汽轮机安装至今，电液转换器一直未进行检查性检修，调节系统的相关控制部件不灵敏。

电液转换器又称电液伺服阀，用来将控制回路输出的电信号转换为液压信号，再经过放大后控制油动机去启闭阀门。电液转换器用于可调节的汽阀，如高、低压调节阀等。电液转换器的典型结构见图1。

图1 电液转换器结构图

电液转换器由力矩电动机和液压放大滑阀组成。控制用压力油由喷嘴油口进入伺服阀，经过滤网过滤后进入可以随力矩电动机电枢摆动的喷油嘴。当喷嘴位于中间位置时，液压放大滑阀两端油缸腔室的压力相等，滑阀位于中间位置。力矩电动机的控制绕组有电流通过时，电枢随电流的方向变化而左右偏转，喷嘴也随之偏转。当喷嘴顺时针偏转时，滑阀左侧压力增大、右侧压力减小，滑阀向右侧移动，这时油口1与压力油口P联通。由于液压缸与油口1是相连通的，压力油就进入液压缸，推动阀门开启。当控制绕组的电流消失时，喷嘴回到中间位置，滑阀也回到中间位置，油口1 被堵死，液压缸不再充油，阀门也就稳定到某一开度。绕组中的电流方向相反时，喷嘴偏转方向也相反，滑阀向左移动并将油口1和排油口R连通，液压缸的油被排出而阀门关小，直到控制绕组中的电流消失、喷嘴回到中间位置，阀门开度也就不再继续关小。

电液转换器滑阀右侧有一个保安偏置弹簧，它对滑阀施加一个向左的推力。油动机稳定不动时，伺服阀的滑阀应位于中间位置，堵死油口1。为了平衡这个左向推力，要在力矩电动机绕组中保持一定的偏置电流，时喷嘴顺时针偏转一个角度，提高油缸左侧的压力，让滑阀两侧受到的力相互平衡。当电液调节系统控制回路故障或失电时，借助保安偏置弹簧的力使滑阀向左移动，油动机油缸中的压力油通过油口1迅速排出，从而关闭汽轮机进汽调门。

分析可知，前期汽轮机由于电液转换器滤网堵塞，造成供油量不足，力矩电动机持续动作，喷嘴连续顺时针旋转至最大位置，此时供油压力缓慢上升，滑阀左侧压力升至最高，此时负荷过大，505E发信号关小调门，力矩电动机逆时针旋转至最大位置，当供油压力再次缓慢上升时，滑阀右侧压力上升至最高，此时负荷过低，505E再次发出调整信号，这就是负荷大幅波动的原因。后期，电液转换器滤网堵塞更加严重，造成供油困难，当505E发出负荷调整信号后，力矩电动机长时间工作，负荷未变化，控制绕组长时间带电，造成电容击穿，电液调节系统控制回路故障，保安偏置弹簧动作，关闭汽轮机进汽调门，汽轮机跳闸。

3 处理效果

对电液转换器滤网进行更换后，于2011年12月19日，汽轮机开机并网，正常接带负荷29MW，抽汽工况正常投入，未发生高、低调门摆动情况。2012年1月2日，由于循环水泵故障，汽轮机甩100%负荷（负荷25MW，外供 4.0MPa抽汽 130t·h-1），汽轮机最高升速至3194r·min-1，完全符合电液调节转速飞升控制标准，前期的汽轮机打闸后飞升转速过高的问题得以解决，同时得出另外一个结论，电液转换器的滤网对汽轮机高、低压调门的关闭时间有一定的影响。

[1] 降爱琴，郝秀琴.数字电液调节与旁路控制系统[M].北京：中国电力出版社，2006.15-16.