汽轮机调速系统失控原因与处理措施

谷佳祥 赵琪 刘江虹 马铭伯

中核工程咨询有限公司（田湾核电项监部） 江苏连云港 222000

当前国际国内工业汽轮机调速系统逐步采用电液控制系统，其优点是控制精度高，灵敏度高；实现调速系统的计算机自动控制容易；维护成本低；对石油产品清洁程度等技术指标的要求也相对较低。因此，采用冗馀双阀液力调速系统的技术改造，可以将空气压力组的控制水平提高到较高水平，解决长期转速不稳定、二次机油压力低、负荷波动大等问题。

1 汽轮机组调速系统的结构分析

技术不断发展，蒸汽轮机组自主能力也在提高。在这一过程中，机组电网集中运行时也经常出现规划问题，启停次数不断增加，因此会出现电液调节问题。电液调节是指整个调节系统由液压元件和执行器组成。控制器由在闭环转速和快速起动速度中起重要作用的机构元素组成。在汽轮机组调速系统中，整定过程只在狭窄、缓慢的范围内进行，出现这种现象的主要原因是整定过程中静态特性不变，调节系统由于机组存在问题而继续减速当今数字和计算机技术的发展带动了蒸汽机车技术的改革和发展，人们开始将数字和计算机技术应用于控制器的调控，不仅保证了整个系统的正常运行，而且大大提高了整个系统的速度。

2 调速控制的原理

汽轮机转速参数是通过转速检测传感器实时检测出来的。转速传感器本质上是一种磁脉冲发生器，它把汽轮机“齿盘”的转动信号转换成相应的磁脉冲信号，磁脉冲信号再经过SDP测速卡件转换成相应转速的电信号。与转速相应的电信号传送于DPU处理单元中，DPU将转速信号与汽轮机设定的转速加以比较，通过各项逻辑运算输出阀位指令信号至VPC伺服卡，VPC伺服卡将阀位指令信号同LVDT调节汽阀反馈信号进行比较、并经PID运算后输出控制电信号至电液转换器，电液转换器将控制电信号转换成脉冲油压信号；在脉冲油压的作用下错油门内部的滑阀上下位移，使高压油及回油通过机械油路与油动机的油室连通；活塞在油室差压的作用下反向位移，带动机械杠杆及末端连接的蝶阀组上下滑动，最终实现对汽轮机调节气阀及进汽量的调节。当调速机构中油动机活塞上下移动时，反馈滑阀将发生反向运动，反作用于脉冲油压，使错油门内部滑阀回到中心位置、关闭油动机油室油路；同时LVDT将调节汽阀反馈信号传输至数字调节器，使电液转换器的内部阀芯回到平衡位置，脉冲油压恢复平衡压力。

3 汽轮机调速控制系统失控的原因

3.1 系统的油压波动

汽轮机机组运行过程中，当油压波动影响调节系统时，首先要考虑喷油器和喷油泵的性能是否稳定。当机油压力变化影响调节系统运行时，应启动备用油泵。在启动过程中，应仔细倾听声音是否是注油泵的旋转——甚至是。此外，应注意油温，看是否需要停机处理。其次，空气混在油系统中，可能是系统管道油压不稳定的一个重要因素，可能导致调节系统出现问题。在这种情况下，如果高压泵工作正常，油系统会自动启动，从而产生气泡。要解决这一问题，必须在调节系统运行前关闭出口门，直到油泵开始工作，然后再重新起动。在开洞过程中，应逐步增加机油压力，不要太匆忙排出室内空气，保证整个系统正常运转。如果不能排除空气，影响因素可能包括：回油管道的不合理（过高）布置、油箱的油层低于标准、油箱的体积等。要排除油中的空气，应考虑在弯管的最高级别打开排气孔，以便顺利排出空气。

3.2 对设备零部件透明机油质量变化和漏油的实际分析

透明机油质量是衡量系统是否运转良好的重要标准。油质量差的原因主要由两个方面组成：油质量不清洁和运行过程中油质量恶化。在液压调节系统中，由于不同零件之间间隔较小，当铁屑、颗粒等进入透明油团，可能引起全系统堵塞问题，影响调节系统的稳定运行，这是很常见的。如果调节系统中的放大器在整个组内出现阻塞情况，其主要性能如下：起动时二次机油压力不变，无法调节负荷活动；当转速不能独立调节时；无法在平行执行中调整负载状态。如出现上述问题，应关闭主阀，进行停机处理。

3.3 部件卡涩造成调速失控

汽轮机调速控制系统部分元件发生卡涩现象，是造成调速控制系统发生失控故障的主要原因之一。发生卡涩的主要原因是由于运动部件发生活动静止或者活动缓慢造成，该现象的出现会使控制油压不正常。另外，油质差、运动部件发生锈蚀也会出现卡涩。当系统出现卡涩时，脉冲油压发生变化时油动机活塞不能同步进行相应的调节，最终导致调节汽阀的开度与DPU处理单元发出的指令信号发生较大偏差；脉冲油压增大或减小到一定数值时，油动机活塞瞬间发生突变造成调节汽阀的过调。通过上述情况基本可以断定调速控制系统机械部件有卡涩问题。

3.4 活动电磁阀带电而所有的主汽门不动作

主阀试验时，插入电磁阀时主阀不反射。原因可能是——主阀活动试验的油路堵塞，出现电磁阀活塞不反映的现象，闭锁孔是控制主阀的关键，而且由于油路的影响，出现了无动于衷的现象一、仔细检查分析，看看高压主阀的有源电磁阀是否工作正常，如果没有异常情况，可以排除电磁阀的影响因素。二、检查机油发动机活塞下部高压机油与主阀活性溢油道是否存在异常。例如，螺丝长度过长是漏油路径问题的原因。在进行活动试验之前必须对其进行处理具体试验后要检查是否符合标准要求第三，试验的最终结论是，闭锁孔作为控制高压主阀活动的关键要素，完全符合工厂的要求。通过实际试验可以看出，在重新试验时，必须调整机油图案中的高压油流节孔，以满足要求。同样的方法用于修改其他三个前门的锁紧孔，以证明猜想和修改是完整和正确的。

3.5 信号零点偏移造成调速失控

调速控制主要是由电液控制转换器根据VPC伺服卡控制电信号，通过静态调试确定内部阀芯位置、及脉冲油压。当出现信号零点的偏移时，DPU处理单元发出的指令信号与LVDT调节汽阀反馈信号发生偏差，并且电液控制转换器内部阀芯位置反馈、脉冲油压也和静态调试数据不一致；信号零点的偏移使得电气零位与机械零位不重合，极易造成汽轮机挂闸即发生调节汽阀开启的现象。通过上述数据及现象就可以判定信号是否出现零点偏移现象。

3.6 低压安全油失压

近年来，一些火力发电厂也遇到了低压安全供油管道泄漏引起的调速保护系统异常问题，导致主阀关闭事故。因此，调速保护系统的机油压力损失也可能导致汽轮机运行故障。低压安全阀压力损失的原因有几个。一方面，如果薄膜阀上有机油压力，薄膜阀就会打开，导致油液排放到EH邮箱中，导致阀门迅速关闭。薄膜阀上腔低压安全阀的压力损失是蒸汽轮组引发的一个重要原因。同时也会有低压安全系统泄漏时，低压安全机油压力无法保证，也会导致调速保护系统故障。

4 汽轮机调速控制系统故障的处理措施

4.1 技术路线

①保持汽轮机机体部位不变。保持汽轮机调节阀、机油动机、机油阀门差、转速关闭阀等。不变。②拆卸WOODWARDPGPL调速装置、原有启动装置、齿轮箱等。所有调速管路均更新，管道和管件均为不锈钢。③装配新部件：调速元件、冗馀双阀液元件、测速装置、三阀合闸控制系统（驻车电磁阀3、2超速）、速闭阀行程监控组件。防眩光接线盒及其附件（支架、套筒、仪器附件等）。④保持OPC高速机械触发装置。改造成先进的电控系统：安装6个新的测速探头，2个调速器通道，3个调速器通道，1个用于测速装置改造。⑤添加2/3超速保护器。需要的功能有：实际转速显示、峰值转速显示和存储、单元可在线测试、单元可在线更换等。技术特点为：三种二次关机模式，防止意外停机，停机转速250～25000r/min，转速监控频率100～32000Hz，显示屏显示故障原因，方便通过面板设置停机点⑥采用德国VOITH制造的成熟双阀电动液总成。在正常运行时相互预留，在线更换故障阀。本变换采用德国电动液体转换器VOITH系列（VoithTurbo），该系列将4ma至20ma的控制信号线性按比例转换为机油压力输出。②组装三阀组合系统（三、两个超高速驻车电磁阀）。转速闭合控制组合具有以下功能：①对汽轮机转速闭合阀进行在线测试。②汽轮机自动、手动紧急停车，同时具有电磁阀3～2的速度停止功能。③输出与蒸汽调节阀对应的控制阀压力信号。④打开汽轮机速度关闭阀。⑤关键安全装置自动复位。⑥快速组装仪表界面。

4.2 部件卡涩的处理措施

为了避免汽轮机的调速控制系统发生卡涩，汽轮机操作保养人员要定期进行汽轮机的清洁工作，避免尾渣出现累积；要按照规定，定期更换动力油、润滑油；要保证汽轮机油质的清洁、保证汽轮机汽水系统密封的正常工作；进而确保各个运动部件不发生腐蚀。

4.3 信号零点偏移的处理措施

信号零点的偏移主要是因为：信号传感器线路质量存在问题、传感器线路与强磁场间隔过近、信号处理电路存在设计缺陷等。针对上述原因，首先在传感器线材选购时，要选择正规品牌、具有一定屏蔽功能的线材；其次在汽轮机线路铺设时，各传感器线路要远离动力线等强磁场区域、并进行单独敷设；最后要对信号处理电路进行必要的完善，使其具备一定的杂波处理能力，最终达到信号传输不失真的目的。

4.4 完善测点的报警和监视工作

调速保护系统在设计和维护方面可能存在一些小问题。而且这些小问题可能会在实际工作中引起重大事故因此，加强调速保护系统异常检测和处理极为重要。改进对重要保护措施点的监控，做好相应的报警工作，是调速保护系统安全管理的重要内容。在汽轮机组的设计或改造阶段，改进这些工作可以帮助工作人员及时发现调速保护系统的异常问题，从而降低发生异常停机事故的可能性。一个有条件的火力发电厂可以引进信息技术和自动监测技术，加强对电磁阀、异常振荡等重要元素的检测。同时，它可以更好地收集调速保护系统的运行参数，使工作人员能够更好地判断其运行状况并正确识别其异常情况。

4.5 油质问题的处理措施

汽轮机所用油质的好坏，直接关系着汽轮机调速系统的各项性能。因此，汽轮机用油采购必须选择统一标号的优质油料。操作人员必须进行定期、不定期的油质化验，为了保证油路系统的干净，必须定期油滤、并按周期进行更换。

4.6 强化重点监控

从调速保护系统的异常情况看，电磁阀和低压安全油管道是最容易出现问题的部件之一。因此，在实际工作中，也要加强对这些部分的重点监控。比如，对于AST电磁阀，应该强化对线圈电阻和绝缘电阻的检查，并应加强对密封圈腐蚀情况的监控，及时清理油压节流孔等处，避免节流孔的堵塞。也要注意AST电磁阀是否存在卡涩情况，通过重点监控，及时消除安全隐患。而对于管道振动问题，也要检查支吊架的固定情况，同时也要注意低压安全油管道是否存在与其他管道搭接，以免因为其他管道的震动导致低压安全油管道的强迫震动等。

5 结语

汽轮机调速控制系统的性能直接关系到主机的运行工况。如果汽轮机调速控制系统发生故障，将对汽轮机的安全性、稳定性产生重大影响。所以，汽轮机调速控制系统的故障诊断、处理措施非常重要；需要相关人员能够及时找出故障产生的原因，并针对故障原因采取相应的措施，进而确保汽轮机能够安全、稳定运行。