越南600MW电厂高调门摆动原因分析及预防措施

郝晓明

成都东部集团有限公司，中国·四川 成都 610095

1 引言

高压进汽调节阀门组（以下简称“高调门”）是控制汽轮机进汽量的重要调节阀门，高调门的正常动作直接影响汽轮机组得到安全可靠运行。中国机组已发生多起高调门非正常运行情况，可能的原因包括控制系统缺陷[1]、顺序阀进汽规律与高调门实际流量特性不匹配[2]、阀杆防转销断裂[3]、配汽曲线不合理[4]等。

论文分析了某600MW 亚临界电厂高调门摆动原因，并提出了解决措施。

2 引言

越南某622MW 亚临界燃煤电厂汽轮机为中国制造一次再热亚临界机组，蒸汽参数为16.67MPa-538℃-538℃，两台机组为越南首台亚临界燃煤机组。1 号机组投产时间为2016年1月4 号，2 号机组投产时间为2016年1月18号。汽轮机采用新一代全电调DEH 系统，控制系统为西屋Ovation 系统，正常运行时由DEH 控制系统自动控制汽轮机高调门开度，以调节汽轮机的进汽量，进而控制机组出力。2016年3月，机组负荷498MW，处于CCS 控制模式下，2号机组出现了高调阀阀位不规则摆动，且在10 分钟后在负荷不变情况下，突然出现高调阀总开度突然开大约10%并保持稳定的异常现象，详见图1。论文拟对出现这种现象的原因及解决措施进行分析处理。

图1 负荷设定及阀门控制曲线

当机组处于CCS 控制模式下时，高调阀的控制受锅炉控制系统控制，阀门的具体开度由一次调频值与目标功率共同调节，当负荷指令未变且转速稳定时，高调阀的开度应保持稳定，并满足设定的配汽曲线。图1 中可见，在持续摆动后高调阀阀位突然增大，且经对比，实际阀门已大于配汽曲线阀门开度值。

3 原因分析

高调门的动作是由油动机控制，汽轮机液压油的油质直接影响油动机伺服阀等部件的正常运行，若EH 油的油质不满足运行要求，油中的机械杂质将会卡涩伺服阀，使得油动机的动作不能及时跟踪指令，则会出现高调门摆动现象。另外，液压油泵的出口压力若出现波动，也会直接造成高调门摆动，例如蓄能器皮囊破裂等原因。现场提取了EH 油的油质并进行化验，EH 油质满足运行要求，不存在因油质造成调门摆动。

外部参数，像蒸汽参数及频率的波动也会造成高调门摆动。蒸汽参数的波动将会直接影响进入汽轮机的能量，为了满足汽轮机出力设定，系统会自动调节阀门开度，增大或减少进汽量来达到设定的负荷。外网频率的大幅波动将造成汽轮机转速的波动，一次调频将动作，通过调节高调门阀门开度来保持出力维持50Hz。经查，未发生上述外部参数剧烈波动的情况。

阀门的开度是通过与阀杆连接的线性可变差动变压器LVDT（Linear Variable Differential Transformer）将阀杆的位移信号转换成电信号的。阀杆和LVDT 首次连接后，会进行阀门的校正以保证DCS 显示阀门与实际阀位保持一致。后续实际运行中，由于阀门开关造成的冲击等可能造成阀杆与LVDT 的连接松脱，即某个阀门的实际阀位与DCS 收到的阀门不一致。若出现这种情况，则会出现进入汽轮机的蒸汽量与实际需求的蒸汽量不一致，为了达到负荷设定值，高调阀阀位总开度将会与配汽曲线出现较大差别。经查，4 个阀门的LVDT 与阀杆连接牢固未松脱。

高调阀内部存在异物也可能造成阀位波动，同时由于节流因素，实际阀位开度还会大于配汽曲线值。由于高调阀前的主汽门有环形滤网，外部异物的可能性较小，异物最可能是高调阀阀门部件，如之前已出现过的阀杆脱落造成阀芯堵塞等问题。阀杆与油动机操纵座的连接，是通过螺纹连接的，为了保证螺纹连接在实际运行工况下不会松脱，在阀杆顶部装有铜垫片，在现场安装阀杆时调整铜垫片厚度，拧紧阀杆并使铜垫片被压缩产生过盈配合。同时，在阀杆与操纵座连接紧固后，配做销孔穿入销钉，保证阀杆不会转动松脱，如图所示2。

若阀杆与操纵座松脱且阀芯落下，即使操纵座正常动作，但实际阀位将始终为0，阀门的总开度也会大于配汽曲线值。为了验证是否存在上述现象，可单个进行阀位试验。试验过程大致如下：

①机组稳定在50%额定负荷，即300MW 左右。

②切除CCS 控制，稳定锅炉参数，DEH 切换到阀位控制方式。

③单个缓慢增减调门开度，观察负荷是否随阀门开度增减作相应变化。若负荷不随阀门开度变化而变化，则说明该阀门机械机构可能出现故障，需对该调门做进一步的检查。

④若负荷变化与调门开关变化一致，则对单个调门进行过开和过关操作，现场记录该调门的行程。最后将现场测量行程与安装记录行程比对，若不一致，说明调门的实际行程发生变化，建议对调门机械机构作相应检查。

图2 阀杆与油动机操纵座连接图

⑤若以上检查均未发现问题，建议对所有调门重新做整定，根据其后的情况做进一步处理。

经过试验发现，3#调门动作时，负荷保持稳定，且3#调门无法实现关闭至0 位，确定3#阀门内部出现阀杆脱落情况。

4 处理措施

由于处于用电高峰期，为了满足区域用电需求，经过制造厂同意，将3#阀门强制关闭，指令为0，不参与机组负荷调节。停机检查后对2#机组3#高调门进行拆卸检查，拆除清洗去锈后，发现阀杆螺纹直接可以落入十字头螺母内，螺纹无法持力，如图3所示。更换新阀杆及十字头，同时严格按照厂家要求装配。

图3 阀杆与操作座十字头（圆孔为穿销钉处）

在后续运行中，1 号机组同样出现了类似问题。类似设计的高调门也在其他地方出现过类似问题，显示出这一问题不仅是安装质量等问题，也存在着设计未充分考虑安装风险及运行可靠性等问题。据了解，这一设计延续国际初始设计而未进行改动升级，后续制造厂家已对此设计进行改进，新的高调门设计已取消销钉，而直接采用焊接连接，降低了安装要求，且牢固可靠，后续新产品未出现类似问题。

5 结语

高调门是控制汽轮机的重要阀门，在安装过程中要严格按照厂家要求，出现问题时，应详细排查故障。同时设备制造厂在设计相关零部件时，特别是需要现场装配的，应充分考虑现场安装实际情况，尽量避免高难度高精度，将人为影响因素尽可能减少。