汽轮机DEH及EH系统常见故障的原因分析及解决办法

DEH及EH系统常见故障的原因分析及解决办法汽轮机DEH纯电调控制系统在长期运行过程中出现故障时，如何及时、正确地进行处理，对于整台机组的安全可靠运行是非常重要的。作为检修、维护工程技术人员，在处理这些问题前，必须首先判断设备的故障点，了解设备出现故障的具体部件、严重程度及处理过程中必须遵循的方法，同时必须充分认识到故障的复杂性以及如果违反检修规程和技术要求可能产生的严重后果。只有这样，才能准确、快速地做好设备故障的处理工作。下面的内容主要来自于公开发表的文献，经整理而得，供从事DEH运行及维护的技术人员参考。一．调节系统摆动1.1现象现象1：DEH控制系统在运行中，发现汽轮机转速很难控制在3000r／min，大概有±25r／min的转速波动，造成并网困难。现象2：主汽阀和调节汽阀开度不稳定，调节汽阀开度波动大且摆动频繁。如某台135MW机组带100MW运行，出现高压调节汽阀波动频繁、主汽压力波动大．运行人员将协调控制方式改为DEH控制方式．投人功率反馈回路。约10s后高调门出现较大范围的波动，功率出现振荡、摆动现象，运行人员立即退出功率反馈回路。负荷在约30s内降到60MW，导致主汽压力急剧上升。锅炉安全阀动作。1.2原因分析产生调节系统摆动的原因很多。但比较典型的几个原因如下。(1)热工信号问题。当二支位移传感器发生干扰或DEH各控制柜及端子柜内屏蔽接地线不好，电源地CG和信号地SG没有分开，造成VCC卡输出信号含有交流分量。当伺服阀信号电缆有某点接地时均会发生油动机摆动现象。(2)伺服阀故障。伺服阀即电液转换器，作用是将DEH控制系统输出的电信号转换成液压信号，控制油动机行程，从而达到控制调门开度的目的。而一旦某个伺服阀故障(通常是因为油质欠佳造成伺服阀机械部分卡涩)，其对应的调门将不能正常响应DEH控制系统的输出指令，从而引起调速系统工作不正常。伺服阀故障现象比较常见，轻则引起调节系统摆动，重则造成停机或机组不能正常启动。伺服阀故障的主要原因是油质不好，有渣滓等沉淀物存在，造成油质不合格，使伺服阀堵塞。(3)阀门突跳引起的输出指令变化。当某一阀门工作在一个特定的工作点时，由于蒸汽力的作用，使主阀由门杆的下死点突然跳到门杆的上死点，造成流量增大。根据功率反馈，DEH发出指令关小该阀门，在阀门关小的过程中，同样在蒸汽力的作用下，主阀又由门杆的上死点突然跳到阀杆的下死点，造成流量减小，DEH又发出开大该阀门指令。如此反复，造成油动机摆动。（4）油动机与阀门连接处松动，如连接的螺纹磨损，油动机与阀门的动作不一致，阀门具有一定的自由行程，但阀门开至某一中间位置，由于蒸汽力的左右，阀门开始晃动。（5）位移传感器LVDT故障，反馈信号失真，主要表现在插头松动、脱落，LVDT线圈开路或短路；（6）伺服阀指令线松动，导致伺服阀频繁动作；（7）调速汽门重叠度设置不合理；（8）阀门控制VCC卡内部的两路LVDT频率接近，造成振荡；(9)VCC卡内部的增益设置不合理。1.3解决方法对于热工信号问题造成的调节系统摆动，解决的办法是将所有现场信号进行屏蔽，信号地线均接到信号地SG，并与电源地CG分开。另外一种原因就是VCC卡故障。如某台135MW机组GV3调门运行中发现有小幅摆动，经检查发现VCC卡中LVDT变送器外壳与电路板之间存在短路现象，于是在VCC卡中LVDT变送器外壳与电路板上加装上隔离片，消除了VCC卡中的线路短路，解决了调节系统摆动问题。对于油质问题引起的调节系统摆动，解决的方法是加强滤油、保证油质，特别要注意EH油系统检修后的油循环，在油质合格前将伺服阀旁路，不让油流过伺服阀，油质合格后，再将伺服阀投入，可有效地防止伺服阀“大面积”堵塞。2.某厂高压调门抖动在正常单阀运行条件下，GV2高压调节汽门大幅波动，而其它3个高压调门没有波动。这种波动是随机出现的。GV2高压调节汽门先是小幅摆动，然后突然大幅波动，此后摆动幅度逐渐减小直至消失。分析后认为GV高压调节汽门摆动的原因在于阀位位移反馈信号出现问题。即在正常运行时条件下机组振动相对较大，而位移传感器固定在机组操纵座上。随着机组振动，位移传感器引出到航空插头处的焊点可能出现虚焊或松动现象，则当焊点振开时GV#2高压调节汽门的位移反馈信号消失。而在正常运行时高压调节汽门能够稳定在任意位置，是由于DEH对高压调节汽门输出指令为“0”。DEH输出指令是给定信号，为+信号。输入信号为位移传感器的反馈信号，为一信号。输出、输入信号在DEH中比较后为“0，高压调节汽门即停在任意位置。如果位移传感器的位置反馈信号突然消失，则输出信号就是给定信号，为+信号，GV#2高压调节汽门全开直至机械限位。由于GV#2高压调节汽门全开，功率增大。在DEH功率给定不变情况下．DEH接受功率增大信号后，又向高压调节汽门发出关小阀门指令。由于此时GV2高压调节汽门没有反馈信号，阀门无法停在稳定位置，于是又全关直至机械限位。机组输出功率降低，于是DEH又发出开阀指令，高压调节汽门又过开。这样反复波动就造成GV#2高压调节汽门大幅波动。由于是GV#2高压调节汽门位移传感器引出线焊点虚焊或松动造成这种结果。而焊点又没有完全断开，波动一段时间后引线又接上，所以GV#2高压调节汽门的波动是随机的，逐渐减小直至消失。3.某厂高压调门抖动及其处理3.1现象(1)在1号机组投运后，3号高调门经常出现抖动的现象，导致阀门管理方式由顺序阀跳为单阀方式，引起机组负荷波动。其间检查了控制回路的各段连接电缆，对MVP卡进行了更换、调整，但未能消除抖动现象。(2)为进一步分析问题，尝试将3号高调门的MOOG阀线圈解除1组，结果3号高调门的抖动现象基本消除。3.2原因MOOG阀的2组线圈是冗余配置的，其中任意1组故障后，另外1组仍然能够维持工作。而从MVP卡件的线路图中分析，这2组线圈在输出回路中是并联关系。MVP卡的驱动输出接近于电流源，原来须分别负载2组线圈上的工作电流，当解除其中1组后使电流源负载减轻50，因此相对原来2组线圈而言工作更加稳定，对干扰信号的抑制能力得到加强，但这样做降低了回路的可靠性。现场的这种干扰对于每个调门控制回路上的作用基本相同。当解除全部M0OG阀的冗余线圈后，加强对干扰信号的抑制能力，调门才能够稳定工作。上述处理方法牺牲了回路的冗余程度，从某种意义上降低了可靠性。但是因为原DEH系统的硬件无法有效抑制现场叠加的随机干扰，故用牺牲冗余度来克服干扰引起的调门抖动也是为保证汽机安全稳定运行不得已的选择。对此，应用抗干扰能力更强的伺服词驱动卡替代现在的MVP卡，同时满足抗干扰和冗余输出的要求。二．油管振动1.1现象EH油管路振动虽然发生不多，但安装不好也会出现问题。如某台l35MW机组，系统运行一段时间后，发现EH油管路振动较大，特别是靠近油动机部分发生高频振荡，振幅达0．5mm以上，引起检修人员的极大关注，虽未产生故障，但油管振动会引起接头或管夹松动，造成泄漏，严重时会发生管路断裂，引发较大事故。1.2原因分析引起油管振动的主要原因如下。(1)机组振动。油动机与阀门本体相连，如135MW机组中压调门，油动机在汽缸的最上部．当机组振动较大时，势必造成油动机振动大，与之相连的油管振动也必然大。(2)管夹同定不好。《EH系统安装调试手册》中规定管夹必须可靠同定，如果管夹固定不好，会使油管发生振动(3)伺服阀故障，产生振荡信号，引起油管振动。(4)控制信号夹带交流分量，使HP油管内的压力交变产生油管振动。（5）没有足够的辅助油源（如蓄能器等）来稳定油压，如某厂一次调频动作时，由于在运转层调门附近没有蓄能器，系统蓄能器是位于0米层油站旁边。当阀门因频率动作时，导致用油量大幅波动而导致油管发生振动。1.3解决方法1.3.1对于振动类问题，可以通过试验来判断是哪一种原因引起的振动。如当振动发生时，通过强制信号将该阀门慢慢置于全关位置，关闭进油门，拔下伺服阀插头，测量振动。如果此时振动明显减小，说明是伺服阀或控制信号问题：如果振动依旧，说明是机组振动。对于前一种情况，打开进油门，使用伺服阀测试工具通过加信号的方法将阀门开启至原来位置，如果此时没有振动，说明是控制信号问题，由热工检查处理；如果振动加大，说明是伺服阀故障，应立即更换伺服阀。1.3.2应检查系统油压的波动情况，如油管振动是因为油压波动引起，应检查蓄能器的配置是否正确，如油站与阀门距离较远，可考虑在调门附近增加适当的蓄能器以补充调门频繁动作而导致的用油量的增加。三．LVDT传感器故障1.1典型现象1.1.1某厂DEH系统采用LVDT(阀位反馈传感器)为双通道高选位置反馈方式，即阀位反馈传感器同时输两路阀位信号。进人控制系统后选阀位高值。该方式可以克服单通道位置反馈方式的部分缺陷，可以避免单通道阀位反馈传感器由于信号消失使阀门全开，从而引起汽轮机超速的可能性。但是双通道高选LVDT位置反馈也存在由于位置选高值会引起阀门关闭，使负荷减少的可能。如某厂4号机组(135MW)运行中出现1号调门关闭，负荷从97．8MW下滑至57．4MW的现象，主汽压力从13．6MPa上升至14．4MPa，造成过热器安全门动作。本次异常的原因是1号调门的LVDT1故障。其开度信号虽然被高选选中，但未真实反映1号调门开度(比实际值偏大)，DEH通过VCC卡硬件判断，将1号调门关闭。1.1.2某厂1号机组运行期间，多次出现调门晃动现象，其特征是：调速汽门的开度指令保持不变，而调速汽门的开关程度忽大忽小、反复振荡，造成负荷随之波动，相应的EH油管晃动，给机组的安全运行带来了较大的威胁；1号机4号高压调门LVDT传动杆在运行中断裂；1号机3号高压调门LVDT就地位置1号机4号高压调门LVDT传动杆断裂是由于传动杆与变送器有摩擦，LVDT传动杆长，阀门频繁动作损坏传动杆；1号机4号高压调门LVDT就地位置与CRT开度显示不符，有可能是LVDT传动杆位置变动或信号电缆有干扰信号。1.2原因分析及解决方法1.2.1DEH控制系统的阀门执行机构是阀门位置伺服控制回路组成的闭环控制装置，跟随阀门移动的阀门位移传感器(LVDT)将阀门的位置信号转换成电气信号，作为伺服控制回路的负反馈。计算机输的阀门位置指令信号与阀门位置反馈信号相等时，阀门被控制在某一位置。可见阀门位置反馈信号在阀门伺服控制同路中是一个非常重要的信号，该信号的可靠性直接关系到闭环控制装置的可靠性。LVDT实质是一只差动变压器。有三根引线。当1号、3号任一根线开路时，输出信号至最大；当2号线开路时，输信号至最小。当汽轮机处于单阀控制时，LVDT故障造成的危害会小一些；当汽轮机处于顺序阀控制方式时，1号、2号调门的LVDT故障造成的危害就会大一些。甚至停机。解决方法采用LVDT智能高选阀位反馈方式。：LVDT信号偏差大报警、自动判别并切除故障信号、信号超出正常范围时则输出为低限值等逻辑判断能力，使两只LVDT实现真正的双冗余，将系统故障率降到最低。1.2.2参数设置不当。在输入指令不变的情况下，调门反馈信号发生周期性的连续变化。2只LVDT在VCC卡内部高选，但如果2只LVDT频差过小，会导致高选在2只LVDT之间来回切换造成振荡，但这种振荡只要通过将频差调大即可避免。1.2.3机械原因造成故障。连接LVDT铁芯与线圈内壁产生径向摩擦，将铁芯或线圈磨坏，导致调门波动；这种情况比较复杂，原因很多，调门与LVDT膨胀不均、调门振动、铁芯固定不正等都会导致这种情况。可以采取以下方式避免，安装时尽量保证铁芯与连接板孔垂直，将铁芯提起对准线圈孔洞与连接板孔让铁芯自由落体直至顺利通过2孑L，然后将铁芯固定，对LVDT进行全行程的滑动检查，观察LVDT铁芯和滑杆走动是否顺畅；也可将LVDT传感器改为万向节型，效果也不错。1.2.4两只LVDT交叉工作相互干扰阀门位置反馈是取现场对应阀门的两只LVDT的高选值，运行中2只LVDT数值相近。经常出现大小相互交错现象，造成高选后LVDT值波动，使高调门发生摆动，影响机组的稳定运行。对此，采用了将一个LVDT的零点和