电厂高压调门晃动及屡次断裂原因分析及处理

浙江华能长兴电厂#5机系上海汽轮机厂生产的N125-135/535/535型超高压、中间再热凝汽式汽轮机，于1992年8月安装投产发电。原#5汽轮机调速系统为全液压调速系统，于2001年5月至6月运用新华控制工程公司的DEH-ⅢA型高压抗燃油纯电调控制系统对原调速系统进行了改造。机组控制系统改造后，自动化程度得到了很大的提高，系统的响应时间快，控制精度高。但从2002年2月至6月，#3高调门LVDT共断裂了5根，2002年5月还发生了高调门在特定位置的晃动现象，严重威胁了机组的安全运行。

2.#5机高压调门晃动及#3高压调门LVDT断裂现象简述

2002年2月2日22：37分左右，#5机出力125MW，协调控制，#3高调门LVDT2信号由0V突升至4.04Vzui大值，VCC卡高选，致使4.04V故障信号被输入伺服阀与当时的控制指令相比较，伺服阀输出迫使#3调门迅速关闭，负荷跌至115MW后，因机组实际所带负荷与目标值之间存在偏差，DEH软件经运算后，在#3调门已虚假开启的情况下，开启#4调门维持负荷目标值与给定值的平衡。

2002年4月10日，早上巡检发现#3调门LVDT1信号为0V，LVDT2信号为1.4V左右，判断为#3调门LVDT1信号故障。

2002年5月1日前后，#5机组在负荷升降时，调门晃动大，尤其是#3调门的LVDT2信号在控制指令未变化情况下有跳变。现场检查#3调门实际位置晃动较大，又因#3调门LVDT1已屏蔽，为确保#5机组稳定运行，决定强制关闭#3调门，在#3调门LVDT更换前，只由#1、#2、#4调门参与调节。

3.#5机高压调门晃动及#3高压调门LVDT断裂原因分析

对于DEH控制系统来说，调门的晃动是常见的故障，一般来说由以下的原因引起：

1.伺服阀的振动引起调门的晃动；

2.控制参数不匹配，热工信号故障；

3.调速汽门门杆振动；

4.LVDT反馈杆松

伺服阀振动的故障一般由于伺服阀振荡、弹簧管疲劳、磁钢磁性变化、伺服阀滤芯堵塞、伺服阀主阀芯卡涩、伺服阀阀口磨损等原因引起。因为我厂DEH控制系统投用时间不长，且我厂对油质的控制较为严格（抗燃油的各项指标均在要求范围内），应该说油质方面引起的可能性很小。同时，我们发现高压调门的晃动现象与#3调门的特定位置有关。因此我们把检查的重点放在其它因素的查找上，未轻易更换伺服阀。

热工控制维护人员在故障的处理过程中，对控制参数及热工信号进行了检查，均未发现异常。

分析#5机在升降负荷时#1、#2调门的晃动，我们可以发现两个现象：1.#1、#2高压调门的晃动与特定负荷（开度在48%--50%）有关，2.与#3调门的开度（0-10%）及LVDT的状态有关。我们在2002年4月30发现#5机在升降负荷时#1、#2调门有晃动，同时在2002年5月5日就发现#3调门的一根LVDT已断裂（另一根早已屏蔽），在2002年5月14日对#3调门LVDT进行更换后，就没有再出现升降负荷时#1、#2调门的晃动现象。2002年4月30日的#1、#2调门的晃动，发生在100MW左右，#1、#2调门的开度为48%左右，而#3调门的开度为0-10%，正好在#3调门将开未开的阶段，总的调门流量特性正好处于拐点，此处的流量变化比较大。同时由于#3调门一根LVDT屏蔽、而另一根LVDT断裂，在机组负荷稳定的时候，断裂的那根LVDT断裂的两头刚好未脱开（处于脆弱的稳定状态），调门反馈未变化，当机组负荷进行调节时，断裂的LVDT断裂的两头脱开，造成#3调门反馈与实际开度的线性关系发生变化，更加剧了流量的变化，使系统无法进行精确的调节，造成了震荡，由此造成了调门出现晃动。

当LVDT线圈与铁杆长期磨损造成绝缘下降甚至断裂，LVDT铁杆断裂后两头无法稳定接触、在调门运动时随时可能脱开的情况下，调门不光会在特定负荷（开度）下晃动，在其它的负荷（开度）也会发生晃动，这种晃动与调门的流量特性无关，主要由于LVDT反馈不稳定，与DEH计算指令发生偏差，赞成系统的反复调节，从而形成了调门的晃动。

那么#3调门LVDT为什么会频频断裂呢？在2002年5月14日处理#3调门LVDT时，我们发现#5机#2、#3高调门在特定位置处，活塞杆与阀杆的连接块及其阀杆有1-2mm的自发轴向晃动，而当时上部活塞杆未见明显晃动，说明连接块与活塞杆有轴向间隙，这种与位置有关的轴向晃动，引起了连接块在圆周方向进行晃动（连接块紧固螺栓已无法再紧），同时发现原LVDT紧固装置与连接块不同心，以上因素造成了LVDT内铁芯产生摩擦和弯折，轻者引起线圈绝缘下降甚至断裂，重者铁芯磨细断裂。连接块与活塞杆的轴向间隙可能是设计、加工原因，或者长期运行中磨损。因为我厂的运行方式是#1、#2调门同时开启，在现在的高负荷条件下，#3调门长期处于调节状态，当#3调门处于小开度时，调节阀碟上受的力是交变应力，造成了大阀碟对予启阀的不断冲撞，同时上部油动机活塞座有弹簧的压力，阀杆的冲撞力难以向上传递，那么连接块（与油动机有设计10S的间隙）在下部阀杆的长期的冲撞下，造成了磨损，使间隙增大，造成了连接块在轴向的晃动，同时轴向的晃动又造成了连接块的横向移动，共同使LVDT造成损坏。因为高压调门执行机构在汽轮机大罩壳内，平时对LVDT及连接块的磨损（轴向间隙只有在特定位置晃动时才有）很难看到，这推迟了问题的解决。

4.#5机高压调门晃动及#3高压调门LVDT断裂处理

对于#3高压调门单个LVDT出现故障后，我们及时把故障的LVDT撤出运行。

当#3调门两个LVDT均出现故障后，我们采取在DEH功率回路控制的情况下，把#3高压调门强制关闭，，由DEH自动开启#4调门进行功率的调节。

对于由#4高压调门代替#3高压调门工作，因为是非正常运行方式，我们采取小幅多次的调节方法，尽量减少对系统的冲击，同时对轴向位移、差胀等参数进行监视。

新华控制工程公司提供了新型的LVDT，这种形式的LVDT能有效的减轻LVDT连杆不同心及阀杆微量晃动产生的磨损。

同时新华控制工程公司对油动机活塞杆与阀杆的连接块进行了重新设计，保证了连接块的间隙在正常范围。

5.存在的问题

对于高压调门阀杆的固有轴向振动，因为是阀碟及阀座的空间结构决定的，没有办法进行根本的解决。可对予启阀进行处理以恢复原来的予启间隙（因为予启阀在长期运行后，经大阀碟冲撞后有磨损，造成了予启间隙的增大），减少轴向的振动。

同时，调门的开启重叠度是客观存在的，在调门的重叠度阶段，流量特性曲线如果与实际不吻合，那么在流量特性曲线的拐点处就造成了在很小的开度变化时造成了流量有较大的变化，在功率回路投用的情况下，为了维持负荷的稳定，就会造成调门的频繁调节，形成震荡。在流量特性曲线的拐点处，如何有效的避免调门的晃动呢？因为晃动与位置有关，只要避开晃动的拐点就可以解决这一问题，可以加减负荷或加减蒸汽的压力来避开这一点。当然，为了尽量减少拐点的影响，我们应该对流量特性曲线进行细调，以适应实际工况。

#5机高压调门晃动及#3高压调门LVDT断裂问题的处理，使我们认识到在DEH系统出现故障时，热工人员和机务人员密切配合，共同合作，有助于问题的全面早日解决。同时认识到任何设备故障的发生总有一些先兆，而任何设备故障的处理总可以找到更深层次的原因，一个好的技术人员应该在设备有故障先兆时，发现并阻止事故的发生，而在设备故障处理过程中，找到引起故障的深层次原因。

[参考文献]

1.《125MW汽轮机高压抗燃油EH液压控制系统说明书》，新华控制工程公司

2.《汽轮机EHC油系统及电液伺服阀》，电力工业部液压控制质量检验测试中心