摘要: 大容量火电机组汽动给水泵给水流量振荡引起汽动给水泵跳闸，轻则机组降负荷，重则引起机组事故停运。本文通过对大容量火电机组汽动给水泵给水流量振荡原因的研究，详细分析了汽动给水泵给水流量振荡与电液伺服阀油路堵塞间的关系，提出了对电液伺服阀EH油系统油路堵塞进行早期判断和处理的一种方法，具有较广泛的参考价值。
关键词: 给水流量；正弦振荡；研究；处理
1 前言
在大容量火电机组中，每台机组常规配置3台给水泵，其中2台为小型汽轮机汽动给水泵，1台为电动给水泵。正常情况下，2台汽动给水泵能保证机组带额定负荷稳定运行，电泵处于热备用状态。汽动给水泵的转速控制系统为电液控制系统，其EH液压驱动油通过电液伺服阀驱动小汽机的调门来改变小汽机的进汽量，从而控制汽动给水泵的转速。
由于电液伺服阀的特殊结构，驱动电液伺服阀的EH油系统油路中设有多重滤油装置，以保证液压驱动油的品质。由于多种原因，运行中油质变差﹑存在较大的颗粒的情况不可避免。尽管采取了多种措施，汽动给水泵仍多次发生跳闸事件，轻则导致机组甩负荷，重则可能引起锅炉给水不及时机组停运。利用DCS系统直观的参数曲线变化，对电液伺服阀油路堵塞情况进行早期预判，及时采取处理措施，将可能较好地避免事故的发生。
2火电厂给水控制系统的组成及控制过程
2.1 给水系统的组成
以单机300MW级火电机组汽包炉为例，给水系统由除氧器、给水泵组、给水母管、汽包等主要设备组成，见图1。
图1中给水泵组由两台汽泵A、B及一台电泵C组成，正常运行时A、B两台汽泵运行，电泵备用。给水泵间的联锁关系为：当任一台汽泵跳闸时，自动联动电泵，5秒内不能联动，则发出RB信号机组快速甩负荷；若两台汽泵同时跳闸，则汽包水位无法维持， MFT动作，机组跳闸。
若是单机600MW级火电机组的直流炉，则给水流量低低动作，锅炉MFT，机组跳闸。
2.2给水系统控制目标及策略
以单机300MW级火电机组汽包炉为例，给水系统的控制目的是维护汽包水位，其策略为汽包水位、蒸汽流量、给水流量组成三冲量控制，见图2。
图2中，给水控制系统的控制对象为汽包水位h，流入量是给水流量w，流出量是蒸汽流量d。正常运行工况下，蒸汽流量随机组的负荷变化而变化，所以维持汽包水位主要是调节给水流量，而给水流量的大小由A、B汽动给水泵的转速控制。
2.3汽动给水泵的转速控制
汽动给水泵的转速控制方式见图3。
图3中，汽动给水泵的转速控制器接受来自汽包水位要求的给水流量信号，并把它转化为给水泵的转速指令信号，与汽动给水泵的实际转速反馈信号进行比较，其差值经PID运算后送出一个20mA～160mA的电流信号至电液伺服阀；通过电液伺服阀的开度变化来改变驱动汽动给水泵的小汽机进汽调门的EH油流量，进而通过小汽机调门开度的变化调节进入小汽轮机的蒸汽流量，从而达到控制汽动给水泵转速的目的。汽动给水泵转速的变化将引起给水流量的变化，使之与图2中汽包水位调节所要求的给水流量值相匹配。
若汽包水位要求汽泵转速增加而因为某种原因汽泵转速实际不增加，即PID的输入两端的数值总存在差值，则经PID输出值一直增加或一直减小。这种转速的急剧变化，将引发给水泵保护逻辑动作，发出跳泵信号，汽泵跳闸。
2.4电液伺服阀的控制
电液伺服阀的控制结构图，见图4。
图4中，电液伺服阀的控制线圈接受转速控制器送来的电流信号在线圈周围形成一个磁场，磁铁转子在磁场力的作用下发生一定的偏转。当控制线圈接受的电流信号发生变化时，磁铁转子的偏转角度随之变化。若磁铁转子从中间位置向上偏转，则上喷嘴与磁铁转间的距离减小，喷嘴背压增大。相反下喷嘴的背压减小。此时滑动控制导杆上端的压力大于滑动控制导杆下端的压力，滑动控制导杆向下滑动，伺服阀进油口与伺服阀输出轴上油室相通，EH驱动油进入上油室，压力增大。与此同时，输出轴下油室与泄油口相通，压力减小；输出轴向下移动。反之当磁铁转子从中间位置向下偏转，则下喷嘴与磁铁转间的距离减小，下喷嘴背压增大；上喷嘴的背压减小。此时滑动控制导杆下端的压力大于滑动控制导杆上端的压力，滑动控制导杆向上滑动，伺服阀进油口与伺服阀输出轴下油室相通，EH驱动油进入下油室，压力增大。与此同时，输出轴上油室与泄油口相通，压力减小。输出轴向上移动。
综上所述，给水系统控制过程见图5。
3 给水流量曲线正弦振荡的原因研究
3.1事故案例
2017年3月3日18:10， 某300MW火电机组B汽泵运行转速4700rpm突然下降至3700rpm，A汽泵运行转速4800rpm上升至5600rpm。B汽泵打闸停运后，将电液伺服阀及滤网拆卸下来后进行了清洗处理，回装后，运行良好。
2017年9月20日0:50，EH油站#1EH油泵运行，#2油泵备用，EH油系统油压0.7MPa，比正常油压0.78MPa低。启动#2EH油泵运行，EH油压仍为0.7MPa,未见上涨。1:10时，B汽泵转速突然下降，调门自动关闭，B汽泵跳闸。在恢复B汽泵运行时，B汽泵调门不能开启，清理B汽泵电液伺服阀及滤网后，B汽泵启动运行正常。
2017年10月3日，机组运行中，给水流量曲线呈振荡变化。
3.2试验情况
为找到给水流量曲线振荡的原因，技术人员进行了一系列观察和试验。
（1）调阅蒸汽流量曲线及汽包水位曲线，未见大的波动；
（2）调阅A﹑B汽动给水泵转速和反馈曲线，发现给水泵转速和转速反馈曲线与给水流量曲线几乎同步振荡；
（3）将A﹑B汽动给水泵控制方式由自动切为手动，给水流量曲线振荡现象消失；
（4）将B汽泵切为手动方式，A汽泵为自动运行方式，给水流量曲线振荡消失；
（5）将A汽泵切为手动方式，B汽泵为自动方式，给水流量曲线振荡。
结论：给水流量的振荡由B汽泵转速的振荡引起，而引起汽泵转速振荡的可能原因为电液伺服阀油路的堵塞。
3.3原因分析
3.3.1 EH油路可能堵塞的部位分析
电液伺服阀EH供油系统结构简图，如图6。
图6中，EH供油系统由EH油泵组和多重滤网两部分组成，EH油泵组不断提供合适油压的油供伺服阀，多重滤网部分主要是保证油质中不能有较大的颗粒，以免堵塞甚至损坏伺服阀内的油路。由于伺服阀对油质的要求很高，因此在EH油站出口有可切换滤网，在A﹑B汽泵伺服阀的入口又各设置有一个滤网。
从实际运行情况看，在以上两重滤网均发生过堵塞的现象。而A﹑B汽泵伺服阀入口滤网由于直接安装在直径为14mm的供油管道中，滤网面积较小，更易引起堵塞导致上下油室的油压波动。
同时，电液伺服阀内孔径细小的油路也很容易堵塞，同样会引起汽泵转速的振荡。
3.3.2 EH油路堵塞引起汽泵转速振荡的过程分析
以电液伺服阀入口滤网堵塞情况为例说明振荡过程，其它堵塞情况与此相似。见图4。
当伺服阀入口滤网初始轻微堵塞时，上油室的油压与入口油压不平衡，因此在滤网前后产生一个差压；在差压的作用下，EH油进入上油室，压力增大，输出轴向下移动；输出轴的下移同时使得压力逐步下降。由于油路堵塞进入上油室的油供应不畅，呈现短时断流现象，压力下降得很快，在极短的时间内，输出轴在弹簧的作用下向上回缩。而此时滤网前后的压力相差较大，滤网前的油又迅速进入上油缸，使得压力增大，于是输出轴又向下移动。
上述过程反复多次，使得油压呈现振荡趋势；而输出轴在油压的振荡波动下，上下来回抖动，带动汽泵调门抖动，使得汽泵转速曲线也呈现振荡趋势；汽泵转速的振荡又引起给水流量的振荡；给水流量的振荡又反过来引起汽泵转速的振荡。这样给水流量的振荡便呈现加剧趋势。由于堵塞不是太严重，尚不致引起太大的变化。
从发生事故的汽泵实际运行情况看，汽泵转速在20％左右时，给水流量曲线的振荡较为明显。而在其它位置点时，由于转速较高或较低，伺服阀的轻微堵塞对上下油室的油压波动影响不大，因此给水流量曲线的振荡不很明显。由于堵塞情况较轻微，不足以引起汽泵跳闸，因此极易被忽视。若不进行实际分析并及时清理，随着时间的推移，必然会导致汽泵跳闸事故发生。
4 汽动给水泵电液伺服阀油路振荡的处理措施
4.1加接3um精密过滤器
从目前的配置情况看，EH油系统无在线滤油装置。当油质不合格时，临时采用外接滤油机的方式进行滤油。因此EH油质难以长期保持在一个较好的水平上，对汽动给水泵的安全稳定运行构成了威胁。为此，在EH油出口溢流阀溢放油管上加接3um精密过滤器，在确保EH油站出口母管油压及油箱油温不受影响的前提下实现EH油箱油质精密过滤。
4.2强化定期工作
定期检查化验油质，发现油质变差即及时处理；定期清理EH油系统各滤网和伺服阀油路，保证滤网和伺服阀油路的清洁畅通。
5 结束语
电液伺服阀EH油系统油路从轻微堵塞到严重堵塞，最后引起汽泵跳闸，往往有几天到几周的时间。因此通过对给水流量曲线振荡情况的分析，作出油路堵塞或油质颗粒增大的早期判断，可以有效减小因EH油系统油路堵塞而引起的汽泵跳闸事故。
同样利用DCS系统的参数曲线功能对同类问题进行分析预判，无疑对保证设备的健康状况，提高经济效益具有现实意义。
致 谢
该文得到了华电河南新乡发电有限公司、湖北华电襄阳发电有限公司、华电常德发电有限公司有关同志的大力帮助，在此一并致谢。
参考文献：
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[3] 朱全利.锅炉设备及系统/国产600MW超临界火力发电机组技术丛书[M]．北京：中国电力出版社，2010
作者简介：
柳长海（1968－ ），男，大学本科，高级工程师。华电电力科学研究院中南区域中心
刘林波（1970－ ），男，研究生，正高级工程师。华电电力科学研究院中南区域中心。
张才稳（1972－ ），男，研究生，正高级工程师。华电电力科学研究院中南区域中心。
林超（1985－ ），男，大学本科，工程师。河南华电新乡发电有限公司。
胡志方（1988－ ），男，大学本科，工程师。华电广东坪石发电有限公司。
尹佳峰（1989－ ），男，大学本科，工程师。湖南华电常德发电有限公司。
论文作者:柳长海1,张才稳1,刘林波1,林 超2,胡志方3,
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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