摘要：本文针对河源电厂2号汽轮发电机组长期出现高压调门振动现象，根据在线组态DEH逻辑改变调门开启顺序，更换油管活结防脱装置和检查阀门定位器等处理过程所得到的经验与结果，总结了能够对高压调门振动原因进行准确定位的综合分析方法，并对提高汽轮机调节系统的安全性和稳定性给出了建议。
关键词：汽轮机调门；阀门振动；阀门反馈装置；油动机；GV；LVDT
1概述
广东河源电厂2×600MW汽轮机发电机组系哈尔滨三大动力厂与日本三菱公司合作生产的超超临界压力一次中间再热冲动式单轴双缸双排汽凝汽式汽轮机。采用高中压缸联合启动方式。高压主汽门方式冲转，转速达到2850RPM时切换到高压调门控制升速、带负荷。每台机组配有两个高压主汽门（TV）、四个高压调门（GV）、两个中压主汽门（RSV）和四个中压调门（IV）。汽轮机调节系统为高压抗燃油型数字电液调节系统（DEH）。自动控制系统采用ABB北京贝利控制有限公司的Symphony系统。液压系统采用哈尔滨汽轮机控制工程有限公司成套的高压抗燃油EH装置，每个阀门配置一台油动机、一个电液伺服阀、两支LVDT（一个在线工作，一个冗余备用，可自动无扰切换）。
2故障现象及处理过程
2011年6月5日23时27分，二号机组由于GV3 高压调门EH油进油管活接脱开致使“EH油压低”保护动作，汽轮机跳闸。事后检查DEH控制系统，包括控制卡件、信号线路、LVDT、伺服阀等未发现明显异常；机务检查油系统，包括油泵、油管路、稳压装置、油动机等，除了发现GV3油动机门杆轻微漏油外，也未发现明显异常，事后更换了新的油缸。正常情况下GV3承担一次调频和机组负荷控制的主要任务，调节幅度小，调节频率大，调节过程中电液伺服阀的频繁启闭引起系统振动，GV3的振动幅度和速度明显比其它阀门大。同时，EH油管路与油动机为刚性连接，球面密封，无法有效吸收来自调节系统本身和机组产生的振动，长期接受强迫振动使油管路螺母松脱，造成油管路系统固有频率的变化。当螺母松脱到一定程度时，EH油管路固有频率与激振源频率逐渐接近，从而使系统产生共振，螺母在强烈的振动下迅速松脱退出，造成接头大量喷油。因此怀疑活接脱开的直接原因是EH油管振动大。事后对可能出现振动的EH油管道活结加装了防脱装置。6月7日20：00启机后检查发现二号机GV3进油管振动减小，但与一号机GV3进油管相比，振动还是较大。
2011年11月29日14：00，二号机GV3在600MW时振动突然加大，解除机组一次调频功能后，现场观察EH油管和油缸活塞振动没有减小，由此排除一次调频的影响。逐个检查GV3的阀位反馈装置LVDT及其信号线路，确认GV3的LVDT无任何报警后，在DCS端子柜解掉GV3的LVDT1，DCS画面立即显示GV3故障，相应输出模件指令消失，GV3缓慢关闭，为响应负荷要求，DEH指令开大GV4，此过程中机组负荷最大到620MW，为避免情况恶化，紧急恢复GV3的LVDT1信号。为保证GV3检修过程机组稳定运行，将GV3和GV4阀门功能对调，由GV4担任调节功能同时手动关闭GV3，GV3关闭后振动消除，说明振动的原因在GV3阀门系统本身，包括伺服阀、卸载阀、油缸、LVDT及相关信号线路等。针对GV3的LVDT无法正常切换的状况，仔细核对DCS内部逻辑，发现汽机厂家设计的逻辑存在重大隐患。画面有LVDT1和LVDT2的报警设计，但逻辑内部只将LVDT1故障信号引入报警画面，LVDT2故障信号没有引入报警画面，导致LVDT2故障时无法及时发现，从而导致GV3在LVDT1解除时不能自动无扰切换到LVDT2运行，伺服卡发出阀门全关指令，使GV3阀门故障全关。进一步检查二号机其它阀门和一号机相关阀门逻辑，存在同样隐患。
11月30日，在GV3关闭确保安全的情况下，现场检查GV3的两支LVDT，发现LVDT2一根引线因振动断线，接好引线后，进行LVDT切换试验，发现LVDT2工作平稳，但LVDT1有波动，测量其电阻及信号线路绝缘正常。为确保检修后LVDT能够正常工作，再次进行GV3的LVDT在线切换试验。切换过程中发现LVDT1工作时GV3振动大，LVDT2工作时GV3振动较小，由此确定LVDT1是故障的源头。GV3、GV4恢复正常工作模式，GV3切换至LVDT2在线工作。更换LVDT1后，切回LVDT1在线工作，GV3油管振动减小，恢复至事前状态。
12月9日二号机GV3的EH油管在600MW时振动再次加大，决定在线更换伺服阀。完成伺服阀在线更换工作后，GV3投入正常运行后，油管振动减小，与一号机相差无几。
12月21日二号机GV3 EH油管振动再次突然增大，在DCS内部逻辑强制GV3指令在70%，现场观察EH油管和油缸活塞振动依然强烈，随后强制指令在55%现场观察EH油管和油缸活塞振动没有改善，且DCS趋势线显示GV3阀位反馈在指令上下波动（这点与前几次不同），由此推断GV3阀位反馈回路有干扰。在GV3退出运行确保安全的情况下，在DCS端子柜测量发现GV3的LVDT1和LVDT2及阀位指令（两路中的一路）信号线有接地现象。通过分段排查发现在GV3阀位反馈信号线进端子板前（电缆套管接头处）有黄豆粒大小一处磨损，导致GV3的阀位反馈信号通过电缆套管接头接地。机组运行时该破损点会随着阀门本身的振动而上下前后移动，接地具有非连续性，线路检测时若破损点接触不到套管接头，检测结果一切正常，只有当破损点接触到套管接头时，才能通过线路检测发现信号接地，这也是此隐患很难被发现的根本原因。事后对上述磨损点进行绝缘处理后，GV3投入运行，油管振动完全恢复正常。
3故障原因分析
河源电厂高压调门控制器与现场设备的连接如图（一）所示，现场设备通过端子板与IMHSS03卡件相连接。
图（一）
现场设备与DCS端子板接线图如图（二）所示，（包括两只LVDT，伺服阀）
图（二）
差动位移变送器（lvdt）的原理比较简单，其主要由一个一次侧初级线圈，两个二次侧次级线圈，一个与次级线圈同轴的铁芯组成，当一次侧线圈接入激励电压后，二次侧线圈将产生感应电压输出互感变化，当没有位移时，铁芯处于初始平衡位置，两个次级线圈的互感电势相等，由于次级线圈反向串联，因此差动变压器输出电压为零，当被测体有位移时，与被测体相连的铁芯位置将发生相应的变化，使两个次级线圈的互感电势不相等产生差动电压，其大小反映了被测体位移的大小。机组运行时，IMHSS03卡件接受LVDT位置反馈，BRC位置给定值数据，将这两者比较后进行PID运算，控制伺服阀输出，因此，当反馈机构故障时，会使指令和反馈偏差大，调门频繁动作。其控制原理如图（三）所示
图（三）
伺服阀有轻微漏油或堵塞是GV3油管振动大的起因。GV3伺服阀更换后，油管振动曾一度恢复至正常水平可以说明这一点。此后GV3油管振动剧烈应该是阀位反馈信号线磨损处接触到套管接头导致信号接地所致，阀位反馈信号线磨损是GV3油管振动剧烈的主因。信号线最初磨损应该是油管轻微振动及安装材料和工艺不佳等综合因素所致。LVDT信号线磨损导致GV3阀位反馈信号受到干扰，阀位信号上下波动，通过控制回路使实际阀位上下波动，干扰信号强烈时，会造成实际阀位大幅波动，从而导致油管强烈振动，振动又进一步加剧信号线磨损，形成恶性循环。
4总结
高压调门油管振动是汽轮机DEH系统多发性常见故障，其成因复杂，包含多种因素，既可能是液压系统所致，也可能是电子设备及其线路所致，既可能是稳态故障，也可能是动态非连续故障。解决二号机GV3振动大这类动态的综合性技术难题需要多专业的配合，更需要细心和耐心。通过本次故障处理，解决了长期困扰机组安全运行的高调门振动大技术难题，避免了机组再次停机的风险。同时分别发现并消除了一处设计隐患和一处施工隐患，为机组安全稳定运行减少了障碍，为同类故障排查提供了有益借鉴。
论文作者:陈志科
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/7
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