50MW汽轮机高压调节阀故障分析及改进

第 6期 2004年 11月 中 氮 肥 M—Sized Nitrogenous Fertilizer Progress NO．6 NOV．2004 5O MW 汽轮机高压调节阀故障 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 及改进 孙锦法，丁凯霞 (山东恒通化工股份有限公司，山东 郯城 276100) [中图分类号]TK267 [文献标识码]B [文章编号]1004—9932(2004)06-0046—03 山东恒通化工股份有限公司热 电厂 2台 50 Mw 汽轮机为武汉汽轮机厂产 品，型号为 C50— 8．83／4．12和 CC50—8．83／4．12／1．57，投运 日期 分别为 2002年 10月 18日和 2004年 5月 15日， 额定进汽压力 8．83 MPa，进汽温度 535℃，抽汽 压力分别为 4．12 MPa和 4．12／i．57 MPa，控制 系统采用新华公司 DEH一ⅢA型高压纯电调 ，整 个机组采用 Honeywen DCS控制系统。 该型汽轮机采用额定参数启动，四个高压调 节阀各由 1个油动机控制 ，通过 DEH 系统的阀 门管路程序实现喷嘴／节流调节 。DEH执行机构 的工作介质是高压抗燃油 (三芳基膦酸脂)，它把 DEH控制系统产生的调节 阀行程指令转变为调 节阀的开度 ，实现汽轮机进汽量即转速和功率的 调节 。 第 1台 5O Mw 汽轮发电机组试运时，四个 高压调节阀均发生了不同程度的窜动，经分析并 找出原因后，我公司在 5 机 (CC50—8．83／4．12／ 1．57)汽轮机组上实施了改进，效果 良好。 1 汽轮机调节阀控制原理 随着 DEH系统工作方式 (REMOTE或 OA 方式)的不同，来 自不同方面的负荷设定值经设 定值处理功能的选择和处理后 ，得到负荷设定值 信号(REFDMD)，送至DEH中的负荷控制系统， 机组无论是处于 DCS的控制还是 DEH的 OA方 式控制 ，最后均经过 DEH 系统将 REFDMD信号 由 DEH的负荷控制系统输出，为主蒸汽流量请 求信号 (FDMD)，再经 DEH的阀门管理程序转 换成高压调节阀的开度需求信号 ，并从单阀和顺 [收稿日期]2004—06—24 [作者简介]孙锦法(1971一)，男，山东郯城人，助理 工程师。 序阀控制方式中选择一种方式，通过数字式阀位 伺服控制器 (MVP)卡件去控制相应调节阀的开 度需求指令。 以单阀控制方式为例 (如图 1所示)，MVP 卡接受 WDPF中分散处理单元 DPU来的调节阀 开度需求信号，并与线性位移差动变送器 (I inear Variable Differential Transformer，简称 LVDT) 来 的实际阀位开度信号相 比较，通过 比例积分 (PI)控制回路对指定阀门的电液转换器 (MOOG 阀)输入阀门控制指令。调节阀执行机构电气一液 压回路如图 2所示 。 PW DIN PU【sE WlDTH COUMrER 自身 CCS 运行方式决 定功率和压 力反馈修正 DEH REMOTE 运行广度 TEI点PERM XP ATC或手动设定 产生 (自身功率 和首级压力反馈 和频差修正 DEH OA方式 图 1 单阀控制原理示意图 图 2 调节 阀执行机构 电气一液压 回路 来 自DEH 的阀门管理器的调节阀开度需求 指令 (数字信号)输入到执行机构的 MVP卡内， 与实际开度的数字信号 (I VDT的输 出反馈)做 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 6期 孙锦法等：50 MW 汽轮机高压调节阀故障分析及改进 ·47· 比较，其偏差信号经 PI(比例积分)控制运算，得 到 MOOG 阀的控制信号 ，经D／A转换和放大 ， 转变为 MOOG阀两组线圈上的控制 电流，控制 改变 MOOG 阀两路输出流量 (一路高压控制油 到调节阀油动机的下腔室，工作腔室；另一路是 MOOG 阀的排油到油动机的上腔室，非工作室) 来控制油动机工作油室的进油量和油压 (开／关调 节阀)，实现对机组负荷的调节。当MVP卡的输 出为 “+”时 ，MOOG阀进洫接通去油动机活塞 的下部，油动机下部油压增大 ，向上移动并经杠 杆带动开启阀门，阀门移动的同时，带动装在油 动机旁的 INDT的线圈移动，产生一电信号，送 到 MVP卡 内与 DEH 阀门管理器来指令 比较，直 到 LVDT阀门开度反馈信号与 DEH 阀门管理器 的阀门开度需求信号相等，MVP卡输出为 0，阀 门保持不动。当MVP卡输出为 “一”时，同理。 2 热工电气回路分析及改进 2．1 热 工电气 回路分析 线性位移差动变送器 LVDT是一种位移测 量传感器，由3个等距分布的线圈和一根与油动 机活塞杆相连的铁芯组成 ，根据油动机活塞的位 置产生阀位反馈信号。工作原理如图 3。 图 3 I VD r工作 原理 图 铁芯在线圈中移动时，改变了线圈空间的磁 通分布 ，从 而改变 了初／次级线 圈间的互感值。 MVP卡 向 I VDT提供初级 激励 电流 的振荡电 路 ，它提供 1 kHz高频正弦波，经一低通滤波器 滤去 PROM 输 出的直流成分和高频成分，由一 功 率 放 大 器 提 供 驱 动 LVDT 初 级 线 圈 的 电 流，随铁芯在线圈内位置的不同，两个次级线圈 产生 的感应电动势随之变化 。两个次级线 圈反 相、串联地接至 MVP卡，其两个线圈感应电动 势的差分信号经相敏检波 (或称解调)和带通滤 波 ，得到比例于行程的直流电压输出。因此，当 铁芯位于线圈中间位置时 ，因两个次级线圈的感 应电动势相等，故位移输出的电压值为 0；当阀门 开大或关小 ，一个信号线性增大 ，一个信号线性 减小，两信号送到 MVP卡，分别通过正负半波整 流，相加并经过滤波、零点补偿和量程调整后 ，就 获得对应于阀门全行程、量程为直流 0～10 V 的 阀位信号 ，经 A／D转换后 ，送 MVP卡内中央处 理器 MC68701。 当 LVDT的初／0：级线圈的 6根接线 中因接 线松动引起接触不良甚至断开时，会导致反馈信 号失真，造成调节阀窜动(开度波动)甚至变为全 开／全关两位控制状态，引起汽轮机工况的剧烈变 化。为易于理解 ，特举一例介绍如下：当LVDT 二次线圈的4根接线全部脱落，输出电压为 0时， 由上分析可知，调节阀反馈应该为 50 的中间状 态。此时若指令不是 50 ，如当指令大于 50 时， 要求调节阀开度增大的控制信号因反馈信号未相 应改变而无法平衡，所以调节阀会迅速打开直至 全开，但调节阀全开时，功率反馈会反映实际功 率输出值 比需求值高，所以发出减指令；当指令 小于 5O 时，要求调节阀开度减小的控制信号因 反馈信号未相应改变也无法平衡 ，所 以会迅速全 关调节阀。如此反复，造成调节阀大幅窜动。但 如果调节阀开度原本很大，增加调节阀开度对负 荷影响不大时，因此而引起的调节阀窜动尽管明 显 ，但对机组工况影响并不大。 ’ 经过检查分析发现，调节阀本体振动很容易 引起 MOOG阀箱中控制接线松动及破损 ，原因 主要是原设计将调节阀的热工接线盒布置在调节 阀本体上 ，后来在每只调节阀处各增加一个小中 间端子箱 ，该端子箱通过焊接在大机顶盖上的角 钢 固定在调节阀的斜上方，基本消除了 MOoG 阀箱 中的控制接线随调节 阀本体一起动作 的问 题，效果不错。 另一个值得重视的问题是，安装时，汽轮机 控制系统的现场信号电缆连接采用冷压方式，时 间久了，接触面容易氧化 ，从而造成接线接触不 良。目前，检查并更换了现场所有调节阀的冷压 连接电缆。 位移传感器及安装的改进，不论高调阀还是 中调阀都有位移传感器安装的问题 ，只是高调阀 的问题更多一些。因为中调阔在启动后就处于全 开状态，而高调阀都处于调整状态 ，所 以反应位 移传感器损坏较多，其损坏形式主要是拉杆和线 圈内层间磨损 ，使线圈开路，或是拉杆被磨坏。分 维普资讯 http://www.cqvip.com ·48· 中 氮 肥 第 6期 析原因，一是机组本身振动较大 ，传到安装位移 传感器架子上，振动更大；二是安装时对中不准， 造成位移传感器拉杆和线圈单边摩擦 ；三是位移 传感器本身的原因。 2．2 位移传 感器的改进 (1)原航空插头对耐环境高温和抗振动效果 较差，故现在位移传感器的线圈由引出线直接引 出，并且套装了金属软管保护，引出线本身亦采 用耐高温的聚四氟乙烯导线，耐高温和抗振动效 果好 ； (2)对位移传感器内部结构也作了改进 ，增 加了线圈灌封，提高了抗振性； (3)拉杆头上增加聚四氟乙烯滑环 ，减少拉 杆与线圈内壁的摩擦 ，壳体端头也改金属盖为尼 龙盖 ，与外壳联接改为翻边，尼龙盖不易脱落，尼 龙盖与拉杆间的摩擦力减小。 (4)改进位移传感器的安装结构，增加了导 向杆，使位传感器拉杆不用接长杆，而直接接在 导向杆的“耳朵”上。拉杆相对来说受力减小，力 由导向杆承受 ，且拉杆与 “耳朵”容易对中。每 个位移传感器均可单独更换 。 公司 5 机位移传感器导向杆与操纵座拉臂 的连接采用万向接头 ，消除了因操纵座拉臂和导 向杆不在一个平面而产生的扭曲力 ，大大降低了 位移传感器的报废率。万 向接头间隙以不影响 DEH的控制精度为准。万向接头应该定期更换 ， 以免间隙过大而影响阀门的控制精度 。 3 高压调节阀结构分析及改进 在热工正常运行情况下，流量在 70 以上 时，油动机工作稳定 ，但负荷会发生 自行向上或 向下跳动，幅值为 1 MW 左右。如果在 DEH处投 入功率回路或投入 CCS协调控制，则会发生震 荡，控制不稳定。现场检查时发现，高压调节阀 杆有窜动现象。 从伺服控制回路来看，控制包括由计算机指 令至 VCC卡处的闭环控制 。 阀门伺服控制回路原理如图 4。 图 4 阀 门伺 服控 制回路 原理 图 如 果 DEH 的指 令 是稳 定 的，伺 服 阀与 LVDT无故障，则所控制 的油动机也是稳定的。 从历史数据 、实时数据 中可 以看到 DEH 的定 值、阀门输出指令及油动机反馈 (包括高选前的 LVDT1，LVDT2)均非常稳定，查实际现场油动 机也非常稳定，但功率会 自行上下波动。因CCS 投入 ，在现场可 以看到高压调节阀杆震荡的现 象。检查调节阀阀后压力发现 ，存在 1．0 MPa左 右的跳动，调速级压力也同步波动。 每个阀门安装时均通过阀杆与操纵座及油动 机相连 。如果油动机控制稳定 ，操纵座安装 紧 固，相应的阀门也应稳定，不会存在上述问题。 经过与主机厂和新华公司对现场的逐步深入研 究，认为可能是阀门的阀头在一定的参数及位置 下由于阀头总作用的方向发生变化，使阀头处于 不稳定状态，阀头在预启阀范围内跳动。一般跳 动点在阀门有效行程的 8O％左右。跳动点越低， 对负荷的影响越大。阀头跳动会引起阀后压力和 功率跳动。 经分析认为，减小预启 阀行程能改善和解决 此类问题。在5 机调节阀装配时，把预启阀行程 由 8 mm改为 4 mm。 4 结 论 5 机 (CC50—8．83／4．12／1．57)于 2004年 5 月 15日投运，在各种工况下，高压调节阀均运行 良好，没有出现窜动等不正常现象，证明 5 机高 压调节阀改造是成功的。 维普资讯 http://www.cqvip.com