汽轮机阀门全行程活动试验异常分析及优化

汽轮机阀门全行程活动试验异常分析及优化
文章以河源电厂600MW汽轮机为例，详细介绍了汽轮机主汽阀门全行程活动试验的试验条件和基本原理，并针对阀门试验过程中出现的EH油压大幅下跌的异常现象进行了详细地分析，提出合理的解决方法。

标签：全行程活动试验；优化；安全
引言
广东河源电厂汽轮机为哈汽生产的CLN600-25/600/600型超超临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、凝汽式汽轮机，每台机组配置有两高压主汽门（TV）、4个高压调门（GV）、2个中压主汽门（RSV）、4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（简称DEH），控制设备采用ABB北京贝利控制有限公司的Symphony系统。

1 试验条件
阀门全行程活动试验共分为四个组依次进行，TV和同侧的2个GV一个组（如TV2和GV2、GV3），RSV和同侧的IV一个组（RSV1和IV1、IV2，RSV2和IV3、IV4），每次只能对一个阀门组进行试验。

TV/GV阀门组活动试验须具备以下允许条件：（1）机组处于正常运行状况，带50%额定负荷。

（2）CCS模式退出，DEH投入功率控制回路。

（3）高调门处于单阀模式。

（4）高压主汽门和中压主汽门全开。

（5）阀门活动试验已完成，没有其它阀门试验进行。

（6）DEH投入功率控制回路。

（7）没有阀门校验进行。

为保证一侧GV全关后负荷仍能够稳定控制在300MW，要求在TV/GV阀门组活动试验过程中主汽压力稳定在18Mpa，此时锅炉处于BI或者BH运行模式均可。

RSV/IV阀门组活动试验可以在任何负荷下进行，除上述第一条外，其它要求与TV/GV阀门组完全相同。

2 试验原理
2.1 TV/GV活动试验
以TV2/GV2GV3阀门组活动试验为例，其主要控制逻辑见图1。

当所有允许条件具备时，操作员通过DEH画面选择TV2/GV2&GV3阀门组开始试验。

首先“TV2试验开始”为1，RS触发器（14）置位，使切换器T（12）保持试验前的“GV2单阀指令1”，同时RS触发器（6）置位，把试验前的“GV2单阀指
令1” 乘以负1后通过速率限制器（11）与之前保持的数值相加，其结果通过切换器T（15）形成最终的GV2单阀指令（GV2 SINGLE）信号。

由于速率限制器（11）的作用，GV2单阀指令由当前值以0.4%/s的速度递减到零，GV2就从当前开度逐渐关闭。

GV3的控制过程与GV2完全相同，当GV2和GV3开度均小于6%时，快关电磁阀动作，快速关闭GV2和GV3。

当GV2（GV3）开度小于2%或者全关机械行程开关动作后，“GV2 试验关”为1，并复位RS触发器（6）。

“GV2 试验关”和“GV3 试验关”信号均变为1后，开始进行TV2的活动试验，使“TV2试验进行中”，使TV2的阀位指令由2%/s的速率从100降到0，TV2逐渐关闭。

TV2 全关后，将复位“TV2试验开始”信号，该信号使TV2的阀位指令由2%/s的速率从0升至100，并复位“TV2试验进行中”信号。

当TV2完全打开后，“TV2 试验停止&打开”信号变1（见图1），RS触发器（7）置位，使GV2的关偏置以0.4%/s的速率由-100%变为0，使开度指令逐渐恢复到试验之前的开度指令。

当GV2的的开度指令完全恢复后，RS触发器（7）和RS触发器（14）复位，在模拟量切换器T（12）、T（15）共同作用下，“GV2单阀指令”切换回“GV2单阀指令1”，同时“GV2试验进行中”置0，表示TV2/GV2&GV3阀门组全行程活动试验完成。

2.2 RSV/IV活动试验
以RSV1/IV1&IV2为例，当所有允许条件具备时，操作员通过DEH画面选择RSV1/IV1&IV2阀门组开始试验，RSV1 TEST START =1，活动试验开始。

IV1（IV2）TEST IN PROG=1，通过切换器和RS触发器，使IV1（IV2）的阀门指令叠加-100%的关偏置信号，使IV1（IV2）以0.5%的速率逐渐关闭。

当IV1和IV2均全关后，发出RSV1 TEST CLOSE指令，使RSV1试验电磁阀带电，通过液压回路使RSV1关闭。

RSV1全关后，使RSV1/IV1&IV2活动试验指令复位，即RSV1 TEST START=0，该信号复位RSV1 TEST CLOSE信号，使中压主汽阀RSV1开启。

RSV1全开后，中压调节阀IV1和IV2的关偏置信号以0.5%的速率由-100%变为0，使IV1和IV2逐渐开启，当开度指令恢复到试验前的值时，复位IV1（IV2）TEST IN PROG信号，发出阀门活动试验完成信号。

3 异常分析及优化
3.1 TV/GV阀门活动试过程中EH油压大幅下跌
2011年3月22日#1机组进行TV2/GV2&GV3阀门组全行程活动试验，当GV2和GV3接近全关时，EH油压大幅下跌，由14.8MPa降到10.75MPa，EH 油母管压力低报警，同时备用EH油泵联锁启动，EH油压缓慢恢复正常。

机组运行过程中EH油压大幅下跌，严重影响机组安全。

经详细分析GV的调节系统结构和DEH的阀门试验逻辑后，发现试验逻辑中存在一定安全隐患。

在2.1中提到，TV2/GV2&GV3进行活动试验时，当GV2和GV3开度均小
于6%时，“GV2快关”信号=1（见图2），GV2和GV3快关电磁阀动作，通过液压回路快速关闭GV2和GV3。

GV2和GV3的快关电磁阀将一直带电，直到“TV2 全关”由0变1，RS触发器复位后使快关电磁阀失电。

在GV2和GV3的快关过程中，若系统一切正常，“GV2 试验关”和“GV3 试验关”信号将顺利由0变为1；但是在3月22日的试验中，由于某种原因致使GV2阀位反馈只能关到2.7%，同时机械行程开关也未动作，所以“GV2 试验关”的状态无法正确翻转，结果导致速率限制器（11）依旧处于激活状态，因此最终的“GV2单阀指令”未立即降到0，而是仍然以0.4%/S的速率从6%缓慢下降。

另外从GV调节系统的原理进行分析，当快关电磁阀动作后，GV的插装阀的OPC 油通过快关电磁阀回到有压回油DP1管路中（见图3），插装阀打开，GV2（GV3）油动机的油缸下部EH 油通过插装阀排往有压回油DP1管路。

由于此时GV2阀位反馈仍然等于2.7%，而“GV2单阀指令”受速率限制器的影响大于2.7%，阀门伺服卡送出指令控制伺服阀进行开阀门调节过程，EH油进口与油缸下部接通，由于此时插装阀仍然处于打开状态，这样EH油就通过GV2的伺服阀和插装阀直接排到有压回油管路中，结果导致EH母管油压大幅下降。

此次阀门活动试验中出现的故障现象，对机组安全造成极大影响。

若备用EH油泵联锁启动故障或备用泵处于检修状态，极有可能因EH油压过低造成机组停机事故。

为避免类似故障继续发生，需要对阀门活动试验逻辑进行修改，以保障机组安全。

逻辑优化方案如图4所示，对“GV2 试验关”信号的产生条件进行修改。

除了修改原有的GV2 阀位判断条件外，增加快关电磁阀的动作指令，两条件相“或”后形成最终的“GV2 试验关”信号。

这样修改能确保快关电磁阀动作后，及时复位RS触发器（6）并使速率限制器（11）失效，把GV2最终单阀指令迅速降为0。

这样即使活动试验中出现GV2阀门关不到3%的位置，伺服阀也能立即处于关阀门控制过程，伺服阀的进油口关闭，回油口打开，彻底避免TV/GV阀门活动试验过程中，EH油通过伺服阀直接排到有压回油管路的危险状况。

其它所有GV的相关逻辑也进行了同样的修改。

此次逻辑修改完成后，TV/GV阀门活动试验中快关电磁阀动作时，EH油压波动较小，不会影响机组安全运行。

3.2 阀门活动试验完成时机组负荷跳变
由GV试验逻辑分析得知，GV活动试验开始后，切换器T（12）保持试验前的“GV2单阀指令1”，试验结束后，切换器T（12）和T（15）切换为当前的“GV2单阀指令1”值，在TV/GV活动试验期间，由于汽轮机在单阀方式下全开全关单侧高调门，对锅炉侧造成一定的扰动，导致主汽压力变化。

在DEH投入功率回路的情况下，试验中的阀位参考值REFERENCE可能有较大差别，从而每个高调门的单阀指令和试验前的值相比有较大变化，变化量有时可能超过3%，造成机组负荷跳变，严重时负荷跳变可达15MW以上。

针对以上现象，可以对GV活动试验逻辑进行简单优化即可实现试验前后的“GV2单阀指令”平稳切换，增加的逻辑见图1，当“GV2单阀指令”完全恢复到T （12）保持的试验前“GV2单阀指令1”后，通过脉冲块（19）产生10S的脉冲，
速率限制块（20）在10S内限制“GV2单阀指令”的变化速率为0.2%/s，脉冲宽度和变化速率可调。

这样通过两个功能块，就能在阀门活动试验结束时使“GV2单阀指令”基本实现无扰切换，减少试验对机组负荷的扰动。

4 结束语
通过对汽轮机主汽阀门全行程活动试验逻辑的优化改进，彻底解决了阀门试验过程中EH油压大幅下跌的安全隐患，保证了阀门活动试验过程中机组的安全稳定运行，也可为同型机组解决类似故障时提供一定的参考。

此外，机组在TV/GV活动试验过程中，功控回路响应速率和GV关闭速率不匹配，造成机组负荷有较大波动，因此还需对试验逻辑进一步优化，以保证阀门活动试验安全稳定进行。

参考文献
[1]降爱琴，郝秀芳.数字电液调节与旁路控制系统[M].
作者简介：黄华煜（1972-），男，湖北，本科，工程师，广东河源电厂热控工程师。