阀门位置反馈信号故障对汽轮机运行的影响

阀门位置反馈信号故障对汽轮机运行的影响

上海电力学院(上海　200090) 钱　虹Influence of A Fault Feedback Signal in Invalve

Position on Steam Turbine Operation

Qian H ong

Shang hai Electric Pow er Institute

Shanghai 200090

关键词　阀门位置反馈信号　故障　高压转子应力　中压转子应力　转速　功率

摘　要　就汽轮机执行机构的阀门位置反馈信号发生故障对汽机运行的影响进行了详细分析,为运行人员及早发现故障,进行故障定位提供依据,同时供执行机构可靠性设计作参考。

汽轮机各阶段的运行指标(转速或功率)是通过对各阀门开度的调节来实现的。与一般电动式阀门执行机构不同的是,汽机阀门执行机构是一种液压式的执行机构,其原理如图1所示。其中阀位反馈信号是通过阀门位置传感器LVDT 来测取的,LVDT 是安装在现场的线性位移差动变送器,根据LVDT 结构及反馈信号最可能发生的故障归为阀位反馈信号极大故障和阀位反馈信号极小故障。

图1　液压执行机构原理

一旦阀位反馈信号故障,M VP 卡就无法给予伺服阀一准确偏差信号 e ,油动机不能跟踪阀位控制信号去带动阀门,严重的将影响汽轮机本体设备及汽轮机的正常运行。

现对动态调节中,各阀门阀位反馈信号在汽轮机冷态启动阶段、并网发电阶段及参与负荷调节阶段出现故障时的特点和影响作详细的分析。

1　一个中压调节阀的位置反馈信号故障

对汽机各运行阶段的影响

汽机冷态启动,中压调节阀在整个汽机运行阶段应处于全开位置。在汽机挂闸时有一以一定

速率全开阀门的偏置信号作为阀位控制信号,当阀门达到最大开度后,将保持最大开度不变,如图2所示。如果有一个IV 阀位反馈信号在t a 之前,即阀门开启的动态过程中发生故障,它将影响汽轮机整个阶段的运行,具体分析如下。

1.1　IV 阀位反馈信号极小故障

若在t b 时刻反馈信号极小,跟踪控制量的阀位反馈信号趋于零, e 等于控制量,从图3可以看出,此时的 e 大于阀位反馈信号正常跟踪时的偏差,实际IV 阀门将以此预定快的速度打开,进汽量改变超出预定值范围,严重情况下中压转子应力变化超出应有的极限,AT C 方式下,控制系统进行保持,调节作用停止,OA 方式下,会发出AT C 报警,若不及时处理,将对汽机本体造成威胁。

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1999年第1期

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图2　IV

阀位反馈信号曲线

图3　IV 阀位反馈信号极小故障曲线

1.2　IV 阀位反馈信号极大故障

如图4所示,在t c 时刻阀位反馈信号极大, e 为一负值,此信号将关小阀门,直到控制量最大时才停止关闭,故障发生的时间t c 越小,阀门关闭就越多。最终阀门关小至某一开度不变,极限情况全关阀门,进入中压缸作功的蒸汽流量仅为全开时的一半或一半以上。但是汽机整个运行过程调节对象动态特性的建立是以IV 全开为前提的,那么这种故障将直接引起各运行阶段调节延时,调节品质指标变差。另外,由于存在一个IV 全关的可能性,当调节级压力大于额定值的40%时,将投入高压旁路,虽然不会导致事故的发生,

但影响汽机正常的经济运行。

图4　IV 阀位反馈信号极大故障曲线

2　一个高压主汽门的位置反馈信号故障对汽机各运行阶段的影响

冷态启动高压主汽门应将汽机转速从盘车转速调整到2900r /min,此时高压主汽门已基本开启,进行T V -GV 的阀切换,若在阀切换前发生了事故,可作如下分析。

2.1　TV 阀位反馈信号极小故障

由于故障而误动作的阀门以比预定快的速度打开,控制量仅对正常动作阀门有效,终能通过调节达到目标转速。但在此过程中因进汽量改变超过预定值而影响高压转子应力;另外,由于与正常动作阀的开度不一致,使进汽量不平衡的因素也会对高压转子造成威胁。故障发生得越早影响就

越大,严重时,ATC 会报警,或进行ATC 保持。2.2　TV 阀位反馈信号极大故障

误动作阀门处于关闭状态,调节系统的作用使正常阀门打开得比预定要快要多,这种一开一关的进汽方式,使汽机两侧进汽量不平衡;对高压转子应力变化造成影响,很有可能发出AT C 报警或保持。另外由于误动作阀门的关阀,即使正常动作的阀门全开,调节系统也无法将转速上升到最终的给定值,

即TV -GV 切换转速。AT C 方式下,AT C 程序无法置阀切换标态;OA 方式下,操作人员也因未来到阀切换转速而不执行阀切换操作,最终使转速保持在阀切换转速前的某一点,而无进一步转速上升调节。在TV-GV 阀切换后,T V 应以一定速率全开,若此时存在TV 阀位反馈信号的故障,分析方法与中压阀位反馈信号故障时相同。当阀位反馈信号极小时,它会影响高压转子应力变化;当阀位反馈信号极大时,它会影响高压调节阀调节阶段的动态特性,使调节品质下降。

3　一个高压调节阀门的位置反馈信号故障对汽机各运行阶段的影响

TV 阀控制期间,GV 阀应全开,汽机挂闸时,它应以一定速率开启。若此时发生故障,它的分析方法与IV 故障的分析相同。当GV 阀位反馈信号极大时,它将影响高压主汽门调节阶段的动态特性,使调节滞后,调节品质下降。当GV 阀位反馈信号极小时,它会影响高压转子热应力变化,严重情况会发出AT C 报警或ATC 保持。

TV -GV 切换后,GV 阀将转速进一步调整到并网转速,油开关闭合,汽机带上5%的初始负荷后仍由GV 调节,将负荷上升至额定负荷。由于这个阶段GV 属于单阀调节,所以无论是高压调节阀中的任何一个发生极大或极小的阀位反馈信号故障,不影响调节系统达到最终的给定值(并网转速或额定负荷)。但是在调节过程中,会出现进汽量改变过大或进汽量不平衡,使高压转子应力超出它能承受的范围,OA 方式下会出现AT C 报

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