1000MW机组德国KSB高加液动三通阀故障案例分析

1000MW机组德国KSB高加液动三通阀故障
案例分析
Case analysis of failure of Germany KSB high pressure heater hydraulic three－way valve of
1000MW unit in power plant
石磊，刘跃东
（国电泰州发电有限公司，江苏泰州225300）
摘要：高加液动三通阀较其他执行机构型式三通阀具有同步性高、响应时间短、可靠性高等优点，在1000MW机组的电厂普遍应用。

通过介绍1000MW机组德国KSB高加液动三通阀的工作原理，结合电厂实际发生的KSB高加三通阀故障的典型案例进行分析，提出预控防范措施，为同类型机组德国KSB高加三通阀安全稳定运行提供了参考和借鉴。

关键词：液动；三通阀；故障；分析
Abstract：Compared with other actuator type three－way valves，the high pressure heater hydraulic three－way valve has the advantages of high synchronization，short response time and high reliability，and is widely used in 1000MW unit power plants．This paper introduces the working principle of Germany KSB high pressure heater hydraulic three－way valve of1000MW unit power plant，and analyzes the typical case of KSB high pressure heater hydraulic three－way valve failure in power plant，and proposes the precautionary measures，and pro-vides reference for the safe and stable operation of Germany KSB high pressure heater three－way valve of the same type unit power plant．
Key words：hydraulic；three－way valve；failure；analysis
中图分类号：TM621文献标识码：B文章编号：1674－8069（2019）01－057－03
0引言
鉴于高加在电厂辅机设备中的重要地位，为保证电厂安全可靠运行，高加快速解列非常关键，实现这一功能则完全依赖于高加三通阀。

高加三通阀的执行机构一般分为电动、液动（外配液压执行机构）、电液联动、以及由KSB、CCI等少数公司发展的液动（无需外配液压执行机构）等形式。

其中，电动操作时间很长（超过30s），不利于电厂安全运行；电液联动与外配液压执行机构都需要蓄能器、齿轮泵等辅助机构且制动性能不能得到保证，极易损坏阀座。

因此，利用系统自身高压给水作为动力的高加液动三通阀（无需外配液压执行机构）成为目前最佳的设计方案，目前也被1000MW机组电厂广泛使用，该型式三通阀从正常运行切换到旁路运行速度非常快，时间不超过5s，切换时间短的特点是液动三通阀普遍被采用的主要原因［1－5］。

本文详细阐述了1000MW机组德国KSB高加液动三通阀（无需外配液压执行机构）的工作原理，分析数起典型事故案例发生的具体原因，并提出预控措施。

1工作原理
高加液动三通阀是采用给水作为动力源，液动执行机构整合在阀门内部，无需外配液压执行机构，采用双三通阀型式，即高加入口三通阀、高加出口三通阀。

KSB高加入口三通阀是L/Z型三通阀，它既可使来自给水泵的给水进入加热器（正常运行工况），也可让给水绕过加热器（旁路运行工况）。

而KSB高加出口三通阀是T型三通阀，它同样可使来自给水泵的给水从阀门通过（正常运行工况），或被阻断（旁路运行工况）。

1．1高加入口三通阀工作原理
高加入口三通阀液动执行机构在阀门内部（见图1），上下腔室被活塞隔开，并分别与系统介质相通，上腔室外接“开启控制阀”，下腔室外接“关闭控制阀”。

正常运行时，“开启控制阀”与“关闭控制阀”关闭，上下腔室压力达到平衡，但因阀塞上下受
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力面积差异，故阀塞自动向上移动，高加主路连通，旁路关闭，给水呈L型流程。

如果高加出现事故状态，通过开启“关闭控制阀”，使三通阀液压缸下腔室泄压，同时液压缸上腔充液加压，阀塞在上下压差的推动下会向下运动，从而关闭高加主路，同时接通旁路，给水经Z形流程进入旁路，完成高加解列；当三通阀关闭到位后，液压缸上腔继续保持压力，确保安全可靠。

高加故障消除后，恢复高加主路系统，先打开高加注水阀向高加系统注水，然后打开“开启控制阀”，关闭“关闭控制阀”，高加入口三通阀门在高压水的推动下自动快速打开。

实际操作中，即使不打开“开启控制阀”，由于上下腔室压力平衡，三通阀阀塞在上下压差的推动下也能自动缓慢打开。

由此可见，是否打开“开启控制阀”，唯一区别就是高加三通阀开启速率不同，即恢复高加主路时间不同。

1．2高加出口三通阀工作原理
高加出口三通阀与高加入口三通阀液压缸结构类似（见图2），区别是上腔室未连接“开启控制阀”。

当高加解列，下腔室泄压，高加出口三通阀阀塞在压差作用下向下运动，关闭高加主路，给水经旁路进入锅炉。

当恢复系统，关闭“关闭控制阀”，上下腔室压力平衡，高加出口三通阀阀塞在上下压差作用下会自动打开，给水呈“T”型流程。

1．3高加三通阀系统原理
高加三通阀系统原理比较简单（见图3），高加入口和出口三通阀通过控制“关闭控制阀”来实现高加主路与旁路间切换。

因此，“关闭控制阀”至关重要，其运行可靠性直接关系到高加三通阀的状态，进而影响高加的正常投运。

通过本文介绍的高加入口三通阀工作原理可知，“开启控制阀”仅影响旁路切换为高加主路的时间，由于该步骤对时间要求不是特别严格，因此切换主路时是否打开“开启控制阀”根据实际情况而定。

1．4手轮
高加三通阀手轮是通过销子和阀门阀杆连接，高加投运前，应把销子拔掉，把手轮完全打开，确保正常运行时手轮阀杆不影响阀门阀杆的自由升降。

高加正常运行期间，手轮不需要操作。

手轮仅供检修时使用，例如高加解列后，三通阀阀杆已下移，此时利用三通阀手轮阀杆压紧阀门阀杆，防止高加检修期间由于误操作导致三通阀突然开启，造成人身伤害。

图1高加入口三通阀
图2
高加出口三通阀
图3高加三通阀系统
另外，手轮另一用途是在检修时没有动力源的情况下，插入销子，开关三通阀使用。

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2案例分析
2．1高加三通阀切换时间较长
某电厂基建机组调试期间，发现高加三通阀由高加主路切换至旁路时间较长，约15s左右，而根据高加满水要求应不超过30s，基于安全角度，技术协议要求该切换时间不超过5s。

经现场检查，阀门并无卡涩现象。

由于高加三通阀切换通过“关闭控制阀”来实现，进一步检查发现“关闭控制阀”气动执行机构未安装快速泄压阀，因此该阀打开迟缓直接影响了高加三通阀的切换时间。

最终在汽源管路上增加快速泄压阀，实现切换时间控制在5s内。

2．2高加出口三通阀出口温度偏低
由于某电厂3号机组2、4号蒸汽冷却器出口给水温度不同，A侧高加出口三通阀前后温差正常情况应为1 2ħ，但3号机组检修启动后发现A侧高加出口三通阀后温度异常，比阀前温度低了近9ħ，现场检查发现A侧高加入口三通阀就地手轮未全开到位，由此推断检修期间手轮被向下关过，且高加投运前未将手轮全开到位，高加入口三通阀因上部手轮阀杆阻挡，未能完全打开，部分给水从高加旁路通过，最终导致高加出口三通阀后温度降低。

原因查明后，由于运行中高压给水压力始终作用在手轮阀杆上，导致手轮无法操作。

因此，机组负荷降至550MW时，隔离A侧高加，阀门阀杆下移脱离手轮阀杆后，将手轮阀杆开至最上方。

上述步骤完成后，再将高加旁路切回主路，此时高加出口三通阀后温度恢复正常。

这是一起就地手轮未全开导致给水温度偏低的典型案例。

值得注意的是，手轮未全开的后果不仅仅是三通阀出口给水温度偏低，更严重的会将手轮阀杆顶弯而造成阀门开关卡涩，无法在线处理，必须停机解体高加三通阀更换阀杆，造成严重的设备损坏。

2．3高加三通阀切换引起机组跳闸事故
某电厂高加检修后旁路恢复为主路的过程中，机组突然跳闸。

原因分析后发现这是一起典型的误操作引起的事故。

高加旁路切换为主路的步骤应是首先通过注水阀对高加系统进行注水升压，然后关闭“关闭控制阀”。

但该电厂运行人员错将“开启控制阀”开启，导致高加入口三通阀开启，高加主路连通，旁路关闭。

但此时由于“关闭控制阀”仍为开启状态，高加出口三通阀仍保持关闭状态，即高加主路不通，旁路连通。

由此导致给水主路、旁路都不通水，省煤器突然断水，锅炉MFT。

这种误操作风险大多存在于“开启控制阀”与“关闭控制阀”都设计成气动阀，并远方控制其开关的电厂。

目前很多电厂“开启控制阀”都是手动阀，远方只能操作“关闭控制阀”，这种误操作的风险大大降低。

3结语
德国KSB高加液动三通阀现场常见故障主要来源于“关闭控制阀”，高加三通阀本体故障率很低。

为安全正确使用高加三通阀，通过本文案例的原因分析，提出如下防范措施，供同类型机组电厂借鉴：
（1）机组启动前务必检查高加三通阀就地手轮位置，必须将连接手轮与阀门阀杆的销子拔出，并将手轮阀杆全开至最上方，确保高加投运后，手轮阀杆不影响三通阀阀杆开启。

（2）高加主路切至旁路时间长，检查关闭控制阀是否安装快速泄压阀或快速泄压阀是否故障，这主要发生在新阀调试阶段。

（3）注意防止误操作，分清“关闭控制阀”与“开启控制阀”的作用，熟悉三通阀动作原理，避免操作失误引起机组跳闸事故。

（4）在线隔离单侧高加检修时，通过三通阀手轮阀杆压紧阀门阀杆，防止检修期间误操作导致三通阀突然开启而造成人身伤害。

参考文献：
［1］华东六省一市电机工程（电力）学会．汽轮机设备及其系统［Z］．北京：中国电力出版社，2006：151．
［2］付国斌．高加旁路三通阀气动控制回路的改进［J］．电力建设，2001，22（6）：43－44．
［3］BTG（GGI）高加三通阀检修说明书．［EB/OL］．http：//WenFu．baidu．com/view/f50ef927ddcda38376baf70．html，2014－04－17．［4］安贵成．660MW间接空冷机组循环水泵配置方案探讨［J］．电力科技与环保，2016，32（3）：55－57．
［5］顾崇廉，房之栋，唐伦宗，等．太阳宫电厂燃机进气系统过滤器失效分析研究［J］．电力科技与环保，2017．33（1）：61－62．
收稿日期：2018-07-12；修回日期：2018-08-05
作者简介：石磊（1982-），男，江苏靖江人，工程师，硕士，从事火力发电厂汽机检修工作。

E－mail：sunjsjj@163．com
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2019年石磊等：1000MW机组德国KSB高加液动三通阀故障案例分析第1期。