汽轮机调节汽阀抖动原因分析及处理

汽轮机调节汽阀抖动原因分析及处理

乔一文

中国能源建设集团山西电力建设有限公司:山西省太原市，030000

摘要：我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。随着政策的调整，对火电机组能耗及环保要求越来越严格，为了进一步降低火电机组的能耗，研制出了设置补汽阀的高效超超临界汽轮机，即取消调节级的同时设置补汽阀，进一步缩小汽轮机的通流面积，提高机组经济性。阀门管理是DEH系统的一项重要功能，但实现该功能需要获得准确的汽轮机阀门特性，若DEH系统中预置曲线与实际阀门流量特性曲线存在差异，则会因准确性不足而影响方案设计和机组安全运行。本文就汽轮机调节汽阀抖动原因分析及处理展开探讨。

关键词：汽轮机；调节汽阀；抖动

引言

机组正常运行时，DEH系统通过控制高调阀的开度改变进入汽轮机的新蒸汽流量，从而控制汽轮发电机组功率。由于高调阀结构和新蒸汽参数等影响，通过高调阀的新蒸汽流量与高调阀的开度之间存在非线性关系。因此，汽轮机高调阀的流量特性会直接影响与机组功率控制密切相关的自动发电控制(AGC)和一次调频功能的控制调节品质。

1案例分析

某核电厂汽轮机调节系统通过进汽阀对机组进行功率、频率、压力和应力控制，并对机组的负荷和转速实施超速、超加速、负荷速降和蒸汽需求限制，使机组安全和经济地运行于各种工况，满足供电的频率和功率要求。机组在经过某次大修并网后，在200MW低功率平台运行时发现2号高压调节汽阀油动机活塞及定位器抖动明显，其他3台高压调节汽阀较为稳定。机组在640MW功率平台时发现功率波动，幅度达到6-7MW。电厂曾多次出现阀门开度抖动的情况，本文针对阀门开度抖动的原因和处理措施进行了分析。

2高调阀流量特性测试

蒸汽流量是汽轮机的能量来源，通过调节高调阀开度改变蒸汽流量调整汽轮机做功能力。高调阀是DEH系统的主要被控对象，属于快开型调节阀，其流量具有非线性特征。为了便于稳定控制机组，在DEH系统中，设置流量特性管理函数使汽轮机流量指令与实际进汽量具有线性关系。流量特性指被调介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系，是调节阀最重要的指标之一。调节阀的流量特性分为理想流量特性和工作流量特性。高调阀的流量特性函数管理通过高调阀的蒸汽流量与高调阀开度的关系。为了确定各高压调速汽阀的实际工作流量特性曲线，优化开启重叠度，使阀门管理函数与实际相符，开展汽轮机组高调阀流量特性测试，获得各高调阀及阀组工作流量特性数据。

3阀门开度抖动原因分析

根据汽轮机调节系统工作原理图，影响阀门开度抖动的因素可以归纳为以下三个方面：（1）上位机与下位机的控制信号波动包括SD蒸汽需求波动、阀门模块故障等。（2）阀门本体方面包括阀杆/反馈连杆/活塞部件卡涩、油路滤网堵塞、油质问题等。（3）定位器方面包括定位器本体、伺服阀、反馈机构（LVDT）等。

4定位器抖动应对措施

4.1阀梁高度增加

增加调节汽阀阀梁的高度，保证各阀碟螺栓低于阀梁，避免阀碟及其螺栓受到蒸汽流冲击产生旋转，从而避免蒸汽气流对阀碟螺栓造成冲刷磨损，而阀梁总成横梁两侧端部改为带锥度结构，对气流起一定的导向作用。

4.2定位器试验台复现抖动现象

定位器厂家最初在测试时使用的控制信号没有交流分量，将抖动定位器返厂检查试验性能无下降，各项参数均正常。模拟电厂实际情况按比例增加交流分量并通过改变温度和压力可以复现部分定位器抖动。通过试验发现定位器对温度和压力较为敏感。厂家定位器翻新程序要求油温为40℃，油压为14MPa。对比核电厂现场汽阀工作温度可达到48~52℃，油压为13.8MPa。部分定位器在40℃时特性稳定，当油温升至45℃时出现明显抖动。一些定位器在14MPa压力时稳定性良好，试验压力降低后出现明显抖动。各部件的配合度会影响定位器性能。拆下伺服阀进行单独检测，也发现在不同压力、温度条件下存在输出压力大幅波动的情况。不更换备件仅重新组装后输出压力大幅波动时对应的压力、温度也不相同。对所有液压部件进行更换后，伺服阀输出压力波动现象出现概率有明显下降，判断备件使用后因冲蚀、磨损、结垢等原因导致品质出现下降。输出压力无明显波动的伺服阀组装到定位器油缸上后，也有抖动复现的情况。伺服阀装配程序中要求伺服阀在额定供油压力下其挡板两侧喷嘴额定压力为2.2-2.6MPa。通过试验和分析发现，实际工作中由于系统压力变化和伺服阀部件特性变化，伺服阀实际供油压力不是额定值，运行中喷嘴压力随供油压力变化。由于配件制造差异，两侧喷嘴压力的线性区间不同，在某一供油压力下两侧喷嘴压力失去平衡即发生定位器抖动。通过调整喷嘴的压力，能使其在供油压力的变化范围内都处于线性区域，补偿配件差异影响和运行后状态的变化，提高定位器的工作效率和稳定性。试验结果表明喷嘴压力在1.5-1.8MPa时，可适应的供油压力范围广，动态稳定性好。伺服阀装配程序中要求通过打磨伺服阀阀芯坡口增加阀芯扰动提高定位器频率响应和阶跃响应能力。反之，减少打磨伺服阀阀芯坡口，降低阀芯扰动，可以降低定位器抖动。

4.3优化调整后的阀门流量特性验证

对DEH系统中阀门管理函数进行优化调整后，为了保证机组的安全稳定运行，采集机组正常运行调整的相关数据，验证优化调整后的高调阀阀组流量特性的线性度误差是否在2%以内。顺序阀运行模式下，重点观察机组在汽轮机第二、第三高调阀重叠处的实际运行情况，必要时进行调整，确保高调阀动作平稳、负荷调节无突变。

4.4阀碟结构优化

阀碟和阀碟螺栓设计成一体式结构，避免阀碟螺栓存在缩径造成应力集中；通过阀碟螺栓直径加大一档提升阀碟螺栓的强度；阀碟螺母和衬套在阀梁内部采用扁形螺母，防止阀碟在外力作用下旋转，避免阀碟因蒸汽流作用造成旋转、冲刷和磨损。

4.5定位器更换标准

为了及时发现异常避免定位器抖动影响机组功率稳定，电厂制定了定位器监视和更换标准。当阀门指令阀位减去实际阀位（POSITIOMTRIM）超过10%，或者两次带负荷试验后的偏差值变化量超过6%，需要加强关注。当POSITIOMTRIM超过12%，则进行阀门刻度，给阀门模块重新建立其所对应的阀门驱动电流与阀位的特性数据表。当POSITIOMTRIM超过16%，则更换定位器。跟踪满功率状态下机组功率波动量为3-5MW，当波动超过5MW时调节系统无法补偿定位器抖动带来的功率变化，需要对抖动定位器进行更换。

4.6增加气流导向

在不改变机组原设计参数和调节系统的前提下，更改速关阀局部结构并增加强度，在阀座汽流出口增加了分流筋，对汽流进行分流，降低蒸汽流对阀梁总成的直接冲击。

结语

定位器在固定开度时，伺服阀阀芯处于中间位置，定位器上下油缸进油量完全相等，实际工作中伺服阀阀芯在高频扰动时会左右摆动，造成定位器上下油缸反复进油，表现为定位器抖动。经过实践证明定位器抖动属于设备固有特性，无法彻底消除。通过减少伺服阀阀芯坡口打磨量降低扰流量，可以有效改善定位器抖动情况。

参考文献

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