汽輪機數字電液控制系統伺服閥異常動作原因分析

　　摘要：河南省某電廠1臺300MW機組2008年1月3日至3月13日伺服閥異常動作引起高、中壓調節閥運行中頻繁出現無指令突然自行關閉和自行開啟現象，至2008年7月異常動作多達48次，嚴重影響機組的安全運行。
　　
　　一、伺服閥異常動作的影響因素
　　
　　該機組伺服閥異常動作的主要特點：每次異常動作時均未有控制系統指令，異常動作均為突然快速關閉或者緩慢關閉，異常動作后自行恢復正常，并且恢復開啟閥門時動作均較快；EH油壓穩定或波動時均出現過異常動作，閥門關閉和開啟曲線連續、平滑，無局部遲緩增大、停頓現象。將部分更換下的伺服閥返廠檢查維修，無發生腐蝕、損壞。將該機組更換下的伺服閥安裝在其它機組DEH中使用，無異常。
　　
　　為了查找原因，尋求對策，對可能影響伺服閥異常動作的因素進行了全面分析。
　　
　　1.1電磁干擾
　　
　　如果是電磁干擾的問題，其癥狀應該是多個伺服閥一起動作，且動作頻率很快，方向不確定。同時，電廠對接地狀況進行檢查后確認正常。因此，可以排除電磁干擾因素。
　　
　　1.2電磁閥直流電源供電
　　
　　該機組調節閥電磁閥正常運行為帶電狀態，由電氣供給110V直流電源，母線上有總開關（保險），每個電磁閥上有分開關（保險），當電磁閥失電時，調節閥關閉。
　　
　　該機組異常動作時每次只1個閥門動作，因此可以排除總電源、總開關出現問題的可能；由于機組異常動作時有時較快（2～3s）、有時較慢（40s～7min），而電磁閥瞬間失電時相當于保護動作，閥門關閉速度應該很快（<0.45），所以電磁閥瞬間失電的可能性也很小。同時，電廠對總開關（保險）、分開關（保險）進行檢查后確認正常。因此，故障非直流供電所引起。
　　
　　1.3EH油壓波動
　　
　　從機組DCS記錄的數據可看出，在機組正常運行負荷穩定不變、各閥門無動作、EH油系統沒有瞬間大量供油時，EH油壓有時穩定，有時波動頻繁，zui大波動范圍是10.6～13.2MPa,EH油壓穩定和波動時均出現過伺服閥異常動作，故油壓波動與異常動作無直接相關性。
　　
　　1.4抗燃油油質
　　
　　（1）泡沫特性當抗燃油泡沫特性超標時，油中可出現較多泡沫，影響油壓的穩定，引起油壓波動而導致調節系統擺動，擺動的特點是持續不間斷。該機組閥門異常動作時均為單個閥門異常關閉和開啟，未出現擺動現象，故可排除因抗燃油泡沫特性超標引起閥門異常動作。經查證，該機組的抗燃油泡沫特性未超標。
　　
　　（2）電阻率和酸值該機組抗燃油酸值和電阻率超標，水分含量較高，說明油品受到污染，油質劣化（表1）。油質劣化會導致油泥增多，引起顆粒物超標。　　
　　（3）顆粒度顆粒物是液壓系統中危害zui大的污染物，它不僅加速液壓元件的磨損，而且會堵塞元件的間隙和孔口，使控制元件動作失靈從而引起系統故障，甚至被迫停機。據統計，由固體污染物引起的液壓系統故障占總污染故障的60％～70％。抗燃油中的顆粒尤其是大顆粒會引起伺服閥供油管路堵塞，導致油壓不穩，引起伺服閥異常動作，其特點是無規律，不連續。油中的顆粒物可來自外界灰塵的污染，也可來自系統的腐蝕產物或油質劣化形成的油泥。伺服閥異常動作和抗燃油顆粒度相關關系見表2。　　
　　由表2可見，2008年1～6月抗燃油顆粒度檢測結果均不合格，zui別達到Ⅱ級（NAS1638，下同）,相應伺服閥在此期間的異動頻率也較高。因該廠機組較多，外接濾油機數量有限，日常濾油方式為抗燃油系統旁路再生裝置投入運行，外接濾油機不定期接入系統進行濾油，7月該電廠采取加強外接濾油機濾油，顆粒度檢測結果好轉，7月2日、8日和21日檢測結果為8級、6級和5級，而伺服閥在此期間的異動頻次也大大下降。7月底，通過對油系統的清理以及進行濾油和再生處理，8月6日和14日分別檢測顆粒度均為2級，而伺服閥在此期間無異動發生。跟蹤9～11月伺服閥異動情況，月均為1次。因此，伺服閥的異動頻次與抗燃油顆粒度級別存在顯著相關性。
　　
　　根據以上分析認為，抗燃油顆粒度超標是引起伺服閥異常動作的直接原因。
　　
　　二、顆粒物來源及其影響
　　
　　2008年4月對該機組抗燃油系統檢修中發現，在線旁路再生凈化裝置的布袋式硅藻土再生濾料滲漏，4月7日～4月16日停運該機組抗燃油再生裝置，將濾芯更換為另一型式的硅藻土濾芯。2008年7月23日對該機組抗燃油系統進行檢修，發現油液面漂浮絮狀油泥，油箱內壁有較多淡黃色凝膠狀油泥沉積，油泥厚度約5mm。對油泥取樣分析，檢測結果見表3和表4。　　
　　普通硅藻土過濾器中的硅藻土是用陶土鍛燒而成，其組分和有效成分各異且不穩定，同時含有大量的游離金屬離子。該機組抗燃油布袋式硅藻土濾料曾發生滲漏，根據試驗結果可以判斷油泥中A1、Ca、Si主要來源于硅藻土濾料。油中水分含量較高，油的酸值不合格以及金屬離子的存在加速了抗燃油的分解。抗燃油中的雜質與抗燃油發生化學反應生成劣化產物，分散的小顆粒硅藻土和油劣化產物及其二者的結合物附著在控制系統油箱、管道或過濾保護器濾網內壁即形成油泥。
　　
　　經分析，該機組閥門異常動作時閥門關閉和開啟曲線連續、平滑，無局部遲緩增大、停頓現象，說明伺服閥無明顯機械卡澀；在無指令自行關閉后，未經任何處理，閥門會自行開啟且開啟速度較快，說明伺服閥濾網無明顯堵死現象。該機組EH油中小顆粒物數目長期持續超標，小顆粒物不會直接導致伺服閥異常動作，若油泥（小顆粒物）粘附、聚集在伺服閥內部保護濾器上或細小的油管內壁時，油的通流量減小，會使油路短時因*堵塞而斷油，故伺服閥動作，調節閥關閉。油泥為凝膠狀，一般不會把伺服閥油路堵死，在泵壓的作用下，粘附在伺服閥內部保護濾器上的油泥很可能被沖走，油路恢復通暢后伺服閥動作，調節閥又開啟。
　　
　　利用停機檢修機會，將抗燃油移出油箱進行外接濾油機濾油，對主油箱進行全面清理并對油管路進行沖洗，機組起動后采取連續濾油等措施，使抗燃油的顆粒度、酸值、電阻率等指標達到合格。排除導致伺服閥異常動作的因素后，伺服閥異常動作引起的機組負荷擺動頻次大大降低直至消失。
　　
　　三、結論和建議
　　
　　抗燃油顆粒度超標是引起伺服閥異常動作的直接原因，顆粒污染物主要來源于小粒徑硅藻土濾料的漏出和油劣化產物及其二者的結合物。為減少或避免DEH因油質原因引起的故障，要進一步完善抗燃油濾油設備的運行管理規定，做好濾油設備運行和維護；盡可能投入外接濾油設備進行連續去顆粒物濾油，并監督旅游設備的效果，及時更換濾芯；使用的旁路再生裝置應具備降低酸值、提高電阻率、減少沉淀物和顆粒污染以及吸收水分等功能，以延緩抗燃油的老化速度；在遇機組停機檢修時，應盡可能對抗燃油系統進行*清理和沖洗。