320MW机组汽轮机调门伺服阀动作响应迟滞分析

320MW机组汽轮机调门伺服阀动作响应迟滞分析

朱介文

关键词：DEH；伺服阀；S值；历史趋势；自动控制原理

数字电液伺服阀接收DEH系统发送的指令信号，通过改变输出油口的遮盖面积调整进入调门油缸的进油量克服弹簧力从而改变调门的行程达到控制汽轮机负荷的目的。电液伺服阀的主要优点为：输入信号功率很小、功率放大系数高、直线性好、灵敏度度高、动作响应速度快、控制精度高广泛应用于汽轮机调节系统、飞行控制系统等及各类需要动作快速且精度高的液压闭环设备中。但是电液伺服阀对工作介质EH油的油质要求非常高，若油质不达标极易堵塞伺服阀导致调节不畅影响汽轮机的安全稳定运行。320MW机组在运行期间多次发生由于异物导致伺服阀堵塞的情况。

1、电液伺服阀调节原理

1.1、VCC卡工作原理

VCC卡上CPU部分完成阀门控制指令运算输出的工作。自动状态下，VCC卡根据DPU的指令输出A值，由放大环节和功放部分完成A值与反馈P值的比较，并最终输出-40mA～+40mA电流信号。手动状态下，VCC卡内部的指令处于手动跟踪状态，此时通过VCC卡外部手动增减开关量控制。同时VCC卡将卡件上的5点模拟量信号P1、P2、P值、A值、S值（功放输出点电位）采样进来，作为计算机实时监测用。

1.2、电液伺服阀工作原理

我厂的电液伺服阀采用MOOG公司的76系列是属于喷嘴挡板式力反馈二级放大电液伺服阀。

如图1.2所示，在正常情况下MOOG阀的挡板（黄色）在力矩马达的控制下处于中间位置，即两个喷嘴（红色）到档板的距离相等，喷嘴在档板上的喷油面积相等，使得两个喷嘴处的压力相同，其后的两个油腔（绿色）内的压力也相同，保证滑阀（蓝色）处于中间位置，截断压力油P（EH油）通过A、B口进入阀门油动机的上下腔室中，现场阀门保持在某一位置。

如果控制系统有开关调门的需求时，即VCC卡输出电流信号S到伺服阀线包，使力矩马达偏转，牵引挡板向一方动作，造成两个喷嘴到档板的距离变化，使得两个喷嘴处的压力不同，从而影响两油腔的背压不平衡，推动滑阀向某一方向移动，打开P、A、T、B的相应端口，使压力油进入油动机的下腔室或泄油。当现场位置反馈与控制系统要求的开阀信号偏差为零后，加到伺服阀上的要求开阀电压即为零，在档板上的弹簧管的弹性作用下，使滑阀向中间移动，最终滑阀停留在中间的位置，两个油腔（绿色）内的压力也相同，重新建立动态平衡，截断油路，调门停留在某一位置，完成一次位置变化。所以说电液伺服阀的属于典型的负反馈自动控制。

1.3、汽轮机负荷控制原理

如图1.3所示结合VCC卡工作原理和电液伺服阀的工作原理可以可以看出：DEH采集汽轮机的冲动级压力信号和功率信号在DPU内进行PID运算形成指令值输入至VCC卡。VCC卡内的将指令A值与现场调门的反馈高选进行负反馈运算最终形成通过VCC卡内的功放输出电流信号至现场使电液伺服阀动作从而使调门动作，改变节流面积使汽轮机做功发生变化

电液伺服阀作为运行期间调门控制的关键设备，由于其不能冗余且重要程度相当高，其性能好坏直接影响机组经济效益。虽说我厂的伺服阀每2个循环进行一次返厂清洗并进行性能检测，但事实上汽轮机在检修过程中存在电液伺服阀被污染的风险，由于伺服阀对油质的要求为微米级别，而电液伺服阀滑阀、喷嘴-挡板之间的组合间隙均为微米级别；并且由于EH油正常运行期间的流量非常小EH油泵的出口流量只是用以抵消内泄漏流量，内部的EH油相对流量不大不能够将内部被污染的油或者粘度不合格的EH油回油至EH邮箱从而有导致滤油不充分的可能性存在，结合以上情况极易导致电液伺服阀卡涩故造成其控制性能下降。2、电液伺服阀动作响应迟滞现象描述

2.1、C15运行期间2#、3#调门与1#、4#动作不一致现象

2013年6月28日9：57分机组降功率328MW--＞327MW，2#调门开度迅速从46%左右关至44%左右，1#、3#、4#调门开度略有增加，较长时间保持2%左右开度差，经过一段时间震荡调整，4个调门开度趋于一致。查看历史数据每次需要进行功率调整期间2#、3#调门开度调整幅度明显大于其他2个调门。表面上看2#、3#调门的能够满足在功率调整期间的动作要求，但其动态响应性能已经非常差；遇到突然的负荷请求变化时会导致其无法做出正确的响应。最严重的为电液伺服阀在频繁的大电流下会烧坏线圈，导致电液伺服阀输入电流为0；在其内部机械负偏执的作用下调门将关到底严重影响机组经济性及安全性，由于机组此时处于高功率运行，一只调门的关闭将造成负荷瞬态将远大于10%FL，造成蒸发器水位调节、反应堆功率调节系统异常，严重时有停堆停机风险。

3、电液伺服阀故障处理

电液伺服阀故障时只能够通过更换新的备件形式进行，但是为了保证机组的经济性和安全性基本上都是在汽轮机全行程试验期间前的降功率窗口进行，但必须要遵循以下几点：

(1)、降功率到220MW以下，手动强制故障调门缓慢关闭，并观察S值变化。现场手动关闭伺服阀进油阀，开启卸油阀，之后断开伺服阀信号线，更换伺服阀。

（2）、缺陷伺服阀更换完毕后，恢复伺服阀信号线，现场手动关闭伺服阀卸油阀，开启进油阀。手动缓慢强制调门开启，使阀门恢复正常，观察S值变化。

（3）、由于每个电液伺服阀的机械偏执不同故实际对应的零位也不同，更换完成需要进行VCC卡的零位与满位调整。

更换过后该缺陷消除，DEH控制系统恢复正常。

4、总结及建议

此类关于电液伺服阀故障的情况在秦山320MW机组上已经不是第一次发生，查看CEAS内的记录关于电液伺服阀的故障不下4次，通过分析比较每一次的故障模式，基本上有一个共同点即是电液伺服阀在正常运行期间由于EH油被污染或者EH油粘度不在正常范围内导致电液伺服阀内部装配精密的滑阀、挡板-喷嘴或者滤网处堵塞造成电液伺服阀动作不畅，本文根据我厂以往的此类缺陷进行综合比较并且通过本次的故障处理得出在处理此类故障时可以通过比对S值的变化幅度范围就可以快速将故障进行定位，对于以后的检修有很大的帮助。而针对此类现象多次出现建议：

1、大修期间应该严格进行异物控制，不得交叉作业；在伺服阀及其他电磁阀拆装过程应建立一个相对密封的环境；

2、大修期间EH油的滤油冲洗应该在所有的工作均结束后进行且应该对整个管道进行多次循环冲洗；

3、电液伺服阀的存放应该用棉布、纱布、塑料布包裹后放置至专用干净的置物箱中；

4、建议在有条件的情况下在不同位置多增加EH油取样点，结合多次比对得出的数据较为合理；

5、S值反应电液伺服阀的性能无论在大修后启机及正常运行均应加强对S值得查看，可以及时有效的进行分析和干预。

参考文献

[1]上海新华控制技术（集团）有限公司，电站汽轮机数字式电液控制系统-DEH，北京：中国电力出版社，2004:12-18

[2]林文孚、胡燕，单元机组-自动控制技术（第二版），北京：中国电力出版社，2004:12-18

[3]张利平，液压阀原理、使用与维护，北京；化学工业出版社，2005：

[4]吴根茂、邱敏秀等，新编使用电液比例技术，杭州；浙江大学出版社，2006

[5]上海新华控制技术（集团）有限公司，DEH-IIIA硬件手册