大港電廠3、4號機組調速汽門擺動故障分析

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   時間:2014-03-11 13:55:31
大港電廠3、4號機組調速汽門擺動故障分析簡介
    大港電廠3、4號機組調速汽門擺動故障分析 陳飛天津大港發電廠(天津 300272)   ……
大港電廠3、4號機組調速汽門擺動故障分析正文
   大港電廠3、4號機組調速汽門擺動故障分析 陳飛
天津大港發電廠(天津 300272)
   中國華北電力集團公司生計部[1998]1號文《重申熱工監督工作中的若干規定》強調:「……各廠各級領導及相關專業人員應結合本廠實際情況,認真總結這次事故教訓,吃一塹,長一智,……,主動,超前,深層次抓好熱工監督工作……,從根本上扭轉安全局面。」根據此文件精神以及近年來涉及熱工監督不力而造成的嚴重事故的深刻教訓,特撰此文。?
   大港電廠3、4號機組的調速系統採用的是ESACONTROL公司設計製造的模擬電液調節系統。調速執行機構由ANSALDO公司提供。從1991年底投產至今,兩台機組調速汽門或大或小共有20多次擺動。一般多發生在160~328 MW之間。最嚴重的時候引發機前壓力波動幅度加劇而導致汽包水位不穩定。雖然對反饋等許多信號進行過長時間監視,但仍不能判定關鍵所在。這是因為伺服閥調節迴路是閉環的。其中任何一個節點出現擾動,甚至一個偶然事件也會引發振蕩。所以現今只能羅列各種因素,逐一分析,逐一採取措施,破壞加劇振蕩的基礎,抑制觸發振蕩的誘因,盡量做到有備無患。在保證調速系統的靈敏度和準確度的基礎上,調整某些參數,使其處於一個合適的位置,以阻滯振蕩的加深。?
1 調速汽門擺動故障的現象?
1.1 通常的現象?
   據不完全統計,2台機組出現擺動的次數最多的負荷點是260 MW左右。最大擺動幅度約為滿開度的30%。持續最長的一次大約4 min(人為干予后停止)。出現擺動的最低負荷是160 MW,最高負荷為328 MW。擺動頻率大約在1~5次/s。每當閥門擺動,使實際負荷亦隨著波動。雖然實際機組轉速並未異常,沒有出現因閥門擺動而使機組解列的事故,但是機組的振動、軸向位移、差脹等參數卻有明顯的變化,機前壓力也大幅波動,這樣,對機組的安全性、經濟性和壽命均有不良的影響。?
1.2 最近出現的新現象?
   由220 MW開始,負荷下降而調速汽門反饋卻不動,直至160 MW,閥門猛然有個階躍式下關動作。再由160 MW升負荷時,調速汽門在上升,而負荷卻遲遲不動,到了一定開度后 ,負荷亦呈一個階躍式的上升動作,至220 MW左右。?
   值得注意的是:每次擺動,只要投入負荷限制器,閥門擺動的幅度就有所抑制。不論是協調系統控制閥門還是手動控制閥門。當運行人員採取一系列措施后,一般均可徹底制止擺動。究竟什麼原因能夠誘發振蕩?究竟什麼原因又能夠使振蕩加劇呢?又有什麼方法能夠消除或抑制這種令人不安的擺動呢??
2 故障原因分析?
2.1 調速汽門控制迴路原理分析?
   由圖1可以看出轉速控制是閉環控制,而負荷控制是開環控制。實際有4個調速汽門,分成上下兩組,由兩個油動機驅動,圖1標出的只是1組閥門的控制迴路。事實上,在開度/流量非線性補償環節之前(包括該環節),兩組執行器用的是相同的電路,而擺動又往往是兩組同時發生,所以似乎是它們的公共部分產生擺動的誘因的可能性大一些。但是,假如單獨一組閥門的獨立迴路產生振蕩,那麼通過轉速和機前壓力信號的波動也能引起公共迴路的振蕩,因而另一組閥門也會振蕩起來。既然負荷限制器的投入可以有效地抑制擺動幅度 ,那麼首先從限制器或開度/流量非線性補償單元之前進行分析。?
   
   在圖2中,如果負荷給定信號不是由協調系統提供(其實,在協調方式下,來自外部的負荷指令信號也可能有波動,但不是本文討論範疇),那麼相當穩定的負荷給定器在沒有外界干擾的情況下,是不會發出擾動的。而實際上在運行人員提供的信息中,並沒有說在閥門擺動時,負荷程序器有紊亂的現象。因此,為便於分析,暫時認定負荷給定信號是穩定的。在另外兩路中,速度變動率目前整定在5%處,PA/FA信號在全周/部分進汽切換完成後 ,該信號基本上保持不變。如果把模件本身熱性能不良造成上述兩信號波動的誘因除外(待後述),那麼只剩下速度偏差這個信號了。
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   轉速偏差迴路是通過電子元件、伺服閥、調速汽門、汽輪機、轉速撿拾器等一系列環節形成的調節迴路。實際上機組轉速在機組沒有解列之前是固定的。如果說轉速偏差信號對閥門波動有作用的話,也只能是轉速信號和給定信號本身的問題,因為轉速信號是高頻信號,因此傳輸信號的電纜質量和屏蔽問題一定要解決好。實踐中,屏蔽問題的處理應注意以下幾點:(1) 電線和屏蔽網的質量;(2) 屏蔽線的接法;(3) 屏蔽接地的穩定性和選擇的正確性;(4) 機組啟動后,溫度、磁場等環境條件對屏蔽的影響。?
   另外,控制櫃和模件環境溫度應該調整到合適的度數,以避免由於元件熱性能不良所造成的信號波動。
   注意圖1、2,如果投入負荷限制器,使單純的負荷限制信號直接作用在「開度/流量非線性補償器」之前,相當於減少了許多干擾切入點,而且,把控制迴路變成了開環控制,有效地阻止了振蕩的加劇。?
2.2 調節迴路分析?
   調節迴路包括:閥位感測器、電子元件、伺服閥、油動機、油系統、執行器。?
2.2.1 閥位感測器?
   參見圖3,它由模件中的振蕩源給感測器的線圈(A、C兩端)激磁,線圈中間的滑鐵隨閥門傳送機構的移動而移動,使得線圈輸出的電壓(A、B兩端)發生變化。由於振蕩源的頻率為3 000Hz,因此信號線的質量和屏蔽相當重要。在安裝上,一方面用定位銷把感測器本身固定牢固,使之不會隨閥門振動而振動,另一方面,在傳送桿方向上要把帶彈簧的滑塊適當地鎖定在反饋桿上,用彈簧的張力克服連接件上的間隙,以免傳送桿在抽送過程中產生振蕩。其接線應減少中間環節,尤其是現場部分連接頭最好焊死。?
   
2.2.2 電子迴路?
   如果電子元件熱性能不好,信號也會產生波動,且不易檢測。但如果在反饋信號解調過程中增大其慣性,應對振蕩有抑制作用,而不應影響反應的及時性和靈敏度。?
2.2.3 伺服閥?
   伺服閥也叫電液轉換器,是一個具有二級液壓放大功能的電液轉換器。由力矩電動機 、噴管放大器、滑閥放大器組成(見圖4)。液壓油入口配有儲能器。噴射管由力矩電動機的電樞帶動。當力矩電動機繞組中電流為零時,電樞和噴射管停在中間位置。兩個接收油口的油壓相等。二級滑閥兩端油壓相等,使滑閥位於中間位置。可見使閥門頻繁擺動的動力就是力矩電動機使入口的液壓油壓力波動。當然,當驅動力矩電動機的電流反覆變化時,閥門自然也要擺動。這裡僅僅討論伺服閥,要求流經噴射管的液壓油壓力穩定。另一方面要注意儲能器中的壓力,要足以維持油壓穩定。再者要保持濾網的通暢和油的純凈。?
   
2.2.4 執行機構?
   調速汽門分組方式為:1、3號為一組,在上部;2、4號為一組,在下部。按照1—2—3—4號的順序依次開啟。伺服閥控制下的油動機驅動一個槓桿,這個槓桿的另一端裝在一組調速汽門的凸輪軸上,4個凸輪軸各控制一個閥門,它們的外形曲線和開啟時機的設計符合以下原則:使進汽產生的功率和動力汽缸衝程成一直線關係。事實上,機組實測閥門重疊度與設計重疊度有一定偏差。經分析比較發現閥門開度與進汽量的關係曲線並不令人滿意 。這可以說明閥門開度與負荷為何不協調的現象,但用來作為說明閥門擺動理由並不充分,關鍵在於功率信號並不參與調節,不容易形成振蕩,然而作為誘因,誘發迴路中其他潛在因素形成振蕩這還是有可能的。因為原設計負荷指令應該與進汽量成線性關係,但如果由於閥門重疊度不理想,在某一位置改變了設計的關係曲線,則迴路便在超調和回調之間動作 ,必然就會引起振蕩。如果投入協調系統,那麼主汽壓力的波動無疑會使調節迴路的振蕩更加劇烈。即使熱工人員校準了「開度/流量非線性補償器」的每一個函數發生器,如果對應著一個不符合原設計的執行機構,那也不會取得預期的效果。?
2.3 電氣控制迴路的抗干擾性?
   對於電源保護低於額定值80%即跳閘的電調系統,因電源波動而導致閥門調節迴路波動的情況至今尚未發生過,對於輸入輸出信號的隔離也尚未構成閥門擺動的誘因。因此,問題就集中到模擬地的品質。模擬地AGND不僅是整個電調系統直流22 V工作電源的公共地,而且也是轉速信號和閥位反饋信號的屏蔽接地。正因為它與現場關係緊密,所以,安裝后未啟動和啟動后的品質出現不一致的可能性也有的。如果安裝稍有不當,儘管靜態時測量得滿意,而啟機后加上振動、溫度場和電磁場等作用,那麼,薄弱處的屏蔽功效可能要打些折扣,當然經過努力,這個隱患最終是可以消除的。另外,也存在一些偶發因素,測量時很難發現,而一旦滿足條件,其不良影響就會暴露出來,比如高頻信號電纜處有小塊屏蔽網折破。當然,用萬用表是不易查到的,那麼,在啟動給水泵等大型機器時,干擾就會進入控制迴路。這種現象確實發現過,而經過處理后,一切恢復正常。僅僅是因為電纜表皮出現一小塊破損而已,大致半粒大米那麼大小。??
3 結束語?
   羅列了許多使閥門擺動的原因,並不是肯定上述因素全是引發異常的禍首。但有一點是肯定的:如果把上述問題一一處理得當,至少在誘發振蕩產生時其幅度要減小不少。實踐中,重點應關注以下幾點:①整個系統接地的穩定性和抗干擾性;②屏蔽問題的妥善處理;③控制和執行各環節中各功能單元的校準;④液壓油供油壓力的穩定;⑤現場安裝元件的穩定性和抗振性

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