论文部分内容阅读
前言
国电某发电厂5、6号机组,主机型号为N300-16.7/538/538(K156),给水系统各配置1台30％BMCR容量的电动给水泵和2台50％BMCR容量的汽动给水泵,主机和给水泵驱动汽轮机(以下简称小机)均系上海汽轮机有限公司制造,小机为ND83/83/07-I型6Mw变转速凝汽式汽轮机,采用MEH数字电液调节系统,控制介质取自主机的EH油站,保安系统用油由小机自身的透平油系统提供。小机进汽管路上设置一套低压主汽门和低压调门,控制进入机内的蒸汽量,汽源来自主机的4段抽汽或辅助蒸汽。在此两台机组的小机调节保安系统静态调试过程中,发现存在一个同样的问题,即小机低压主汽门在打闸或跳闸时关闭非常缓慢,估计完全关闭都在2S以上,而快速关闭时间的最大值设计为0.5s。发现故障后,对故障机理展开全面分析,并迅速找到了故障原因,处理后用录波仪测得其关闭时问都小于0.25s。本文对此故障的机理进行了分析和研究,以期对同类问题的分析和解决提供一定的借鉴作用。
1、保安系统概述
ND83/83/07-1型汽轮机的调节保安系统油路如图l所示。保安系统通过一次安全油(即隔膜阀上的低压保安油)和二次安全油(即危急遮断油)控制低压主汽门油动机,只有当一次安全油和二次安全油建立,即保安系统复位后,才能操作低压主汽门油动机，控制低压主汽门开启。高压EH油进入低压主汽门油动机之前,首先要经过电磁操作阀，低压主汽门的开启靠电磁操作阀来完成,快速关闭(手动打闸或跳闸)由电磁操作阀和卸荷阀共同完成：低压调门的开启、关闭和快速关闭都靠电液伺服阀完成。低压主汽门油动机的电磁操作阀是一个两位控制阀,其阀位由2个电磁铁(20/SVOP,20/SVCL)控制,当20/SVOP激磁时,高压EH油将通过电磁操作阀进入低压主汽门油动机,开启低压主汽门；当20/SVCL激磁时,关闭电磁操作阀的高压EH油进油口,同时卸荷阀快速动作,接通油动机下腔室与有压回油的通道,快速关闭低压主汽门。
图l 调节保安系统油路图
机械超速保护装置包括一只飞锤式危急遮断器以及一只油压式复置的危急遮断及复位装置。危急遮断及复位装置为小机紧急停机及复位的手动保护与超速保护执行机构的组合装置,它由复位手柄、遮断手柄、阀杆和拉钩等组成。当小机转速超过允许值时,危急遮断器飞锤出击,危急遮断及复位装置动作,使一次安全油口打开迅速泄压,二次安全油相继失压。当汽泵组或机组发生故障，确认须停机时,可在小机机头就地手拍危急遮断及复位装置的遮断手柄,使汽泵停止运行。当接入ETS控制柜的保护信号,如小机的电气超速保护、轴向位移越限保护、后汽缸的低真空保护、轴振越限保护、润滑油压低保护,以及来自汽泵和主机的其他保护信号越限时,遮断电磁阀20/TT和20/OOT激磁,将一次安全油和二次安全油迅速泄压。小机复位(即一次安全油压恢复)的途径有两个：一是操作机头的危急遮断及复位装置的复位手柄；二是使复位电磁阀激磁,实现远方复位。
2、主汽门关闭缓慢的故障机理研究
所谓危急遮断，是指汽轮机发生故障、相关的电磁阀动作后,主汽门和调门快速关闭,切断进汽源,实现紧急停机。对于本文所述的小机,危急遮断的具体实现过程为：当机械超速保护动作或在机头就地手拍危急遮断及复位装置的遮断手柄,以及接入ETS控制柜的保护信号越限时,遮断电磁阀20/TT和20/OOT激磁,引起一次安全油和二次安全油几乎同时泄压,低压主汽门的卸荷阀快速动作；在遮断电磁阀20/TT和20/OOT动作的同时,低压主汽门的电磁操作阀和低压调门的电液伺服阀也做出反应,分别将其油动机的高压进油切断,并同时将油动机腔室的高压油与有压回油打通,实现低压主汽门和调门的快速关闭,小机紧急停机。
卸荷阀是一种由先导阀控制的溢流阀,靠危急遮断油失压而快速动作,实现紧急停机,主要由先导阀、滑阀、弹簧以及内部油路等组成,具体构造见图2。结合图1和图2分析卸荷阀的工作原理,此阀安装于油动机的板块上,内部装有一杯状滑阀,滑阀下部的腔室与油动机活塞下部的高压EH油路相通,并受到高压油的作用；滑阀下部腔室开有一小孔,少量高压油通到滑阀上部的油室。该油室有2条油路,其中一路与危急遮断油路相通,正常运行时遮断油总管上的二次安全油压等于高压油的压力(见图1,在小机一次安全油建立后,二次安全油由高压EH油通过一个节流孔建立)；另一路是经针形先导阀控制的缩孔,控制通到低压主汽门油动机活塞上腔和有压回油的油路,调节先导阀的开度,可调整滑阀上部油室的油压,供调试整定之用。正常运行时,滑阀上部油室的油压作用力加上弹簧的作用力,大于滑阀下部高压油的作用力,滑阀被压在底座上,连接高压油与有压回油的泄油孔封闭；当危急遮断油总管上的二次安全油失压时,滑阀的力平衡被破坏,滑阀上部油室的油压急剧下降,下部的高压油推动滑阀上移,连接高压油与有压回油的泄油孔被打开,从而使油动机的高压油失压,在低压主汽门阀芯上的弹簧的强作用力下迅速关闭,实现危急遮断。
图2 卸荷阀工作原理图
通过分析小机危急遮断实现过程和卸荷阀的工作原理,可得出危急遮断时低压主汽门关闭缓慢的主要原因如下：
(1)二次安全油(危急遮断油)路故障。如果隔膜阀和遮断电磁阀20／OOT同时发生故障,二次安全油将不可能快速泄压,低压主汽门油动机的卸荷阀不动作或动作缓慢,进而影响低压主汽门的关闭速度。
(2)电磁操作阀工作性能异常。当电磁铁20／SVCL激磁后,如果电磁操作阀不能快速切断低压主汽门油动机的高压进油,油动机活塞下腔室的高压油泄压速度将放缓,势必影响低压主汽门的快关时间。
(3)汽门阀芯的弹簧性能异常。如果安装于阀芯上的弹簧故障或预紧力不足，关闭低主汽门的速度将减小、关闭时间延长。
(4)卸荷阀故障。卸荷阀故障表现在：①连接滑阀上部油室与危急遮断油的油路不通畅,其结果将造成,当危急遮断油总管上的二次安全油失压后,滑阀上部油室的油压下降速度明显受到影响,滑阀上移缓慢,卸荷阀内部高压油与有压回油之间的泄油孔不能及时打开,延迟了油动机活塞下腔室高压油的泄压速度,进而影响低压主汽门快速关闭的时间；② 滑阀套发生卡涩,导致卸荷阀高压油与有压回油之间的泄油孔不能及时打开；③先导阀开度调整不当,使得滑阀上部油室的油压过大,将延迟卸荷阀内高压油与有压回油之间泄油孔的开启时间。
基于上述的故障机理分析,对国电某发电厂5、6号机组小机的保安系统故障进行严密排查,最终确定为卸荷阀故障。随后即对卸荷阀解体检查，发现在滑阀上部油室与危急遮断油之间的油路上有一个丝堵(见图2),分析认为该丝堵的存在,造成危急遮断油与卸荷阀的滑阀上部油室完全隔离,当小机危急遮断时,即使危急遮断油总管上的二次安全油失压，滑阀上部油室的油压也不下降而等于滑阀下腔室的高压进油压力,滑阀不动作,高压油与有压回油之间的泄油孔此时仍然处于封闭状态,同时由于低压主汽门油动机的电磁操作阀已接收到危急遮断信号,电磁铁20／SVCL激磁,电磁操作阀将油动机的高压进油切断,油动机下腔室的高压存油在汽门阀芯弹簧的作用力下，经过卸荷阀内的小孔和先导阀的缩孔流入先导阀，然后再逐渐流向有电功率的扰动更小，而且功率和抽汽压力均能保持稳定。
通过图4可以看出：改造前,由于抽汽部分未实现自动控制,电负荷和热负荷的相互影响很明显,在各级组织工况发生变化时,抽汽压力和功率变化都较大,很难精确控制。改造之后,进行热电牵连调节，实现了解耦控制。抽汽回路的输出不仅影响低调门,而且也影响高调门和中调门。这样,抽汽压力和发电功率均能保持一定,这种方式也称为定功率、定抽汽的热电牵连方式。从波形图中亦可看出，改造后这两个控制参数的控制效果很好,有了很好的改进。
4、结束语
热电牵连调节是热电厂汽轮机自动控制系统中特有的一种控制方式,它的使用是对原来汽轮机自动控制系统的补充。热电牵连问题的解决,使供热抽汽能保持相对的稳定,而且,还可以根据用热的需求量,自动调节抽汽量,真正实现供热的自动控制,同时还可以维持发电功率的稳定。实际运行证明方案正确、可行、效果好,可在国内供热热电机组中大面积推广使用。
国电某发电厂5、6号机组,主机型号为N300-16.7/538/538(K156),给水系统各配置1台30％BMCR容量的电动给水泵和2台50％BMCR容量的汽动给水泵,主机和给水泵驱动汽轮机(以下简称小机)均系上海汽轮机有限公司制造,小机为ND83/83/07-I型6Mw变转速凝汽式汽轮机,采用MEH数字电液调节系统,控制介质取自主机的EH油站,保安系统用油由小机自身的透平油系统提供。小机进汽管路上设置一套低压主汽门和低压调门,控制进入机内的蒸汽量,汽源来自主机的4段抽汽或辅助蒸汽。在此两台机组的小机调节保安系统静态调试过程中,发现存在一个同样的问题,即小机低压主汽门在打闸或跳闸时关闭非常缓慢,估计完全关闭都在2S以上,而快速关闭时间的最大值设计为0.5s。发现故障后,对故障机理展开全面分析,并迅速找到了故障原因,处理后用录波仪测得其关闭时问都小于0.25s。本文对此故障的机理进行了分析和研究,以期对同类问题的分析和解决提供一定的借鉴作用。
1、保安系统概述
ND83/83/07-1型汽轮机的调节保安系统油路如图l所示。保安系统通过一次安全油(即隔膜阀上的低压保安油)和二次安全油(即危急遮断油)控制低压主汽门油动机,只有当一次安全油和二次安全油建立,即保安系统复位后,才能操作低压主汽门油动机，控制低压主汽门开启。高压EH油进入低压主汽门油动机之前,首先要经过电磁操作阀，低压主汽门的开启靠电磁操作阀来完成,快速关闭(手动打闸或跳闸)由电磁操作阀和卸荷阀共同完成：低压调门的开启、关闭和快速关闭都靠电液伺服阀完成。低压主汽门油动机的电磁操作阀是一个两位控制阀,其阀位由2个电磁铁(20/SVOP,20/SVCL)控制,当20/SVOP激磁时,高压EH油将通过电磁操作阀进入低压主汽门油动机,开启低压主汽门；当20/SVCL激磁时,关闭电磁操作阀的高压EH油进油口,同时卸荷阀快速动作,接通油动机下腔室与有压回油的通道,快速关闭低压主汽门。
图l 调节保安系统油路图
机械超速保护装置包括一只飞锤式危急遮断器以及一只油压式复置的危急遮断及复位装置。危急遮断及复位装置为小机紧急停机及复位的手动保护与超速保护执行机构的组合装置,它由复位手柄、遮断手柄、阀杆和拉钩等组成。当小机转速超过允许值时,危急遮断器飞锤出击,危急遮断及复位装置动作,使一次安全油口打开迅速泄压,二次安全油相继失压。当汽泵组或机组发生故障，确认须停机时,可在小机机头就地手拍危急遮断及复位装置的遮断手柄,使汽泵停止运行。当接入ETS控制柜的保护信号,如小机的电气超速保护、轴向位移越限保护、后汽缸的低真空保护、轴振越限保护、润滑油压低保护,以及来自汽泵和主机的其他保护信号越限时,遮断电磁阀20/TT和20/OOT激磁,将一次安全油和二次安全油迅速泄压。小机复位(即一次安全油压恢复)的途径有两个：一是操作机头的危急遮断及复位装置的复位手柄；二是使复位电磁阀激磁,实现远方复位。
2、主汽门关闭缓慢的故障机理研究
所谓危急遮断，是指汽轮机发生故障、相关的电磁阀动作后,主汽门和调门快速关闭,切断进汽源,实现紧急停机。对于本文所述的小机,危急遮断的具体实现过程为：当机械超速保护动作或在机头就地手拍危急遮断及复位装置的遮断手柄,以及接入ETS控制柜的保护信号越限时,遮断电磁阀20/TT和20/OOT激磁,引起一次安全油和二次安全油几乎同时泄压,低压主汽门的卸荷阀快速动作；在遮断电磁阀20/TT和20/OOT动作的同时,低压主汽门的电磁操作阀和低压调门的电液伺服阀也做出反应,分别将其油动机的高压进油切断,并同时将油动机腔室的高压油与有压回油打通,实现低压主汽门和调门的快速关闭,小机紧急停机。
卸荷阀是一种由先导阀控制的溢流阀,靠危急遮断油失压而快速动作,实现紧急停机,主要由先导阀、滑阀、弹簧以及内部油路等组成,具体构造见图2。结合图1和图2分析卸荷阀的工作原理,此阀安装于油动机的板块上,内部装有一杯状滑阀,滑阀下部的腔室与油动机活塞下部的高压EH油路相通,并受到高压油的作用；滑阀下部腔室开有一小孔,少量高压油通到滑阀上部的油室。该油室有2条油路,其中一路与危急遮断油路相通,正常运行时遮断油总管上的二次安全油压等于高压油的压力(见图1,在小机一次安全油建立后,二次安全油由高压EH油通过一个节流孔建立)；另一路是经针形先导阀控制的缩孔,控制通到低压主汽门油动机活塞上腔和有压回油的油路,调节先导阀的开度,可调整滑阀上部油室的油压,供调试整定之用。正常运行时,滑阀上部油室的油压作用力加上弹簧的作用力,大于滑阀下部高压油的作用力,滑阀被压在底座上,连接高压油与有压回油的泄油孔封闭；当危急遮断油总管上的二次安全油失压时,滑阀的力平衡被破坏,滑阀上部油室的油压急剧下降,下部的高压油推动滑阀上移,连接高压油与有压回油的泄油孔被打开,从而使油动机的高压油失压,在低压主汽门阀芯上的弹簧的强作用力下迅速关闭,实现危急遮断。
图2 卸荷阀工作原理图
通过分析小机危急遮断实现过程和卸荷阀的工作原理,可得出危急遮断时低压主汽门关闭缓慢的主要原因如下：
(1)二次安全油(危急遮断油)路故障。如果隔膜阀和遮断电磁阀20／OOT同时发生故障,二次安全油将不可能快速泄压,低压主汽门油动机的卸荷阀不动作或动作缓慢,进而影响低压主汽门的关闭速度。
(2)电磁操作阀工作性能异常。当电磁铁20／SVCL激磁后,如果电磁操作阀不能快速切断低压主汽门油动机的高压进油,油动机活塞下腔室的高压油泄压速度将放缓,势必影响低压主汽门的快关时间。
(3)汽门阀芯的弹簧性能异常。如果安装于阀芯上的弹簧故障或预紧力不足，关闭低主汽门的速度将减小、关闭时间延长。
(4)卸荷阀故障。卸荷阀故障表现在：①连接滑阀上部油室与危急遮断油的油路不通畅,其结果将造成,当危急遮断油总管上的二次安全油失压后,滑阀上部油室的油压下降速度明显受到影响,滑阀上移缓慢,卸荷阀内部高压油与有压回油之间的泄油孔不能及时打开,延迟了油动机活塞下腔室高压油的泄压速度,进而影响低压主汽门快速关闭的时间；② 滑阀套发生卡涩,导致卸荷阀高压油与有压回油之间的泄油孔不能及时打开；③先导阀开度调整不当,使得滑阀上部油室的油压过大,将延迟卸荷阀内高压油与有压回油之间泄油孔的开启时间。
基于上述的故障机理分析,对国电某发电厂5、6号机组小机的保安系统故障进行严密排查,最终确定为卸荷阀故障。随后即对卸荷阀解体检查，发现在滑阀上部油室与危急遮断油之间的油路上有一个丝堵(见图2),分析认为该丝堵的存在,造成危急遮断油与卸荷阀的滑阀上部油室完全隔离,当小机危急遮断时,即使危急遮断油总管上的二次安全油失压，滑阀上部油室的油压也不下降而等于滑阀下腔室的高压进油压力,滑阀不动作,高压油与有压回油之间的泄油孔此时仍然处于封闭状态,同时由于低压主汽门油动机的电磁操作阀已接收到危急遮断信号,电磁铁20／SVCL激磁,电磁操作阀将油动机的高压进油切断,油动机下腔室的高压存油在汽门阀芯弹簧的作用力下，经过卸荷阀内的小孔和先导阀的缩孔流入先导阀，然后再逐渐流向有电功率的扰动更小，而且功率和抽汽压力均能保持稳定。
通过图4可以看出：改造前,由于抽汽部分未实现自动控制,电负荷和热负荷的相互影响很明显,在各级组织工况发生变化时,抽汽压力和功率变化都较大,很难精确控制。改造之后,进行热电牵连调节，实现了解耦控制。抽汽回路的输出不仅影响低调门,而且也影响高调门和中调门。这样,抽汽压力和发电功率均能保持一定,这种方式也称为定功率、定抽汽的热电牵连方式。从波形图中亦可看出，改造后这两个控制参数的控制效果很好,有了很好的改进。
4、结束语
热电牵连调节是热电厂汽轮机自动控制系统中特有的一种控制方式,它的使用是对原来汽轮机自动控制系统的补充。热电牵连问题的解决,使供热抽汽能保持相对的稳定,而且,还可以根据用热的需求量,自动调节抽汽量,真正实现供热的自动控制,同时还可以维持发电功率的稳定。实际运行证明方案正确、可行、效果好,可在国内供热热电机组中大面积推广使用。