左兴堂，柳丙轩，刘广于，杨会永

（北京首钢股份有限公司，河北迁安 064400）

1 设备概况

迁钢公司一期配套建设两台25 MW发电机组，汽轮机选用青岛捷能汽轮机厂C25-4.90/1.27 型抽汽凝汽式汽轮机，机组兼顾抽汽发电任务，2004 年投产以后为公司富裕煤气回收利用开辟了有效途经，取得了可观的经济效益和社会效益。随运行年限增长，机组调速系统故障逐渐增加，运行期间表现为电负荷大幅摆动、调节响应迟缓，威胁机组安全稳定。机组调速系统相对复杂，计控、机械部分需协调动作，其中机械部分滑阀部件多，又相互作用、互为影响[1]，因此调速系统故障发生时，如何迅速准确判断故障点位，采取针对性措施消除设备缺陷，对保证机组安全顺行具有重要意义。

2 调速系统结构原理

该汽轮机采用透平油数字电液控制系统，调速系统与润滑保安系统共用油源，DEH 模件选用和利时K 系列产品，电液转换器选用德国进口Voith 阀，典型调速控制流程如图1所示。

图1 典型调速控制流程图

机组典型调速流程分4 个模块，以运行状态负荷控制为例说明各自功能：DEH 模件追踪控制机组负荷，依据调节需求通过PID 控制输出4～20 mA 电信号；电液转换器接收电信号，转换输出0.25～0.60 MPa调节油压；机械部件接收调节油压信号，各滑阀协同响应，通过控制油动机行程调整调速汽门开度，实现对主汽流量的控制以追踪机组负荷。整个调速控制流程为单向控制，各模块间存在清晰分界，其中调节油压既是计控/机械系统的连接纽带，也是其划分界限，调节油压力仅受电液转换器单向控制，不受机械部件动作影响。

机械部件是调节指令的执行者，主要包括调节滑阀、错油门、油动机及反馈滑阀，各滑阀由脉冲油串联实现协调控制，通过控制油动机行程实现调速系统动静态特性需求。机械部件结构如图2所示。

图2 机械部件结构图

脉冲油是机械部件实现协调控制的纽带，机组稳态时脉冲油压维持错油门对中平衡状态，各滑阀通过对脉冲油压的响应、调节共同实现对油动机行程的控制，故障排查时可以通过分析脉冲油压力变化趋势，判断各机械滑阀的工作状态。调节滑阀是电液转换器与机械部件间的联接中枢，其响应电液转换器输出调节油压的变化，通过阀芯升降调节滑阀内部脉冲油泄油口，发出脉冲油压变化信号。错油门是响应要求最灵敏的滑阀，由脉冲油压顶起，稳态时处于对中位置，直接控制油动机上下油缸油路；错油门用于响应调节滑阀发出的脉冲油压变化信号，通过滑阀升降改变油动机上下油缸通路，同时改变脉冲油动反馈油口，反向调节脉冲油压，实现前馈调节。油动机是机械部件的最终控制对象，油动机通过行程变化控制调速汽门开度，同时通过机械反馈调整反馈滑阀位置。反馈滑阀受油动机机械反馈控制，在单一调节流程内是机械部件动作的最后环节，通过改变脉冲油静反馈油口的大小，改变脉冲油供油量，反向平衡调节滑阀发出的脉冲油压变化信号，使脉冲油压回归稳态定值。

下面以运行状态增负荷调整为例说明机械部件动作流程：

（1）调节油压变化：DEH 模件输出电信号增大，Voith阀响应，输出的调节油压升高；

(2)脉冲油响应：调节滑阀阀芯上移封堵脉冲油泄油口，脉冲油管压力升高；

（3）错油门动作：错油门底部压力增大，阀芯打破平衡向上移动，油动机上腔接通进油、下腔接通回油，同时关小脉冲油动反馈油口，降低脉冲油压变化峰值；

（4）机械反馈：油动机向下移动，控制调速汽门开启增大负荷，同时反馈滑阀经机械反馈下移，关小脉冲油静反馈油口，降低脉冲油压，平衡调节滑阀对脉冲油压的升高变量；

(5)重归平衡：脉冲油重归是错油门对中的恒定油压，错油门重新归中，脉冲油动反馈归位，油动机上下油缸油口封闭，油动机维持当前位置稳定运行，调节完成。

3 调速系统故障分析处理

随机组运行年限增长，调速系统部件逐渐出现老化、磨损问题，运行期间多次出现负荷大幅波动（5～8 MW）、调节迟缓的问题，通过对现场异常现象及调节油压、脉冲油压的分析，可以准确区分不同故障类别，确定问题点位，针对性采取控制措施以消除不利影响。

3.1 处理电液转换器异常导致负荷波动

故障现象：功率控制模式运行，功率设定值恒定，机组运行负荷发生间歇性无规律大幅摆动，现场油动机实际动作，主汽管道振动，手动打闸停机。原因分析：调查运行曲线，摆动期间调节油压发生无规律变化，将计控部分作为排查重点，停机状态进行静态拉阀试验，数据曲线如图3所示。

图3 静态拉阀试验数据曲线

试验过程中，在阀位指令、油动机行程恒定不变，电液转换器入口EH 油压基本稳定的情况下，电液转换器输出调节油压出现间歇性不规则跳动，油压偏差幅值达0.04 MPa，超出10%阀位指令变化油压（0.035 MPa），判断电液转换器工作异常。

进一步排查分析，检测电液转换器接口处DEH模件输出电信号稳定可控，考虑信号电缆无检修，现场无新增干扰源，排除电信号干扰因素，确定电液转换器自身故障。

故障处理：电液转换器更换备件后重新进行静态试验，调速系统系统恢复正常，调节油压输出稳定，机械滑阀调节平稳，机组开机恢复运行。针对电液转换器故障，结合现场调速系统与润滑保安系统共用油源的实际情况，首先加强系统油品管理，通过提高调速系统供油管线双联滤网精度，进一步保证电液转换器供油品质；其次结合机组大修周期，在装电液转换器上试验台进行性能检测，及早发现问题隐患；最后保证电液转换器合理备件库存，突发故障具备应急恢复条件；通过上述措施落实，有效提升了电液转换器的工作可靠性。

3.2 处理PID不适配导致负荷波动

故障现象：机组大修后开机运行，功率控制模式运行，在功率设定值未发生变化的情况下，机组负荷发生大幅摆动（摆动幅值6 MW），切换为阀位控制，油动机保持当前位置维持运行，负荷摆动曲线如图4所示。

图4 负荷摆动数据曲线

原因分析：分析负荷摆动数据曲线，发现调节油压、油动机行程、机组负荷基本为同频同幅摆动，且呈发散趋势。结合调速系统动作流程分析，调节油压摆动是起因，机械部件执行调节油压指令控制油动机行程同步变化，引起负荷摆动，判断为计控部分故障。

进一步排查分析，在阀位控制模式下进行试验，调整阀位定值，油动机行程动态响应顺畅，静态维持稳定，调节油压稳定受控，初步确定电液转换器本体正常。考虑机组为大修后首次投运，负荷受调节油压控制呈振荡发散趋势，推测功率控制PID参数与大修后调节系统机械特性不适配，导致输出信号发散紊乱引起负荷失调。

故障处理：切换至功率控制模式，配合计控专工，修订PID 参数，模拟各类工况，进行功率调整试验。通过在线调整，摸索出与大修后机械滑阀特性适配的PID参数，实现机组功率稳定自动调节；同时吸取经验，机组大修后安排进行调速系统PID 参数适配性验证试验。

3.3 机械滑阀卡涩导致负荷波动

故障现象：机组功率控制运行，存在负荷调整变化幅度大，调整响应迟缓，负荷往复波动的现象；情况严重时，波动幅度达4～7 MW，系统自动切换至阀位控制，维持当前阀位运行。

原因分析：在阀位控制模式下进行在线试验，增大阀位指令，调节油压正常升高，现场油动机未动作，未执行调节油压调节指令，判断为机械部件故障，阀控试验数据曲线如图5所示。

图5 阀控试验数据曲线

进一步排查分析，寻找机械部件具体故障点位。分析试验数据曲线，随调节油压增大，脉冲油压出现同步增大，而现场油动机无动作，结合机械部件调节动作流程分析判断：调节滑阀正常动作，随调节油压升高，响应输出脉冲油压升高信号；错油门卡涩，阀芯未动作，未响应脉冲油压变化，调节流程在错油门处停滞，未接通油动机油缸对应油路，所以油动机行程未发生改变，反馈滑阀未动作，判断故障点位在错油门。

故障处理：结合机组停机消缺，解体检查错油门滑阀套筒，发现套筒底部滑阀凸肩配合位置出现周向压磨沟痕，测量阀芯跳动超差，更换备件后进行静态试验，油动机行程动态响应顺畅，静态维持稳定，机组开机恢复正常运行。

4 结束语

调速系统是发电机组的控制核心，调速系统故障在机组运行过程中直观体现为负荷失调，严重威胁运行安全稳定。通过梳理汽机调速系统各模块的动作流程及机械部件内部动作原理，总结出现场适用的调速系统故障分析处理方法，准确判断故障点位，快速解决故障问题，为保证机组稳定运行提供有力支撑。