王合梅，宋端强，曾海波

（国能长源汉川发电有限公司，湖北 汉川 431614）

0 引言

国能长源汉川发电有限公司三期工程为2×1 000 MW超超临界机组，汽轮机均为上海汽轮机厂设计制造［1］，汽轮机配汽阀门控制采用电液伺服系统，控制介质采用高压抗燃油［2-3］，其中数字电液调节系统（Digital Electronic Hydraulic Control，DEH）部分为德国西门子SPPA-3000控制系统，分散控制系统（Distributed Control System，DCS）为国能智深的EDPF-NT+控制系统。

本文结合5号机组于2022年2月19日1号中压主汽门（简称“中主”）异常关闭的故障，着重从故障现象、中主阀门液压控制原理等方面进行分析，分析可能存在的故障点，有效防止了类似问题导致机组运行中配汽阀门异常关闭带来的主机振动大、再热器超压和高低旁联开等安全风险，尤其机组在高参数工况下甩负荷，系统设备部件的热应力冲击较大，增加设备寿命期内维护成本［4-6］的同时，给电网及其系统带来的极大冲击［7］。

1 液压控制系统

1.1 油动机液压执行机构

主汽门油动机液压执行机构［8］主要由油缸缸体、方向电磁阀、快关电磁阀、单向阀、油路阀块等组成，主汽门油动机液压原理如图1所示。

图1 主汽门油动机液压原理图Fig.1 Hydraulic schematic diagram of main valve oil motor

分析上述原理图可见：压力油油源进入油动机后分为两路，一路到方向电磁阀，一路到快关电磁阀［9］。正常工作时方向电磁阀失电，快关电磁阀为带电状态。压力油通过快关电磁阀后作用在4 只单向阀弹簧上部，单向阀阀芯闭合；经过方向电磁阀的油源只能进入油缸的上腔室，推动活塞向左移动，带动主汽门开启。

快关电磁阀也称为跳闸电磁阀，并联设计。当任一快关电磁阀接受到保护系统（ETS）的信号后失电动作［10］，每个快关电磁阀将控制的2 只单向阀的压力油接通回油，使单向阀打开［11］。活塞上下腔室连通，两边油压平衡，活塞在弹簧力的作用下迅速动作；同时方向电磁阀带电（组态控制逻辑中实现），A、T口接通，加快了回油速度，使整个阀门的关闭时间控制在200 ms之内，其控制电源采用24VDC，由ETS 的FDO 卡件直接提供［12］。

其中方向电磁阀属于开关型电磁阀［13］，调门油动机液压系统和主汽门油动机类似，差别在于由电液伺服阀代替方向电磁阀，伺服阀具有调节作用［14］，根据DEH 给定电信号和反馈电信号所构成的偏差信号控制阀芯运动，通过控制进油量来控制阀门开度。

本机组配有高压主汽门油动机2只，调门油动机2只，再热主汽门油动机2只，再热调门油动机2只，以及补汽阀油动机1只［15］，见图2所示的1 000 MW 超超临界汽轮机阀门ATT试验系统。

图2 1 000 MW超超临界汽轮机阀门ATT试验系统Fig.2 1 000 MW ultra-supercritical steam turbine valve ATT test system

1.2 EH供油系统

压力油系统由EH 主油泵、蓄能器以及压力测量装置等组成。EH主油泵2台，互为备用。正常工作压力为16 MPa，主油泵的出口和母管均装有压力变送器，压力信号用以监视系统的工作状况，并进行联锁控制和保护。

压力油母管分成5路，分别是：A侧高压主汽门、高压调门油动机，B侧高压主汽门、高压调门油动机，A侧再压主汽门、调门油动机，B 侧再压主汽门、调门油动机，补汽阀油动机［16］。

2 1号中主异常关闭故障现象

2022 年2 月19 日9：50：00，机组负荷1 000 MW，1号EH油泵电流由28 A开始缓慢上涨，EH油母管压力由16.2 MPa 降至15.4 MPa。如图3 所示，下午13：50，EH油泵电流持续上涨至38 A，1号中主异常关闭故障现象（DCS）。期间在降负荷过程中，负荷至810 MW，1号中主异常关至10%，中主由全开到全关整个过程历时3 min左右，全开到全关时间坐标点，01：52：22（pm）到01：55：08（pm），1 号中主异常关闭故障现象（DEH）（见图4所示）。

图3 1号中主异常关闭故障现象(DCS)Fig.3 No.1 main valve abnormal shutdown symptom(DCS)

图4 1号中主异常关闭故障现象(DEH)Fig.4 No.1 main valve abnormal shutdown symptom(DEH)

以上历史趋势图中黑色趋势线为EH 油母管油压，在下降的同时，运行的EH 油泵电流趋势在DCS系统中同时间故障查询中有明显上涨，两者同时动作。

3 故障原因分析及处理

3.1 原因分析

机组运行时，方向电磁阀为失电状态，两只并联的快关电磁阀为带电状态，任一快关电磁阀失电动作后［17］，压力油接通回油，该阀门就迅速关闭，也就是说既排除了方向电磁阀电信号问题，也否定了快关电磁阀接受ETS来的动作信号。

通过1 号中主异常关闭故障现象，不难发现：首先，故障最直接的现象表现为EH油泵电流缓慢上升，EH 油泵正常工作电流29 A 左右，正常波动范围1 A～2 A，系统母管油压下降；其次，根据现场对EH 油站（8.7 m）各阀门回油管测温，明显1号中主、中调回油母管温度高于其他母管温度；比较隐蔽的是中主异常缓慢关闭和EH 油系统发生异常在时间上有错位现象（如图3），可长达4 h 左右，间接说明了内部发生内漏导致油动机工作油消失相对来说是一个比较缓慢过程。

根据流体力学［18-20］和能量守恒定律［21-22］，可知油泵出力增加，EH油流速加快，在液压管道、节流孔等摩擦产生热量；同时回油及油泵都会提高整个油箱的温度，进而到每个油动机的温度增加；没有参与负荷调节的油动机，因系统内没有流速，没有油交换，相对来说，其温度会低一些。中主在机组正常运行当中，属于全开型的阀门，油动机内部并没有油交换，但是其回油管温度升高，说明油动机内部存在EH油交换，液压系统内漏，导致系统用油量增大，EH 油泵出力增大，电流上涨。

3.2 确定液压系统内漏点

3.1 节原因分析中，首先通过EH 油站各阀门回油管测温，对比排查，可迅速确定发生液压系统内漏的配汽阀门；然后再到汽轮机平台对各个电磁阀的阀块测温比较。如果是快关电磁阀，则两只之间比较即可；如果是方向电磁阀或者伺服阀，就与同类型阀门的对应阀块比较，往往便可确定内漏部件。以往机组出现EH油泵电流异常情况中，通过3.1 节的分析及3.2 节确定内漏点，均有效判断出了其他配汽阀门油动机液压部件内漏部件，进行更换相关快关电磁阀、方向电磁阀（调门为伺服阀）部件后都正常。

近几次1 号中主故障中，通过相同方法发现均为方向电磁阀阀体温度较高，故判断为方向电磁阀内漏。每次更换方向电磁阀且都对油动机液压部件进行了一次复位后，1 号中开启关闭都正常。时过一阵，依然出现同样状况，又怀疑同批次方向电磁阀故障。后来更换为德国产的方向电磁阀，1 号中主异常关闭故障依然存在。后经过快关电磁阀油路阀块冲洗发现有杂质冲出，见图5 阀块冲洗杂质，判断是快关电磁阀的节流孔（φ2）堵塞导致单向阀体上部压力油压不断减小，降低到单向阀缓慢动作，直到克服不了单向阀上部弹簧的作用力后，被单向阀封闭的活塞上下腔室油路连通，两边油压力平衡，过程如1.1节油动机原理所述，故中主表现为异常关闭，即液压系统内部存在“方向电磁阀PA 口→单向阀→活塞下腔室→T 口（回油）”的连续内漏过程，因此方向电磁阀温度较高。

4 防范措施

加强EH 油系统运行情况的监视及阀门油动机回油管温度。EH油系统运行时，油泵电流和系统油压相对来说都是比较稳定的，两者一旦出现偏离正常波动范围的变化，排除油泵故障和管路泄露的情况下，一定是阀门的液压系统发生内漏；而各阀门油动机回油管温度的高低比较，也是油动机内部是否存在内漏的最直观的表象，再通过对该油动机各电磁阀阀块测温对比，能够及时准确判断出各配汽阀门油动机液压部件内漏故障。

EH 油是保证汽轮机调节系统控制准确性和灵敏性的重要介质［23］。EH油颗粒度、水分等超标，当这些劣化产物多至一定程度时，不仅对金属有一定的腐蚀性［24-27］，产生的沉积物可致使电磁阀、伺服阀、节流孔等堵塞或卡死而被迫停机［28］。阀门松动试验主要是检测处于全开状态的主汽门、调节汽门是否能够灵活关闭，可以很方便地判断出阀门是否卡涩［29-31］，避免阀门被卡死在某一固定位置。

5 结语

本文故障现象分析、处理以及防范措施适用于上海汽轮机厂引进西门子技术超超临界机组配汽阀门故障处理过程；通过本次故障处理，积累了经验，熟练掌握了油动机上进行电磁阀、插装阀等液压部件拆装，及专用工具解体方法，较准确地判断检修工时，形成一套完整的在机组运行中更换内漏部件的检修措施。如果短时间更换内漏部件，机组负荷可在700 MW下进行，2-4 个小时以内；如果大于4 个小时，须控制机组负荷在500 MW以内。

针对本文中1 000 MW 超超临界机组运行中汽轮机配汽阀门出现异常关闭故障，再次强调在油动机检修或返厂检修后，一定加强对液压部件质量验收把关，确保无残余屑质，避免同类型故障频繁发生，影响机组安全稳定运行及参与一次调频和深度调峰。