調整DEH閥門(mén)控制方式抑制汽機間歇性振動(dòng)的嘗試

　　對某310MW 汽輪發(fā)電機組2號軸承振動(dòng)頻繁間歇性波動(dòng)的原因進(jìn)行分析，指出1號高壓進(jìn)汽調門(mén)(GV1)遲緩率過(guò)大和油檔積碳是導致機組軸振異常的主要因素。由于在機組運行中不具備檢查處理的條件，于是從熱控專(zhuān)業(yè)角度通過(guò)在單閥方式下對汽輪機進(jìn)汽方式的實(shí)際調整試驗，找出了GV1開(kāi)度對2號軸承振 動(dòng)及軸瓦溫度等參數的影響規律，并在DEH控制系統中通過(guò)對GV1閥門(mén)控制方式進(jìn)行臨時(shí)調整，大大降低了2號軸承振動(dòng)波動(dòng)的頻次和幅度，有效抑制了振動(dòng)間歇性頻繁增大的現象，確保了機組在計劃停機檢修前的安全穩定運行，收到良好效果。

　　神華國能哈密煤電公司大南湖電廠(chǎng)1號機組汽輪機為北京北重汽輪電機有限責任公司引進(jìn)法國ALSTOM公司技術(shù)生產(chǎn)的NCK310-17.75/540/540型亞臨界、中間一次再熱、三缸、雙排汽、單軸、直接空冷抽汽冷凝式汽輪機，DEH 系統采用上海新華控制工程公司的DEH-V型數字電液調節系統，機組于2011年9月底投產(chǎn)發(fā)電。自2012年1月初開(kāi)始，該機組2號軸承X、Y 向振動(dòng)出現頻繁間歇性波動(dòng)的情況，振動(dòng)峰值也越來(lái)越大，最高達到 223μm，并且振動(dòng)異常發(fā)生的頻率也越來(lái)越高，嚴重威脅著(zhù)汽輪發(fā)電機組安全運行和對當地居民的可靠供暖。

　　國電發(fā)[2000]589號《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點(diǎn)要求》在關(guān)于防止汽輪機大軸彎曲、軸瓦燒損事故中明確規定： 當軸承振動(dòng)變化±0.015mm或相對軸振動(dòng)變化±0.05mm，應查明原因設法消除，當軸承振動(dòng)突然增加0.05mm，應立即打閘停機。針對這一問(wèn)題，技術(shù)人員進(jìn)行了認真的分析查找，發(fā)現1號高壓調門(mén)(GV1)遲緩率過(guò)大和油檔積碳是導致機組軸振異常的主要因素，由于在機組運行中并不具備檢查處理的條件。于是通過(guò)在單閥方式下對汽輪機進(jìn)汽方式的實(shí)際調整試驗，并從熱控專(zhuān)業(yè)角度在DEH控制系統中對GV1閥門(mén)控制方式進(jìn)行臨時(shí)調整，大大降低了2號軸承X、Y向振動(dòng)的波動(dòng)頻次，同時(shí)將2X、2Y振動(dòng)最大幅值控制在110μm以下，有效抑制了振動(dòng)間歇性頻繁波動(dòng)的現象，確保了機組在計劃停機檢修前的安全穩定運行，收到良好效果。

1、振動(dòng)特征及原因分析

　　1.1 振動(dòng)特征

　　根據汽輪機制造廠(chǎng)要求，機組投運半年內汽輪機必須保持在單閥方式運行，采用全周進(jìn)汽節流調節，以增加葉片的機械可靠性。該機組共配置有2個(gè)高壓主汽門(mén)(TV) 、4個(gè)高壓調門(mén)(GV) 、2個(gè)中壓主汽門(mén)(RSV) 、2個(gè)中壓調門(mén)(IV) 、1個(gè)旋轉隔板(CV) ，由于工業(yè)抽汽暫未投用，機組正常運行時(shí)TV、RSV、IV、CV 全開(kāi)，4個(gè)高壓調門(mén)(GV1、GV2、GV3、GV4) 同步動(dòng)作對機組負荷進(jìn)行調整。該機組投運后不久就開(kāi)始發(fā)生2號軸承間歇性振動(dòng)的問(wèn)題，隨著(zhù)運行時(shí)間的延長(cháng)，2X、2Y軸振波動(dòng)的頻率越來(lái)越頻繁，振動(dòng)幅度也越來(lái)越大，在振動(dòng)增大的過(guò)程中軸承溫度也相應升高，具體情況如圖1示。

圖1 軸承振動(dòng)與閥門(mén)開(kāi)度趨勢圖

　　從這張隨機調取時(shí)間長(cháng)度為8.5h的趨勢圖中可以看出：在機組實(shí)際功率基本穩定的情況下，2X、2Y振動(dòng)共發(fā)生較大的波動(dòng)15次，最短間隔時(shí)間為6min，其中兩次最大的波動(dòng)振幅均超過(guò)194μm，并且間隔時(shí)間很短僅為4.5h左右。2X、2Y軸振變化的趨勢幾乎完全相似，圖中GV1閥門(mén)開(kāi)度也頻繁擺動(dòng)，變化趨勢正好與之對應并且變化方向相反，即當GV1開(kāi)度增大時(shí)，2X、2Y振動(dòng)減小，當GV1開(kāi)度減小時(shí)，2X、2Y振動(dòng)變大。

　　1.2 原因分析

　　汽輪機處在單閥方式下運行時(shí)，4個(gè)高壓調門(mén)接收同一閥位指令，同時(shí)動(dòng)作并且開(kāi)度應基本一致。從圖1也可以看出GV2開(kāi)度、GV4開(kāi)度變化趨勢一致，GV3開(kāi)度也基本與之重合，而GV1在閥位指令基本保持不變的情況下，閥門(mén)卻出現突然下關(guān)開(kāi)度減小的現象，當開(kāi)度關(guān)小到一定程度后，GV1又被指令重新拉回。

　　GV閥門(mén)伺服控制系統的原理如圖2示。

DEH - 閥門(mén)指令; OFFSET - 偏置; AST - 遮斷指令;S- 伺服閥上電壓值; P- 閥門(mén)位置反饋

圖2 伺服控制系統原理圖

　　伺服系統工作原理： DEH輸出的信號到VCC卡，轉換為閥位指令，功放輸出S去控制伺服閥油動(dòng)機。油動(dòng)機位移經(jīng)LVDT變送器轉換為位置反饋電壓信號P到綜合放大器與閥位指令相比較，當其二者相等時(shí)，油動(dòng)機穩定在某一位置上。

　　調取GV1開(kāi)度異常擺動(dòng)時(shí)各伺服控制參數的趨勢如圖3示。

圖3 GV1伺服控制參數趨勢圖

　　從圖3中可以看出GV1伺服控制系統特性較差，閥門(mén)遲緩率偏大。2012年1月30日7：02：04至 7：02：44，GV1指令在 29.7% ～ 30.2% 范圍內基本保持不變的情況下，GV1閥位突然開(kāi)始下溜，由29.8% 關(guān)小至23.4% ，期間2X軸振由107μm增大至116μm，2Y軸振由108μm增大至128μm。由于GV1指令不變的情況下而實(shí)際閥位關(guān)小，伺服閥上電壓S值隨之由0.06V增大至0.28V，在較大S值的作用下使伺服閥滑閥移動(dòng)又將GV1開(kāi)度緩慢拉回，7：02： 44至7：08：31，GV1閥位由23.4% 逐漸開(kāi)大至29.9% ，伺服閥上電壓S值由0.28V減小至0.10V，閥門(mén)伺服控制系統重新達到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，期間2X軸振由116μm 降低至106μm，2Y軸振由128μm降低至109μm。

　　基于以上分析，認為造成2號軸承振動(dòng)頻繁間歇性波動(dòng)的主要原因是GV1伺服控制系統特性較差，閥門(mén)遲緩率偏大。GV1閥門(mén)周期性的開(kāi)度下溜和拉回，使單閥方式下4個(gè)高壓調門(mén)進(jìn)汽流量不均，在汽輪機調節級處會(huì )產(chǎn)生較大的配汽不平衡汽流力，從而引發(fā)調節級附近的2號軸承振動(dòng)出現間歇性頻繁波動(dòng)。而每隔4個(gè)多小時(shí)的較大幅度振動(dòng)(振幅超過(guò)194μm)，認為可能是2號軸承處油垢物與轉子接觸擠壓造成局部高溫碳化，產(chǎn)生的積碳使油檔間隙變小，直至與轉子碰觸產(chǎn)生的摩擦振動(dòng)，但在機組正常運行中不具備對油檔進(jìn)行檢查和清理積碳的條件。

2、閥門(mén)調整試驗的過(guò)程

　　針對GV1伺服系統遲緩率偏大這一問(wèn)題，分析認為根本原因是EH抗燃油品質(zhì)惡化( 經(jīng)實(shí)際化驗為9級，達不到6級標準的要求造成GV1伺服閥內部異常特性變差。伺服閥雖然設計可以在線(xiàn)檢查更換，但必須將GV1全部關(guān)閉并切斷高壓進(jìn)油后才能進(jìn)行，而在實(shí)際GV1強制下關(guān)的過(guò)程中2號軸承振動(dòng)隨之迅速增大，如果全部關(guān)閉，則會(huì )使振動(dòng)繼續增大至危險值必須停止機組運行，因此當時(shí)并不具備在線(xiàn)檢查更換的條件。于是決定一方面加大對EH油的濾油和再生，同時(shí)加強對EH油質(zhì)的化驗監督，盡快恢復提高EH油品質(zhì)等級，另一方面開(kāi)始對閥門(mén)控制方式進(jìn)行調整試驗，以期找到一種合適的針對GV1伺服系統異常情況下的特殊控制方式，使GV1開(kāi)度變化及油擋積碳對2號軸承振動(dòng)的影響得到抑制。

　　該機組4個(gè)高壓調門(mén)和轉子位置示意圖分別如圖4、圖5示。

圖4 調門(mén)布置示意圖

圖5 轉子在軸承中位置示意圖

　　調整試驗時(shí)，在單閥方式下將GV1指令切為手動(dòng)控制，人為控制其開(kāi)度指令，手動(dòng)以1%的幅度逐漸開(kāi)大或關(guān)小GV1，觀(guān)察GV1開(kāi)度對2號軸承振動(dòng)和軸承溫度的影響規律。同時(shí)要求運行人員密切監視機組軸系振動(dòng)和軸瓦溫度等主要參數變化，調整試驗過(guò)程中如遇有異常情況，及時(shí)打閘停機按照規程進(jìn)行事故處理。試驗過(guò)程的情況如圖6示。

圖6 閥門(mén)調整試驗過(guò)程趨勢圖

　　根據運行經(jīng)驗和制造廠(chǎng)提供的閥門(mén)-流量特性曲線(xiàn)，4個(gè)高調門(mén)開(kāi)度在45%時(shí)基本可以帶滿(mǎn)負荷運行，45%至100%開(kāi)度變化時(shí)對蒸汽流量的影響較小。因此強制GV1指令，人為控制GV1開(kāi)度，以1%的幅度逐漸開(kāi)大GV1閥門(mén)( 指令變化范圍 28% ～ 45% )，發(fā)現當GV1開(kāi)大時(shí)，2X、2Y振動(dòng)明顯降低，但軸承溫度逐漸升高; 強制GV1指令，人為控制GV1開(kāi)度，以1%的幅度逐漸關(guān)小GV1閥門(mén)( 指令變化范圍45%～ 28% )，發(fā)現當GV1關(guān)小時(shí)，2X、2Y 振動(dòng)明顯增大，但軸承溫度逐漸降低。如果GV1開(kāi)度相對較大，則對2號軸承振動(dòng)幅度的抑制作用很明顯，試驗過(guò)程中GV1指令在45%，其他3個(gè)閥門(mén)指令均在25%時(shí)，2X振動(dòng)最低降至76μm，2Y振動(dòng)最低降至59μm，但是軸承溫度卻升高至76. 8℃ ，而且有繼續上升的趨勢。試驗中也嘗試著(zhù)對GV4進(jìn)行調整試驗，通過(guò)增大GV4開(kāi)度同樣給轉子向上托舉的力，但發(fā)現在GV4手動(dòng)開(kāi)大的過(guò)程中，2X 軸振、2Y軸振出現明顯的增大并出現圖中的波峰，考慮到GV4伺服系統特性較好，未再對其進(jìn)行調整。

　　經(jīng)過(guò)反復的調整試驗，認為正常帶供熱負荷運行中GV1在35%指令時(shí)，固定指令盡量使其保持在相對固定的開(kāi)度，避免指令隨負荷頻繁改變時(shí)由于伺服系統遲緩率大引起GV1實(shí)際閥位隨之頻繁波動(dòng)，同時(shí)使GV1相對于其他3個(gè)高調門(mén)保持在一個(gè)相對較高的開(kāi)度，給轉子一個(gè)向上托舉的附加力使2號軸承承載減小，最小油膜厚度增大，這樣相對可以將振動(dòng)控制在較低范圍之內，同時(shí)軸承溫度也不至于升高過(guò)大。當機組帶高負荷運行時(shí)將GV1指令自動(dòng)放開(kāi)，讓GV1和其他幾個(gè)調門(mén)同步開(kāi)大進(jìn)行負荷調整，根據閥門(mén)流量特性，GV1閥門(mén)在較高開(kāi)度時(shí)，其下溜和拉回的小幅開(kāi)度波動(dòng)對進(jìn)汽流量影響不大，因此對2號軸承振動(dòng)產(chǎn)生的影響也較為微弱。

3、調整方案及運行注意事項

　　3.1、閥門(mén)控制方式的調整方案

　　經(jīng)過(guò)對該機組進(jìn)汽方式的上述調整試驗，決定在機組具備檢修條件對GV1伺服系統、汽機軸承及油檔等進(jìn)行檢查處理之前，先在DEH控制系統中臨時(shí)采取以下措施：

　　(1)將GV1閥門(mén)指令設定在35%到100%之間。(即單閥方式下高調門(mén)指令在35%以下時(shí)，GV1保持35%指令，當高調門(mén)指令在35%以上時(shí)，GV1和其它3個(gè)調門(mén)同時(shí)隨機組負荷變化調整) 。

　　(2)當發(fā)生汽機103%超速或機組跳閘時(shí)，在安全油母管泄油的同時(shí)將GV1閥門(mén)指令清零。

　　3.2、閥門(mén)控制方式調整后運行注意事項

　　由于該機組為中壓缸啟動(dòng)，機組啟動(dòng)掛閘后，主汽門(mén)和中主門(mén)自動(dòng)全開(kāi)，因此對GV1閥門(mén)控制方式進(jìn)行上述調整后，提示運行人員注意以下情況：

　　(1)當機組運行中發(fā)生故障跳閘時(shí)，雖然安全油管失壓使GV1閥門(mén)實(shí)際關(guān)閉，但一旦重新掛閘將跳閘信號復位后，GV1 會(huì )接收35%的指令重新開(kāi)啟，因此跳閘后運行人員應先聯(lián)系熱控人員將GV1指令解除上述限制后再重新掛閘，避免引起機組超速。

　　(2)當機組計劃停機時(shí)，運行人員可提前通知熱控人員將GV1指令解除限制，恢復上述臨時(shí)措施，按照規程正常停機。停機后由檢修人員對汽輪機調速系統和軸承油檔進(jìn)行徹底地檢查處理。

4、閥門(mén)控制方式調整后的效果

　　2012年1月31日晚對GV1閥門(mén)控制方式采取上述臨時(shí)調整措施后，2號軸承振動(dòng)的情況如圖7示。

圖7 GV1控制方式調整后的振動(dòng)趨勢圖

　　從這張時(shí)間長(cháng)度為48h的趨勢圖可以看出，在2月1日22：00至2月3日22：00期間，機組負荷在160～292MW范圍變化，GV1開(kāi)度范圍在32%～83%之間，其余三個(gè)調門(mén)開(kāi)度在18%～83%之間隨負荷變化進(jìn)行調整，2號軸承振動(dòng)間歇性波動(dòng)的情況大大減少，同時(shí)振動(dòng)的幅值也得到了有效抑制，2X軸振正常在90μm左右，最大值被控制在105μm以下，2Y軸振正常在80μm左右，最大值被控制在107μm以下，2號軸承溫度也在正常范圍之內變化。調整GV1閥門(mén)控制方式有效抑制了2號軸振的頻繁間歇性波動(dòng)，取得了很好的效果。

5、結語(yǔ)

　　針對該機組2號軸承振動(dòng)頻繁間歇性波動(dòng)增大的問(wèn)題，在機組不具備檢修條件的情況下從DEH控制系統中采取臨時(shí)性措施，對汽輪機進(jìn)汽閥門(mén)的控制方式進(jìn)行調整，有效抑制了軸振波動(dòng)的頻次和幅度，使機組安全平穩地度過(guò)了迎峰度冬保障供暖的特殊時(shí)期，并確保了機組在計劃停機檢修前的安全運行，是在機組運行中從熱控專(zhuān)業(yè)角度采取措施抑制汽輪機軸承振動(dòng)的一次成功嘗試。后來(lái)在機組計劃停機檢修中，安排對GV1伺服閥閥體進(jìn)行更換，由汽機專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對汽輪機2號軸承及油檔積碳進(jìn)行徹底檢查，清理積碳并對油檔實(shí)施氣密封改進(jìn)，從根本上解決了由于GV1遲緩率偏大和油檔積碳導致2號軸承頻繁間歇性振動(dòng)的問(wèn)題。

　　EH 油品質(zhì)同伺服閥的壽命及DEH控制系統的穩定運行密切相關(guān)。今后我們還需要切實(shí)做好EH油及調速系統的運行和維護工作，一方面在檢修中對伺服閥及濾網(wǎng)進(jìn)行定期檢查清洗或更換，并按規定進(jìn)行閥門(mén)靜態(tài)試驗、遲緩率測試等試驗; 另一方面在運行中要嚴格執行《DL /T571—2007電廠(chǎng)用磷酸酯抗燃油運行與維護導則》的要求，加強EH抗燃油的濾油和再生，并認真做好EH油油質(zhì)定期化驗監督工作，努力提高EH油等級并保持品質(zhì)長(cháng)期穩定。