汽轮机DEH系统故障情况分析及技改措施

概述：本文主要概述了本单位5#汽轮发电机组DEH控制系统结构工作原理，比较全面讲述了5#汽轮发电机组低压透平油电调糸统所发生的故障现象和故障产生的原因分析，并提出了针对本故障产生原因所根治的技改措施。

一、5#汽轮发电机组DEH控制系统工作原理及结构：

5#汽轮发电机组使用的是武汉汽轮机厂低压透平油电调配套和利时的DEH系统。本系统的电气部分采用和利时DEH的FM146A伺服模块，伺服模块与液压系统的接口部件采用MOOG D634_DDV阀。该机组设有主汽门一只，受安全油控制。一只高调油动机及一只中压油动机各配置一只MOOG D634_DDV阀控制。

采用DEH数字式控制系统突出的优点是能利用计算机的复杂算法,实现功率、抽汽压力的解耦控制，即保证调节的自治性能。调节过程有如下二种方式：

 1. 当电功率变化时，DEH接受转速信号，通过解耦后，发出阀位指令信号，经伺服放大器放大后，由DDV阀将电信号转换成液压信号，控制高、中压油动机同方向开或关，来增大或减小汽轮机的功率，而使抽汽量不受影响。  D$ r2 T5 J& E- L3 V
    2. 当中压抽汽量变化时，例如：中压抽汽量增加，使中压抽汽压力降低时，由抽汽压力变送器将信号送入DEH，经解耦后，发出阀位指令信号，经伺服放大器放大后，通过高压DDV阀控制高压油动机开大高压调节汽阀；通过中压DDV阀控制中压油动机将中压调节汽阀（或旋转隔板）关小，使中压抽汽量增加，而不影响汽轮机的功率。如中压抽汽量减小，则调节过程相反。这样，就可以方便而准确地实现调节自治性。

                        
                                图1 DEH系统控制工作原理图

武汽汽轮机调节系统的油动机采用的是液压反馈断流式双侧进油油动机。油动机主要由错油门和油动机活塞两部分组成。# X,

                              图2：液力弹簧油动机油路图

液力弹簧油动机的特点：错油门滑阀靠液压弹簧平衡，在平衡工况下错油门滑阀处于断流位置，将油动机活塞上下腔室的油口封住，即使油动机的负载力发生变化油动机活塞位置也不会变化。

油动机活塞上腔室接通压力油，其作用面积为下腔的一半。油动机活塞下腔室为二次脉动油，压力油通过错油门滑阀的动反馈油口进入二次脉动油路，DDV阀的可变控制油口可将压力油加入二次脉动油路，也可排放二次脉动油。平衡工况下油动机滑阀上下腔室作用力相等，二次脉动油压等于压力油压一半。

图3：油动机滑阀等效油路图

    为适配DEH数字电液控制系统，在油动机活塞杆上增设双冗余LVDT，作为油动机行程的反馈定位用，在每只油动机的脉动油路上分别设置可调节流阀，用以调整油动机的错油门偏置，使当DDV阀失电时，油动机能自动关闭。保安系统部分为武汽型汽轮机的传统结构。还增设如下部件: 每只高、中压油动机增设双联OPC电磁阀，以防止汽轮机甩负荷动态超速。增设一个磁力断路电磁阀，它接受该机组DCS系统保护信号，当磁力断路电磁阀动作时泄保安油，通过危急遮断滑阀动作泄安全油及高、中压油动机脉动油，使机组停机。在安全油路上设3只压力开关，给DEH系统信号，用于指示安全油压及联锁保护。P1

二、DEH电液控制系统故障情况分析:

该糸统自2005年开机至今以投运7年多时间，头几年DEH控制系统一直比较正常，(只出现过一次LVDT油动机行程的反馈传感器故障,更换LVDT后故障消除了)未出现过什么故障，至2010后DEH控制系统开始断续出现故障。

(一).故障现象：

1.  DEH系统、高、中调门在给定值没有改变的情况下，油动机行程发生漂移， DDV阀阀位开度也跟进行调整（根据趋势图分析，油动机动作在先），相应的汽机负荷随之波动，油动机行程反馈值与给定信号产生偏差值，但到一定程度后偏差值又不再增大；

2.  高、中调门油动机行程发生往正向漂移时，DDV阀阀位开度往负向进行调整；油动机行程发生往负向漂移时，DDV阀阀位开度往正向进行调整；

3.  每次油动机行程发生漂移时的范围不等，没有周期性的规律是随动的，漂移的范围一般在百分之几到十几、二十几 ，也有个别情况漂移的范围较大到40%，使中调门开度全开顶死及高调门无法继续控制油动机开度而导致停机。

4.  通过多次故障发生时的情况视察，系统存在这样一种现象，只要油系统的油压或流通量波动较大，就导致脉冲油压发生波动，调门相应的发生改变，DDV阀随着调门的开度变化而进行调整，从而导致给定值与行程反馈的偏差增大。

一般在以下几种情况发生故障的机率最大：（1）开机后主油泵工作仃用电动油泵时；（2）开机后在大负荷调整时；（3）仃机状态起/仃电动油泵时，这样造成几乎在每次开机时由于油动机行程发生漂移，必须对高、中调门进行多次整定，当误了开机时间。

(二).故障分析：

经过多次故障发生时对DEH电液糸统的检查：

1.  在调门发生偏差以后，热电DEH维护人员对DEH伺服模块对油动机LVDT行程反馈装置的激励电压和反馈电压进行了测试，均在正常值范围以内。油动机行程漂移与DDV阀阀位调整是反向的且漂移到一定程度后偏差值又不再增大，这说明油动机行程反馈装置和DEH电液伺服模块是正常的。

    2.  DEH系统、高、中调门的整定，都是按武汽提供的北京和利时低压透平油DEH系统            的整定手册来执行的，开机前作模似试验高、中调门都能正常运行，因此不存在整定不正确的原因。

3.  DDV阀在停机以后，挂闸，对调门重新进行整定，在重新整定后，可以受控且精度能达到要求，反复几次都能通过，因此可排除了DDV阀设备故障的可能性。

根据以上现象，通过多次检查、分析认为：由于低压透平油电调系统调节保安油与润滑油是共用同一油源，所以油质清洁度很难保障

(MOOG的污染等级标准是美国飞机工业协会（ALA）、美国材料试验协会（ASTM）、美国汽车工程师协会（SAE）联合提出的标准MOOG的污染等级标准，各等级应用范围：0级：很难实现；1级：超清洁系统；2级：高级导弹系统；3级、4级：一般精密装置（电液伺服机构）；5级：低级导弹系统；6级：一般工业系统。
     MOOG4级要求（颗粒数/mL）：5～10μm：32000；10～25μm：10700；25～50μm：1510；50～100μm：225；＞100μm：21)

高压抗燃油要求NAS五级,(NAS:美国国家科学学会(National Academy of Sciences)制定的油液污染度等级标准。)

加之DEH糸统长期运行后油压调节系统的液压集成块、可调节流阀、DDV阀、油动机错油门均存在油质污染问题，导致脉冲油压波动，特别是在油系统的油压或油的流通量波动较大的惰况下，因为DDV阀或油动机错油门滑阀阀芯间隙很小，在0.02～0.03mm左右，若油中的杂质微粒随油进入DDV阀或油动机错油门滑阀，阻塞间隙，就造成经常卡瑟。从而引起上述故障的发生。在2011年召开的故障分析会上我们曾提出过建议, 建议汽机专业更换低压透平油,清洗液压集成块和可调节流阀 。

三、技改方案的定制

     根据从多方面查资料了解到低压透平油电调糸统都普片存在本机组所发生的故障现象,这是由于低压透平油电调糸统存在的缺项所产生的。现在大多数低压透平油电调糸统都改造升级为自容式油动机。该种油动机没有错油门直接与DDV阀控制油路连接，且它将电调系统调节保安油与润滑油独立分离开，加装了自容式油源站避免了油液污染的问题，这样就消除了原低压透平油电调糸统存在的缺项。

(一).自容式油动机特点：

1.  糸统采用节能设计高压抗燃油，系统静态耗油接近于零，动态耗油为瞬间大流量供油，由蓄能器供给，所带油源站采用开关式调压，省去了调压耗油。

2.  采用高压供油（工作压力通常设置在12-16Mpa以内），使其静态精度和动态响应特性能达到高压抗燃油糸统的水平，同时由于采用高压供油可减小了油动机活塞的作用面相应也减小了油动机的体积。

3.  采用抗磨液压油,有效提高液压糸统性能,延长油泵及液压元件的使用寿命。同时又比高压抗燃油环保（因高压抗燃油具有剧毒性）。且粘温糸数小能适应较大范围的温度变化。

(二).自容式油动机工作原理：

1.  电机驱动齿轮油泵连续漩转，在充油电磁阀失电期间，油泵处于卸载状志，压力油的压力由蓄能器维持。油动机动作耗油后，压力油会逐渐降低。当压力低于设定值时，压力开关复位，使充油电磁阀带电，油泵顶开单向阀向蓄能器充油，使压力逐渐升高。当压力高于设定值时，压力开关动作又使充油电磁阀失电，这样反复循环。

2.  由于在稳定工况下，DDV阀处于断流位置，压力油压力缓慢小幅摆动不会影响油动机正常工作。而且蓄能器的动态响应时间讯速，完全能满足油动机动态耗油的需要。

图5：自容式油动机糸统图

三、具体技改方案：

通过查资料了解到自容式油动机是杭州和利时集团专利开发的，且该公司具有80多台套低压透平油电调糸统改造升级为自容式油动机的成功经验。固现建议使用该公司产品。其具体技改方案为：

（一）  保留原系统中的保安控制部份（保留危急遮断器、挂闸、打闸等装置）而将调节部份（原系统高调门油动机和中调门油动机等及其相关联的油管路拆卸。）全部替换，采用自容式油动机。简化液压执行器工作环节,去除原系统故障点；同时由于是独立油源，也避免了油液污染的问题。

加装：

1. 自容式油源站（高压齿轮泵、电机、压力开关、调压电磁阀和蓄能器等部件组成）增加泵站远程控制功能和双泵联锁功能。

2. 高调门自容式油动机、中调门自容式油动机、伺服阀、压力开关组件、电磁阀等部件。（压力开关组件作用是：监视保安系统安全油压，当机组打闸或者某些故障导致安全油压消失时，DEH系统控制自容式油动机快速关闭调门。）

（二）  改造后的控制方式：

1. 正常控制：

来自DEH控制器的阀位控制信号，控制DDV阀，DDV阀的可变控制油口油压发生变化驱动液压缸上/下滑动 (从而调整汽机的进/抽汽量,控制发电机的负荷) 并由LVDT反馈定位。油动机安全倍率为2倍，调压过程的油源压力变动不会影响油动机的控制能力。

2. 快关控制：

设置了快关电磁阀，可以实现“遮断”和“快关功能”。快关电磁阀为“得电动作”设计，当快关电磁阀带电时，油动机进入“打闸”状态。通过电磁阀卸掉液压缸活塞下部油压使自容式油动机快速关闭调门。防止汽轮机超速。

保安系统挂闸时，安全油压建立，通过压力开关，建立安全电压，使油动机进入“挂闸”状态。当保安系统“打闸”后，安全油压失去，安全电压失电，油动机进入“遮断”状态，通过遮断阀卸掉液压缸活塞下部油压使自容式油动机快速关闭调门。使机组停机。

中国纸业湖南沅江纸业有限责任公司

             李 明

                                                            2013-3-15