大港电厂3、4号机组调速汽门摆动故障分析
陈飞
天津大港发电厂(天津 300272)
中国华北电力集团公司生计部［1998］1号文《重申热工监督工作中的若干规定》强调：“……各厂各级领导及相关专业人员应结合本厂实际情况，认真总结这次事故教训,吃一堑，长一智，……，主动，超前，深层次抓好热工监督工作……，从根本上扭转安全局面。”根据此文件精神以及近年来涉及热工监督不力而造成的严重事故的深刻教训，特撰此文。
大港电厂3、4号机组的调速系统采用的是ESACONTROL公司设计制造的模拟电液调节系统。调速执行机构由ANSALDO公司提供。从1991年底投产至今，两台机组调速汽门或大或小共有20多次摆动。一般多发生在160～328 MW之间。最严重的时候引发机前压力波动幅度加剧而导致汽包水位不稳定。虽然对反馈等许多信号进行过长时间监视，但仍不能判定关键所在。这是因为伺服阀调节回路是闭环的。其中任何一个节点出现扰动，甚至一个偶然事件也会引发振荡。所以现今只能罗列各种因素，逐一分析，逐一采取措施，破坏加剧振荡的基础，抑制触发振荡的诱因，尽量做到有备无患。在保证调速系统的灵敏度和准确度的基础上，调整某些参数，使其处于一个合适的位置，以阻滞振荡的加深。
1 调速汽门摆动故障的现象
1.1 通常的现象
据不完全统计，2台机组出现摆动的次数最多的负荷点是260 MW左右。最大摆动幅度约为满开度的30%。持续最长的一次大约4 min(人为干予后停止)。出现摆动的最低负荷是160 MW，最高负荷为328 MW。摆动频率大约在1～5次/s。每当阀门摆动，使实际负荷亦随着波动。虽然实际机组转速并未异常，没有出现因阀门摆动而使机组解列的事故，但是机组的振动、轴向位移、差胀等参数却有明显的变化，机前压力也大幅波动，这样，对机组的安全性、经济性和寿命均有不良的影响。
1.2 最近出现的新现象
由220 MW开始，负荷下降而调速汽门反馈却不动，直至160 MW，阀门猛然有个阶跃式下关动作。再由160 MW升负荷时，调速汽门在上升，而负荷却迟迟不动，到了一定开度后 ，负荷亦呈一个阶跃式的上升动作，至220 MW左右。
值得注意的是：每次摆动，只要投入负荷限制器，阀门摆动的幅度就有所抑制。不论是协调系统控制阀门还是手动控制阀门。当运行人员采取一系列措施后，一般均可彻底制止摆动。究竟什么原因能够诱发振荡?究竟什么原因又能够使振荡加剧呢?又有什么方法能够消除或抑制这种令人不安的摆动呢?
2 故障原因分析
2.1 调速汽门控制回路原理分析
由图1可以看出转速控制是闭环控制，而负荷控制是开环控制。实际有4个调速汽门,分成上下两组，由两个油动机驱动，图1标出的只是1组阀门的控制回路。事实上，在开度/流量非线性补偿环节之前(包括该环节)，两组执行器用的是相同的电路，而摆动又往往是两组同时发生，所以似乎是它们的公共部分产生摆动的诱因的可能性大一些。但是，假如单独一组阀门的独立回路产生振荡，那么通过转速和机前压力信号的波动也能引起公共回路的振荡，因而另一组阀门也会振荡起来。既然负荷限制器的投入可以有效地抑制摆动幅度 ，那么首先从限制器或开度/流量非线性补偿单元之前进行分析。
在图2中，如果负荷给定信号不是由协调系统提供(其实，在协调方式下，来自外部的负荷指令信号也可能有波动，但不是本文讨论范畴)，那么相当稳定的负荷给定器在没有外界干扰的情况下，是不会发出扰动的。而实际上在运行人员提供的信息中，并没有说在阀门摆动时，负荷程序器有紊乱的现象。因此，为便于分析，暂时认定负荷给定信号是稳定的。在另外两路中，速度变动率目前整定在5%处，PA/FA信号在全周/部分进汽切换完成后 ，该信号基本上保持不变。如果把模件本身热性能不良造成上述两信号波动的诱因除外(待后述)，那么只剩下速度偏差这个信号了。
转速偏差回路是通过电子元件、伺服阀、调速汽门、汽轮机、转速捡拾器等一系列环节形成的调节回路。实际上机组转速在机组没有解列之前是固定的。如果说转速偏差信号对阀门波动有作用的话，也只能是转速信号和给定信号本身的问题，因为转速信号是高频信号，因此传输信号的电缆质量和屏蔽问题一定要解决好。实践中，屏蔽问题的处理应注意以下几点：(1) 电线和屏蔽网的质量；(2) 屏蔽线的接法；(3) 屏蔽接地的稳定性和选择的正确性；(4) 机组启动后，温度、磁场等环境条件对屏蔽的影响。
另外，控制柜和模件环境温度应该调整到合适的度数，以避免由于元件热性能不良所造成的信号波动。
注意图1、2，如果投入负荷限制器，使单纯的负荷限制信号直接作用在“开度/流量非线性补偿器”之前，相当于减少了许多干扰切入点，而且，把控制回路变成了开环控制,有效地阻止了振荡的加剧。
2.2 调节回路分析
调节回路包括：阀位传感器、电子元件、伺服阀、油动机、油系统、执行器。
2.2.1 阀位传感器
参见图3，它由模件中的振荡源给传感器的线圈(A、C两端)激磁，线圈中间的滑铁随阀门传送机构的移动而移动，使得线圈输出的电压(A、B两端)发生变化。由于振荡源的频率为3 000Hz，因此信号线的质量和屏蔽相当重要。在安装上，一方面用定位销把传感器本身固定牢固，使之不会随阀门振动而振动，另一方面，在传送杆方向上要把带弹簧的滑块适当地锁定在反馈杆上，用弹簧的张力克服连接件上的间隙，以免传送杆在抽送过程中产生振荡。其接线应减少中间环节，尤其是现场部分连接头最好焊死。
2.2.2 电子回路
如果电子元件热性能不好，信号也会产生波动，且不易检测。但如果在反馈信号解调过程中增大其惯性，应对振荡有抑制作用，而不应影响反应的及时性和灵敏度。
2.2.3 伺服阀
伺服阀也叫电液转换器，是一个具有二级液压放大功能的电液转换器。由力矩电动机 、喷管放大器、滑阀放大器组成(见图4)。液压油入口配有储能器。喷射管由力矩电动机的电枢带动。当力矩电动机绕组中电流为零时，电枢和喷射管停在中间位置。两个接收油口的油压相等。二级滑阀两端油压相等，使滑阀位于中间位置。可见使阀门频繁摆动的动力就是力矩电动机使入口的液压油压力波动。当然，当驱动力矩电动机的电流反复变化时，阀门自然也要摆动。这里仅仅讨论伺服阀，要求流经喷射管的液压油压力稳定。另一方面要注意储能器中的压力，要足以维持油压稳定。再者要保持滤网的通畅和油的纯净。
2.2.4 执行机构
调速汽门分组方式为：1、3号为一组，在上部；2、4号为一组，在下部。按照1—2—3—4号的顺序依次开启。伺服阀控制下的油动机驱动一个杠杆，这个杠杆的另一端装在一组调速汽门的凸轮轴上，4个凸轮轴各控制一个阀门，它们的外形曲线和开启时机的设计符合以下原则：使进汽产生的功率和动力汽缸冲程成一直线关系。事实上，机组实测阀门重叠度与设计重叠度有一定偏差。经分析比较发现阀门开度与进汽量的关系曲线并不令人满意 。这可以说明阀门开度与负荷为何不协调的现象，但用来作为说明阀门摆动理由并不充分,关键在于功率信号并不参与调节，不容易形成振荡，然而作为诱因，诱发回路中其他潜在因素形成振荡这还是有可能的。因为原设计负荷指令应该与进汽量成线性关系，但如果由于阀门重叠度不理想，在某一位置改变了设计的关系曲线，则回路便在超调和回调之间动作 ，必然就会引起振荡。如果投入协调系统，那么主汽压力的波动无疑会使调节回路的振荡更加剧烈。即使热工人员校准了“开度/流量非线性补偿器”的每一个函数发生器，如果对应着一个不符合原设计的执行机构，那也不会取得预期的效果。
2.3 电气控制回路的抗干扰性
对于电源保护低于额定值80%即跳闸的电调系统，因电源波动而导致阀门调节回路波动的情况至今尚未发生过，对于输入输出信号的隔离也尚未构成阀门摆动的诱因。因此，问题就集中到模拟地的品质。模拟地AGND不仅是整个电调系统直流22 V工作电源的公共地，而且也是转速信号和阀位反馈信号的屏蔽接地。正因为它与现场关系紧密，所以，安装后未启动和启动后的品质出现不一致的可能性也有的。如果安装稍有不当，尽管静态时测量得满意，而启机后加上振动、温度场和电磁场等作用，那么，薄弱处的屏蔽功效可能要打些折扣，当然经过努力，这个隐患最终是可以消除的。另外，也存在一些偶发因素，测量时很难发现，而一旦满足条件，其不良影响就会暴露出来，比如高频信号电缆处有小块屏蔽网折破。当然，用万用表是不易查到的，那么，在启动给水泵等大型机器时，干扰就会进入控制回路。这种现象确实发现过，而经过处理后，一切恢复正常。仅仅是因为电缆表皮出现一小块破损而已，大致半粒大米那么大小。
3 结束语
罗列了许多使阀门摆动的原因，并不是肯定上述因素全是引发异常的祸首。但有一点是肯定的：如果把上述问题一一处理得当，至少在诱发振荡产生时其幅度要减小不少。实践中，重点应关注以下几点：①整个系统接地的稳定性和抗干扰性；②屏蔽问题的妥善处理；③控制和执行各环节中各功能单元的校准；④液压油供油压力的稳定；⑤现场安装元件的稳定性和抗振性
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