神華國能哈密煤電有限公司大南湖電廠1號機組汽輪機引進北京北重汽輪機有限公司ALSTOM技術(shù)生產(chǎn)的公司NCK310-17.75/540/540型亞臨界，中間一次再熱，三缸，雙排汽，單軸，直接空冷抽汽冷凝汽輪機，DEH該系統(tǒng)采用上海新華控制工程公司DEH-V機組于2011年9月底投產(chǎn)發(fā)電型數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。自2012年1月初以來，機組2號軸承X、Y振動峰值越來越大，最高為223μm，此外，振動異常的頻率也越來越高，嚴(yán)重威脅汽輪發(fā)電機組的安全運行和當(dāng)?shù)鼐用竦目煽抗┡?/p>

國電發(fā)2000589號《防止電力生產(chǎn)重大事故25項關(guān)鍵要求》明確規(guī)定，當(dāng)軸承振動發(fā)生變化時，防止汽輪機大軸彎曲和軸瓦燒損±0.015mm或相對軸振動變化±0.05mm，當(dāng)軸承振動突然增加0時，應(yīng)盡量消除原因.05mm，應(yīng)立即關(guān)閉。針對這個問題，技術(shù)人員仔細分析發(fā)現(xiàn)1號高壓調(diào)門(GV1）由于機組運行中沒有檢查和處理條件，因此機組軸振異常油檔積碳是導(dǎo)致機組軸振異常的主要因素。因此，通過單閥模式下汽輪機進氣模式的實際調(diào)整試驗，從熱控專業(yè)的角度DEH控制系統(tǒng)中對GV1.臨時調(diào)整閥門控制模式，大大降低了2號軸承X、Y振動波動頻率為2X、2Y最大振動振幅控制在110μm以下是振動間歇性頻繁波動的有效抑制，確保機組在計劃停機維護前安全穩(wěn)定運行，效果良好。

1 振動特征及原因分析

1.1 振動特征

根據(jù)汽輪機制造商的要求，汽輪機必須在半年內(nèi)保持閥的形式運行，并采用全周進氣節(jié)流調(diào)節(jié)，以提高葉片的機械可靠性。該配備了兩個高壓主閥(TV)、4個高壓調(diào)門(GV)、兩個中壓主汽門(RSV)、2個中壓調(diào)門(IV)、1個旋轉(zhuǎn)隔板(CV)，由于工業(yè)抽汽尚未投入使用，機組正常運行TV、RSV、IV、CV全開，4個高壓調(diào)門(GV1、GV2、GV3、GV4)調(diào)整機組負荷同步動作。2號軸承間歇性振動問題在機組投入運行后不久開始發(fā)生。隨著運行時間的延長，2X、2Y軸振波動頻率越來越頻繁，振動范圍越來越大，軸承溫度在振動過程中也相應(yīng)升高，具體情況如圖1所示。

圖1

隨機調(diào)用時間長度為8.5h從趨勢圖可以看出，在機組實際功率基本穩(wěn)定的情況下，2X、2Y振動波動15次，最短間隔6次min，最大波動振幅超過194μm，間隔時間很短，只有4.5h左右。2X、2Y軸振變化的趨勢幾乎完全相似，圖中GV1閥門開度也頻繁擺動，變化趨勢正好與之對應(yīng)并且變化方向相反，即當(dāng)GV當(dāng)開度增加時，2X、2Y減少振動，當(dāng)GV1開度減小時，2X、2Y振動變大。

1.2原因分析

當(dāng)汽輪機以單閥的形式運行時，四個高壓調(diào)門接收相同的閥位指令，同時移動和開度應(yīng)基本相同。從圖1中也可以看出GV2開度、GV4.開度變化趨勢一致，GV3開度基本與之重合，GV1當(dāng)閥位指令基本保持不變時，閥門突然下關(guān)開度降低。當(dāng)開度關(guān)閉到一定程度時，GV再次被指示拉回。

GV閥門伺服控制系統(tǒng)的原理如圖2所示。

DEH-閥門指令；OFFSET－偏置；AST-遮蓋指令；

S-伺服閥上電壓值；P-閥位反饋

圖2 伺服控制系統(tǒng)原理圖

伺服系統(tǒng)的工作原理：DEH輸出信號到VCC卡，轉(zhuǎn)換為閥位指令，功率放大器輸出S控制伺服閥油動機。油動機位移LVDT變送器轉(zhuǎn)換為位置反饋電壓信號P與閥位指令相比，當(dāng)兩者相等時，油動機穩(wěn)定在一定位置。

調(diào)取GV伺服控制參數(shù)的趨勢如圖3所示。

圖3 GV伺服控制參數(shù)趨勢圖

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從圖3可以看出GV伺服控制系統(tǒng)特性差，閥門緩慢率大。2012年1月30日7:02:04至7:02:44，GV1指令在29.7%～30.2%范圍內(nèi)基本保持不變，GV1閥位突然開始下滑，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GV當(dāng)指令不變時，實際閥位關(guān)閉較小，伺服閥上的電壓S值隨之由0.06V增大至0.28V，在較大S伺服閥滑閥在值的作用下移動GV開度慢慢拉回，7:02:44至7:08:31，GV1閥位由23.4%逐漸開大到29%.伺服閥上電壓9%S值由0.28V減小至0.10V，在2期間，閥門伺服控制系統(tǒng)再次達到新的平衡狀態(tài)X軸振由116μm降低至106μm，2Y軸振由128μm降低至109μm。

基于以上分析，認(rèn)為2號軸承振動頻繁間歇性波動的主要原因是GV伺服控制系統(tǒng)特性差，閥門緩慢率大。GV1閥門周期性的開度下溜和拉回，使單閥方式下4個高壓調(diào)門進汽流量不均，在汽輪機調(diào)節(jié)級處會產(chǎn)生較大的配汽不平衡汽流力，從而引發(fā)調(diào)節(jié)級附近的2號軸承振動出現(xiàn)間歇性頻繁波動。而每隔4個多小時的較大幅度振動（振幅超過194μm），認(rèn)為2號軸承處的油垢與轉(zhuǎn)子接觸擠壓可能會導(dǎo)致局部高溫碳化，產(chǎn)生的積碳會使油檔間隙變小，直到與轉(zhuǎn)子接觸產(chǎn)生摩擦振動，但在機組正常運行中不具備檢查和清理油檔積碳的條件。

2 閥門調(diào)整試驗過程

針對GV分析認(rèn)為伺服系統(tǒng)緩慢率高的根本原因是EH抗燃油質(zhì)量惡化(實際試驗為9級，不符合6級標(biāo)準(zhǔn)要求GV伺服閥內(nèi)部異常特性惡化。雖然伺服閥的設(shè)計可以在線檢查和更換，但必須更換GV1只有在高壓進油完全關(guān)閉和切斷后才能進行，但在實踐中GV1.在強制下關(guān)過程中，2號軸承的振動迅速增加。如果全部關(guān)閉，振動將繼續(xù)增加到危險值，必須停止機組運行。因此，當(dāng)時沒有在線檢查和更換的條件。所以我決定一方面增加EH加強油濾油和再生EH盡快恢復(fù)和改進油質(zhì)檢測監(jiān)督EH另一方面，油質(zhì)等級開始調(diào)整閥門控制模式，以找到合適的目標(biāo)GV1伺服系統(tǒng)異常情況下的特殊控制模式GV抑制了油檔積碳對2號軸承振動的開度變化和影響。

機組四個高壓調(diào)門和轉(zhuǎn)子位置示意圖分別如圖4和圖5所示。

圖4

圖5 軸承位置轉(zhuǎn)子示意圖

調(diào)整試驗時，在單閥方式下將GV1指令切割為手動控制，手動控制其開度指令，手動逐漸開放或關(guān)閉1%GV1，觀察GV1開度對2號軸承振動和軸承溫度的影響規(guī)律。同時，要求操作人員密切監(jiān)測軸系統(tǒng)振動、軸瓦溫度等主要參數(shù)的變化，調(diào)整試驗過程中的異常情況，按規(guī)定及時關(guān)閉事故。試驗過程如圖6所示。

圖6

根據(jù)制造商提供的運行經(jīng)驗和閥門流量特性曲線，4個高調(diào)門開度在45%時基本可以滿載運行，45%至100%開度變化時對蒸汽流量影響不大。因此，強制性GV指令，人工控制GV1開度以1%的幅度逐漸擴大GV1當(dāng)發(fā)現(xiàn)閥門(指令變化范圍為28%~45%)時GV1開大時，2X、2Y振動顯著降低，但軸承溫度逐漸升高；強制性GV指令，人工控制GV1開度以1%的幅度逐漸關(guān)閉GV1當(dāng)發(fā)現(xiàn)閥門(指令變化范圍為45%~28%)時GV1關(guān)小時，2X、2Y如果振動顯著增加，但軸承溫度逐漸下降。GV1開度相對較大，對2號軸承振動范圍的抑制作用明顯。GV1.指令為45%，其他3個閥門指令為25%X最小振動降至76μm，2Y最小振動降至59μm，但是軸承溫度卻升高至76.8℃，而且有持續(xù)上升的趨勢。試驗也試圖正確GV4通過增加調(diào)整試驗GV4開度也向上托起轉(zhuǎn)子的力，但現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了GV在手動開大的過程中，2X軸振、2Y考慮到軸振顯著增加和圖中的峰值，GV伺服系統(tǒng)特性好，不再調(diào)整。

經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整試驗，認(rèn)為正常帶供熱負荷運行中GV1.在35%的指令中，固定指令應(yīng)盡可能保持在相對固定的開度，以避免伺服系統(tǒng)因負載頻繁變化而導(dǎo)致的延遲GV1實際閥位同時頻繁波動GV1與其他三個高調(diào)門相比，保持相對較高的開度，給轉(zhuǎn)子一個向上支撐的附加力，減少2號軸承載荷，增加最小油膜厚度，使振動相對控制在較低范圍內(nèi)，軸承溫度不會升高太大。當(dāng)機組高負荷運行時GV自動放開指令，讓GV1根據(jù)閥門的流量特性，與其他幾個調(diào)門同步開啟負荷調(diào)節(jié)，GV當(dāng)閥門開度較高時，下滑和拉回的小開度波動對進氣流量影響不大，因此對2號軸承振動的影響也相對較弱。

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3 調(diào)整方案及操作注意事項

3.1 閥門控制方式的調(diào)整方案

在對機組進氣方式進行上述調(diào)整試驗后，決定在機組具備維修條件GV1伺服系統(tǒng)、汽機軸承、油檔檢查處理前DEH臨時采取以下措施：

（1）將GV1閥門指令設(shè)置在35%到100%之間。(即單閥方式下高調(diào)門指令低于35%時，GV1保持35%指令，當(dāng)高調(diào)門指令在35%以上時，GV1.同時隨機調(diào)整其他三個調(diào)門的負載)。

(2)當(dāng)汽機超速103%或機組跳閘時，在安全油母管排油的同時GV閥門指令清零。

3.調(diào)整閥控方法后操作注意事項2

由于機組為中壓缸啟動，機組啟動掛閘后，主汽門和中主門自動全開，對GV上述調(diào)整后，提示操作人員注意以下情況：

(1)機組運行中發(fā)生故障跳閘時，雖然安全油管失壓GV閥門實際關(guān)閉，但一旦重新掛閘，跳閘信號復(fù)位，GV1將收到35%的指令重新啟動，因此操作人員應(yīng)在跳閘后聯(lián)系熱控人員GV1.指令解除上述限制后，重新掛閘，避免機組超速。

(2)機組計劃停機時，操作人員可提前通知熱控人員將GV1.解除限制，恢復(fù)上述臨時措施，按規(guī)定正常停機。停機后，維修人員應(yīng)徹底檢查汽輪機調(diào)速系統(tǒng)和軸承油檔。

4 調(diào)整閥門控制模式后的效果

2012年1月31日晚對GV采取上述臨時調(diào)整措施后，2號軸承振動如圖7所示。

圖7 GV1調(diào)整控制模式后的振動趨勢圖

從這個時間長度到48h在2月1日22:00至2月3日22:00期間，機組負荷為160~292MW范圍變化，GV1.開度范圍在32%~83%之間，其余三個調(diào)門開度在18%~83%之間隨負荷變化調(diào)整。2號軸承振動間歇性波動大大降低，振動值得到有效抑制。X軸振正常在90μm最大值控制在105左右μm以下，2Y軸振正常在80μm最大值控制在107左右μm下面，2號軸承的溫度也在正常范圍內(nèi)變化。GV1.閥門控制模式有效抑制了2號軸振動的頻繁間歇性波動，取得了良好的效果。

5 結(jié)語

針對機組2號軸承振動頻繁間歇性波動增大的問題，在機組不具備維修條件的情況下DEH控制系統(tǒng)采取臨時措施，調(diào)整汽輪機進氣閥氣閥的控制模式，有效抑制軸振波動的頻率和幅度，使機組安全穩(wěn)定地度過冬季采暖的特殊時期，確保機組在計劃停機維護前的安全運行，是從熱控專業(yè)角度抑制汽輪機軸承振動的成功嘗試。后來，在機組計劃的停機維護中，安排GV更換伺服閥閥體，汽輪機專業(yè)技術(shù)人員徹底檢查汽輪機2號軸承和油檔積碳，清理積碳，改進油檔氣密封，從根本上解決問題GV1.油檔積碳導(dǎo)致2號軸承頻繁間歇振動。

EH油質(zhì)與伺服閥相同DEH控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行密切相關(guān)。今后還需要做好EH一方面，在維護過程中，定期檢查、清洗或更換伺服閥和濾網(wǎng)，并按規(guī)定進行閥門靜態(tài)試驗緩慢試驗；另一方面，在運行過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《DL/T加強571-2007電廠磷酸酯耐燃油運行維護指南的要求EH耐燃油濾油再生，做好工作EH定期檢測和監(jiān)督油油質(zhì)量，努力改進EH長期保持油等級和質(zhì)量穩(wěn)定。