[行业]汽轮机电液调节系统故障分析与对策

1 电液调节系统概述
   厦门嵩屿电厂300MW汽轮机是上海汽轮机厂引进西屋公司技术制造的N300-16.7/538/538型机组。机组的控制系统主要由DEH调节系统、EH油供油系统及ETS危急遮断保护系统三部分组成，其中调节用的工作介质是高压抗燃油（化学名为三芳基磷酸脂，简称EH油）。EH油具有较好的抗燃性能，其明火试验不闪火温度达538℃以上，远高于矿物油的自燃点350℃左右，减少了可能因调节油泄漏到到主蒸汽高温管道（>530℃）上而引起的火灾事故所造成的损失。
电厂所使用的电液转换器由油动机、挡板、反馈弹簧管、滑阀、阀座、喷咀及滤网等部件构成，如附图1所示。
附图1
 

1、 磁铁   2、绕组   3、喷咀   4、滑阀   5、滤油器   6、上半段
7、挡板  8、下半段  9、反馈弹簧  10、#1油口  11、#2油口  12、固定节流阀
工作过程：当伺服放大器给电液转换器输入一个指令信号后，线圈励磁使挡板偏移一个角度，从而改变两侧喷咀内的液体流量大小。在滑阀两侧形成一个压力差，以改变滑阀的位移来控制进入油动机的进油量。油动机产生位移，也带动LVDT移动，产生反馈信号。当LVDT产生的反馈信号与DEH的输入信号平衡后，则指令信号消失，滑阀在反馈弹簧的作用下回到中间位置，滑阀两侧的压力差为零，关闭油动机的两侧的进油，完成调整。
电厂的1、2号机组自投入运行以来，EH油系统发生了不少故障，造成两次停机事故，主要的常见故障有：
（1）EHC系统伺服阀内漏严重，导致无法维持系统压力，引起EH油压低跳机。
（2）油动机卡涩，调门动作迟缓，有时泄油后不回座。
（3）在开关调门过程中发生某个调门不规则频繁大幅度摆动，同时伴随着EH油系
统压力的大幅波动。
（4）EH油管道开裂、接头松脱、密封件损坏等导致系统漏油。
其中（1）~（3）的故障大多发生在电液转换器、快速卸荷阀等组件上，（4）的故障主要与检修日常维护有关。
2 EHC系统故障分析
2.1 EHC系统压力下降的几种原因
（1） 油中的杂质将EH油泵出口滤网的滤芯堵塞。
（2） 油箱控制块上溢流阀整定值偏低。
（3） 油泵故障导致出力不足，备用油泵出口逆止阀不严。
（4） 系统中存在有非正常的泄漏。
其中，个别电液转换器严重内漏是导致EH油系统压力下降的最常见原因，如附表1所示可见GV5电液转换器内漏对EH油系统压力的影响
附表1：同一天不同负荷下EH油系统各参数情况表
 项目名称

2.2 电液转换器出现故障的原因分析
2.2.1 油中大颗粒杂质进入
检修环境不清洁；密封件老化脱落；EH油对油箱、管道内壁上有机物的溶解和剥离；以及金属间摩擦所产生的金属碎屑都可能使杂质直接进入EH油中。
2.2.2 油的高温氧化和裂解
EH油局部过热就可能发生氧化或热裂解，导致酸值增加或产生沉淀，增加颗粒污染，温度升高还使油的电阻率降低，对电液转换器阀口的电化学腐蚀加剧，密封件加速老化。从油动机及管道温度测量值见附表2，可见由于EH油系统管道分布不合理等因素会造成EH油局部过热。
附表2  采取处理措施前各高调门温度测试  （#2机负荷：200MW）
测量件

2.2.3 油的水解和酸性腐蚀
EH油是一种磷酸脂，和其它脂类一样都能水解，磷酸脂水解后生成磷酸根和醇类。所产生的酸性产物又催化进一步的水解，促进敏感部件的腐蚀。而且三芳基磷酸脂（EH油）对周围环境中的潮气吸附能力很强，在南方的梅雨季节，可能使EH油中含水量增大，使水中的酸性指标增加，导电率增大。这会引起电液转换器的腐蚀。从损坏的电液转换器来看，大部分的电液转换器均有受到不同程度的腐蚀，在滑阀凸肩、喷咀及节流孔处腐蚀尤为严重。
2.2.4 油中杂质的颗粒度大，堵塞电液转换器的喷咀。
本厂使用的电液转换器最小通流线性尺寸仅为0.025-0.05mm，故对油质的洁净度要求极为严格。摩擦、酸性腐蚀造成滑阀的凸肩、滑块与滑座之间磨损，使滑阀相对与滑座之间的间隙加大，使漏流量增加。酸性油液对喷咀室、通道及节流孔等的腐蚀，改变了滑阀两侧压力室的容积。
2.2.5 LVDT故障，电液转换器机械零位不准等。
LVDT反馈断线或反馈信号受到干扰将会影响DEH指令信号与LVDT产生的反馈信号的差值，导致电液转换器输入的指令信号的改变。电液转换器机械零位不准也可能影响DEH系统对电液转换器的控制。
2.3 EH油系统泄漏
2.3.1 管道材质问题，造成管道开裂或焊接工艺未达到要求
EH油工作压力高，而且还受到机组高温及高频振动影响，所以对EH油管道材质以及焊接工艺要求高，一些微裂纹都可能扩大导致EH油管道开裂，造成漏油。
2.3.2 密封件损坏
EH油管路有些分布在汽机的高温区域，容易造成O型密封圈受热老化断裂，造成EH油泄漏。这现象在汽轮机调门的“O”型密封圈上经常发生。
2.3.3 EH油管路接头松脱
EH油管路和汽机调门连接着，长期受到振动，可能由于接头的预紧力不足，造成接头松脱。电厂的1号机组A、B小汽轮机低压调门电液转换器EH油进油接头出现过多次。
3 EH油系统的日常维护及故障防范措施
为了确保EH油系统的长周期安全稳定运行，除了加强日常维护外，还要针对EHC系统的所出现故障制定好防范措施。根据现场经验,目前主要采取措施有
3.1 定期进行油质化验，加强化学监督，并适时进行滤油工作，定期对硅藻土及纤维素精滤器运行状况进行监视。当水份和酸性指标超标时马上更换硅藻土，同时应定期更换硅藻土及纤维素滤芯，降低EH油中杂质的颗粒度及酸性指标。保证EH油的油质。
3.2 跟踪EH油泵电流及流量。电厂EH油泵为恒压变流量泵，所以油泵电流是反映出EH油系统流量的重要指标。EHC系统流量的变化反映出其内部泄漏量的大小，可以反映出电液转换器工作是否正常，是否存在非正常的泄漏。见附表1通过EH油泵电流可判断GV5的电液转换器内漏较大。
3.3 每周五定期检查EH油管路接头、焊口及密封件，防止密封件损坏和接头松脱等故障发生。
3.4 改善油动机组件的工作环境
工作环境温度过高不仅会造成EH油的高温氧化和裂解，还可能造成EH油密封件O型圈老化断裂。因此应尽量降低EH油工作环境温度。
电厂采用具有较好抗燃及隔热效果的硅酸铝作为保温介质，对油管及油动机进行隔热。将EH油管及油动机门座等由原来保温材料内包改为外露于空气中。合理布置EH油管路，防止由于对流或热辐射而存在局部过热点。从而有效的降低了EH油工作环境温度。
3.5 解决EH油系统含水量高的问题
EH油中含水量高将导致EH油的加速退化，还将影响到油的酸性等其余指标。由于电厂位于南方沿海，空气湿度大，在雨季湿度常达85%以上。解决EH油中含水问题就特别重要。
为了防止水分通过呼吸器侵入油箱使油中含水量增大。电厂在EH油箱上呼吸器加装了干燥器，有效的防止外部水分通过呼吸器侵入EH油箱。并经常采用滤水机过滤，同时考虑对再生装置进行改进，增加一套独立的再生装置。采取处理措施前后EH油含水量参见附表3与附表4。可见采取措施后EH油中含水量有显著下降。
附表3：采取处理措施前#2机EH油含水量汇总表

附表4：采取处理措施后#2机EH油含水量汇总表

3.6 解决EH油中“O”型圈经常损坏问题
O型圈是EHC系统中重要的密封件，它损坏容易造成EH油泄漏，而且它损坏后的杂质还会对EH油产生污染。一般用于矿物油的橡胶、涂料等都不适用于EH油。如选用不合适的材料将会发生溶胀、腐蚀现象，而导致液体泄漏、部件卡涩或加速EH油的老化。为此电厂要求应用在EH油中的“O”型圈必须采用氟化橡胶，不得采用其他橡胶材料代替。
4 结论
EH油系统作为汽轮机控制系统的执行机构，在汽轮机控制中具有很重要的作用，它发生故障将直接威胁机组的正常运行。从电厂EHC系统发生的故障来看，大部分是由于EH油油质劣化引起的，一般开始时都只是小故障，而且发生发展过程都较缓慢，如果能及时发现，尽快处理，就不会影响系统的运行，更不会造成故障停机。只要加强日常维护，防范措施得当，EHC系统完全可以保持长期正常运行。