影响汽轮机汽门关闭时间测量因素的分析

摘要：本文通过对火电机组汽轮机主汽阀、调节汽阀关闭时间测定试验过程中常见主要影响因素的逐一分析，通过经验及理解认识的分享和交流，提出优化试验条件，改进试验手段和方法，使试验数据更准确、可靠。

关键词：火电机组；主汽阀；调节汽阀；关闭时间；OPC；AST

随着火电机组向超超临界高参数、大容量方向发展，机组对安全稳定运行的要求越来越高，作为保障机组启停安全、运行稳定的关键设备，主汽阀及调速汽阀，对其性能尤其是安全方面的性能的要求愈加提高，更加严格。《电力建设施工技术规范 第3部分：汽轮发电机组》规定“各汽门的关闭时间应小于制造厂的要求，制造厂无明确要求时，关断汽门和调节汽门的关闭时间应小于0.3s，其中延迟时间小于0.1s”；《汽轮机调节控制系统试验导则》规定超超临界以上机组主汽门和调速汽门其总关闭时间建议值均应小于0.3s；《发电厂汽轮机水轮机技术监督导则》规定超超临界以上机组汽轮机主汽门、调节汽门关闭时间合格值均应小于0.3s；《汽轮机电液调节系统性能验收导则》规定200MW以上大容量机组主汽门和调节汽门油动机动作过程时间建议值均应小于0.3s。对新建机组、调节保安系统大修或技术改造前后的在役机组汽轮机主汽门、调节汽门关闭时间进行测取，判断是否符合标准规范要求，这即是火电行业的普遍要求，也是各大发电集团系统技术监督的必备项目，更是机组进行甩负荷试验的先决条件。由于汽门关闭时间的测定具有一定的精度和响应灵敏度的要求，在我们实地进行测试时，往往会遇到不少问题，影响试验准确性，甚至导致测试无效，正所谓“失之毫厘，差之千里”。下面就汽门关闭时间测定试验中常见的主要影响因素进行分析，希望通过经验及理解认识的分享和交流，能对优化试验条件，改进试验手段和方法有所帮助。

油动机排油速度的影响。大容量汽轮机主汽门、调节汽门油动机一般采用单侧进油，关闭力主要由操纵座中的弹簧提供，机组静态试验情况下主汽门、调节汽门快速关闭时的阻力主要来自油动机活塞下腔室需推挤出去的回油，显而易见回油排出的速度就决定了阀杆下行的速度；为了适应快速排油的需求，汽轮机主汽门、调节汽门油动机均配有卸荷阀，此卸荷阀为杯状滑阀结构，其开启关闭受OPC或AST油路控制，当OPC或AST油路油压泄去时，卸荷阀迅速打开，油动机活塞下腔室与有压回油及上腔室的排油路径迅速导通，从而迅速排油；一般来说，卸荷阀为模块化产品，其选型确定，开启动作排油速度就基本确定了，OPC或AST油压均起源于压力油经过主汽门、调节汽门油动机或高压遮断控制块内部装设的节流孔节流后形成。在OPC或AST系统最大排油量确定的情况下，OPC或AST油进油节流孔越小，OPC或AST油路的动作响应越快，从而主汽门、调节汽门油动机卸荷阀打开越迅速，但对OPC或AST系统各部件的严密性要求越高，机组重新挂闸恢复时，重建OPC或AST油压的时间就越长。根据多个电厂主汽门、调节汽门关闭速度的技改经验来看，油动机及保安遮断系统的排油速度对汽阀關闭时间的影响占比重最大，一般从这方面着手改进，均能取得较好效果。

汽阀操纵座弹簧预紧力的影响。为了确保主汽阀、调阀阀芯与阀座接触严密，并有一定密封力，对主汽阀、调阀操纵座与阀杆连接时，使阀芯自由落在阀座上，将操纵座弹簧预压缩一定长度，再配准连接器调整垫片，调整连接尺寸，连接紧固。我们知道，主汽门、调节汽门在弹簧作用力下从开启到关闭，是压紧的弹簧逐渐释放能量的动态过程，整个关闭过程的快慢取决于弹簧力在行程时间段上的积分作用。由于在油动机活塞杆、汽阀阀杆尺寸一定的情况下，改变弹簧的预压缩量，势必对连接尺寸进行调整，而油动机在行程末端存在一个缓冲区，其长度一般占整个行程的10%不到，为了保证阀芯阀座接触密封面不被关闭时的冲击力损伤，必须使关闭点阀杆位移对应在油动机缓冲区内，这就限制了对连接尺寸，从而弹簧预紧力的调整；根据某300MW机组主汽门、调速汽门关闭时间过长问题的技改经验，增大弹簧预紧力的方法，仅能使汽阀关闭时间缩短数十毫秒。

测量时所取信号的影响。我们在主汽阀、调阀关闭时间测定试验过程中，一般采用将ETS机柜打闸信号、DEH机柜上的调门开度反馈信号、主汽门全开全关位置开关接点信号接入录波仪器，因机组打闸信号采用了ETS机柜直接输出去执行环节的硬件输出信号，于是能很好反映出作为起始点的打闸时刻；如果取了ETS机柜通讯至DCS的遮断状态信号，因涉及计算机网络系统的运算周期，这个延迟就很可观了，甚至在所采集的关闭过程曲线上，会出现时序颠倒的情况，使测试失败。在测取调节汽阀关闭时间时，如直接测取DEH机柜阀门伺服卡件上专用于测试的阀位输出通道，就能得到理想的响应速度和平滑连续的录波曲线，但是如果测取选用了经过模数数模转换用于一般显示的阀位反馈输出通道，所获得的关闭录波曲线将呈现阶梯状，甚至会影响测量结果。如果选择经DEH、DCS计算机网络系统转出的调阀阀位反馈，不但录波曲线呈现很大的阶梯状，时序因运算周期的影响，将有很大延迟，致使测试失败。

油动机缓冲区的影响。如上文提到的为保护阀芯与阀座密封面，防止高速冲击带来的剧烈撞击损伤，在主汽门、调节汽门油动机行程末端设置有缓冲区，油动机活塞杆进入缓冲区后，正常排油的路径被封住，仅能通过狭窄间隙排油，使阀门缓慢关闭，从调速汽门测取的关闭录波曲线上可以看出，阀门在关至完全关闭前有一段平缓曲线，一般缓冲区长度设计为油动机整个行程的5%～10%；在计算汽阀关闭时间时，应留意缓冲区的影响，以拐点处切线与全关位置水平线的交点为计算终点，更符合测取阀门快关时间的目的。对主汽门采用行程开关开关量位置反馈作为测量信号的，有两种情况：一种为直行程的机构，油动机、阀杆均在一条直线上运动，在确定行程开关的固定位置时有良好的线性可循，可使阀门关闭至进入缓冲区后频临全关点，行程开关恰好接触，因缓冲区本身不长，测取的时间还是能够反映阀门的真实快关过程。另一种为角行程的机构，阀杆为90°旋转运动，油动机直线运动，之间通过连杆、曲柄连接，这种位移转换出现了非线性，阀杆关闭缓冲区角度很小但经过曲柄、连杆机构，在直线行程的油动机位移上被放大了，需要较长距离的行程实现，引起主汽门关闭时间计算上缓冲区时间占比偏大，时间整体上过长。这在上海汽轮机厂生产的中压主汽门上比较常见。

在调节汽门关闭时间的测量试验中，伺服阀在打闸后的状态，也是关闭时间测试结果的影响因素之一。测定试验时一般采用人为赋值的方式使调阀处于全开位置，打闸时，AST遮断，产生OPC动作，使调阀油动机卸荷阀迅速打开，泄去活塞下腔室的油压，而此时伺服阀仍处于全开位置，仍然有源源不断的压力油进入油动机，尽管进入的压力油足以通过卸荷阀迅速排出，但增大了系统回油的负担，在回油不良或设计不足的情况下也会影响关闭速度；调阀在机组真实运行过程中跳闸时，DEH控制逻辑设计有将伺服阀立即回零的功能；如果在测试中，ETS打闸同时使伺服阀立即回零，将更贴合实际关闭过程。

作者简介：

周杰（1975-），男，高级工程师，现供职于新疆电力建设调试所有限责任公司，多年从事火电机组汽轮机专业试验、调试工作。endprint