9E机组汽轮机GV调门异常关闭故障分析

孙 魏, 奚新国

(华能南京燃机发电有限公司，南京 210046)

1 设备概况

华能金陵燃机电厂二期为两套9E联合循环热电联产机组,燃气轮机采用南汽与GE公司联合生产的PG9171E型重型燃机,汽轮机为南汽生产的单缸、双压(带补汽)、无再热、单轴抽汽凝汽式供热机组，型号为LCZ60-5.8/1.1/0.587。汽轮机及余热锅炉DCS系统采用艾默生公司的OVATION系统，软件版本：Ovation版本3.3.1。系统共9对控制器，均为OCR400控制器[1]。

2 GV调门动作原理及故障经过

DEH控制系统发出阀位指令信号，经阀门控制(PV)卡处理后，转变为相应的电气信号，进入伺服阀，经伺服放大器放大，将电气信号转换成液压信号，使伺服阀阀块移动，将液压信号放大后控制高压油的通道，高压油进入油动机活塞下腔，推动油动机活塞向上移动，经杠杆带动调节阀开启或使压力油活塞从下腔泄出，借助弹簧力将活塞下压，关闭调节阀。油动机活塞移动时带动线性位移传感器，将油动机活塞的机械位移转换成电气负反馈信号。只有当输入指令信号与负反馈信号相加，使输入伺服放大器的信号为零后，伺服阀的主阀才能回到中间位置，不再有高压油通向油动机下腔或压力油自油动机下腔泄出，此时调节阀便停止移动，停留在一个新的工作位置 。

2017年3月9日9:28:39和9:30:32， #4汽机主调门(GV)2分钟内两次异常关闭，后又自行恢复。调取历史曲线可以看出，9:28:37，GV伺服阀线圈电压(A、B双路冗余)均由直流-2.154 V(此前实际运行值)突升至直流-0.127 V。9:28:30，GV开度由100%降至0；随后，伺服阀线圈电压继续升至2.13 V。该电压维持约5 s后，降至-0.110 V(理论运行正常值)，GV随即由0开至100%。此后,线圈电压再次回至-2.1 V。9:28:39，线圈电压再次由-2.15 V突升至-0.127 V，GV开度再次由100%降至0，线圈电压亦复现此前变化。9:31:19线圈电压恢复至-0.152 V，GV调门开度恢复至98.5%。此后，未再发生异常动作。GV异常动作时历史曲线如图1。

图1 GV阀异常动作(GV指令及开度、PV卡输出电压)4分钟

3 GV调门异常动作可能存在的原因

鉴于GV异常动作期间，其逻辑开度指令始终保持在98%以上，几乎没有变化，可以排除控制逻辑故障。热控人员分析认为存在以下几种可能：伺服阀回路断线、GV阀VP卡故障、液压油系统故障、伺服阀油路瞬间堵塞[2]。

3.1 伺服阀接线故障

由于#4机为运行机组，为避免在检查接线过程中导致阀门关闭，用铁板抵住GV阀杆。热控人员去现场检查伺服阀线圈、LVDT至控制卡件的信号回路，以及伺服阀航空插头接线柱是否脱焊，均未发现异常，故接线故障排除[3]。

3.2 VP(阀位)卡故障

VP卡(1C31194G01)及其对应的特性卡(1C31197G01)做为DEH控制器与GV调门执行机构之间的接口,提供了闭环的阀门位置控制，阀门开度由阀位卡维持。通常情况下设定值由Ovation控制器设定，VP卡中带有一个80C196微处理器，它提供实时闭环PI控制。阀位设定值引起I/O模块产生冗余输出控制信号，这些控制信号驱动电液伺服阀执行机器上的线圈，和安装在阀杆上的LVDT检测到的阀位信号一起构成闭环回路。

检查VP卡，双路卡件冗余运行良好，无故障报警指示。A侧VP卡为主路工作状态，但是否发生过往复切换呢？通常，VP卡会在以下几种情况下发生主备切换：(1)伺服阀断线；(2)调门指令与开度反馈偏差大于5%且两路开度(LVDT)反馈偏差大于3%；(3)VP卡件故障。通过历史曲线及VP卡指示灯闪烁情况看，GV异常动作期间，A、B侧VP卡并为发生过切换，始终以A卡为主路。故排除VP卡故障[4]。

3.3 伺服阀堵塞

该GV调门的伺服阀由MOOG公司生产(下称moog阀)，通过接受模拟电信号，调制相应的液压油流量和压力，从而驱动油动机达到目标位置。moog阀对液压油液的要求较高，需要精过滤才行，否则极小的颗粒杂质都会引起堵塞，造成调门动作异常。但GV的moog伺服阀曾于此前停机期间返厂维护保养，故障可能性较小。经过滤油及油质化验，也未发现异常。此次异常动作之后的一段时间内，故障也未再复现。所以，暂时排除伺服阀油路瞬间堵塞的可能[5]。

3.4 液压油系统设备故障

通过历史曲线看出，GV异常动作期间，EH油压平稳未波动，除抽汽调阀随GV关闭联锁开大外，其余油动阀门并无异动，故排除液压油系统设备故障。

4 GV调门VP卡输出电压再现异常及处理

3月10日11:55，GV伺服阀线圈电压由-0.152 V再次降至-2.154 V，引起了我们的警觉。9E联合循环机组运行期间，汽轮机GV一直处于阀位控制方式，即由运行人员给出GV阀开度指令为100%。通过历史曲线可以看出：此次起机后至3月9日异常动作前，GV实际开度为99.6%左右，始终低于指令约0.3%～ 0.4%(存在阀门本体活动性不佳的可能)，实际开度未达到指令的开度，于是VP卡积分作用始终存在。正常平衡点电压约为-0.1～ 0.2 V，而-2.154 V是VP卡的最大输出工作电压。通过咨询艾默生厂家，在厂家的建议下，与运行人员讨论后，决定通过改变开度指令，人为消除指令与反馈的偏差，从而消除积分作用。故将GV阀开度设定值由100%下调至98%(功率损失可以忽略)。VP卡输出电压随即恢复至-0.15 V左右，此后该电压一直稳定在该值，GV阀至今未再发生异常动作，见图2。

图2 GV阀异常动作(GV指令及开度、PV卡输出电压)15 天

5 GV调门异常动作原因及防范措施

5.1 GV调门异常动作与VP卡输出电压异常的内在联系

通常，机组运行中，随着调阀指令的变化，VP卡输出电压会暂态升高，阀门动作完成后，反馈与指令一致，输出电压会回复至平衡点电压。若电压长期偏高， 说明VP卡控制回路长期处于积分状态，卡件中的电子元件特性将有可能发生改变，则应引起重视。这次异常可看作VP卡控制回路长期处于积分状态下的一次释放动作，VP卡长期保持最大电压输出，导致卡件中的电子元件特性发生改变，其释放动作具有偶然性，随机性，会对运行机组产生重大安全隐患。

5.2 采取相应的防范措施

1) 利用停机机会重新校验GV阀的VP卡，使GV阀在接近满度指令时，反馈与指令一致，消除可能导致积分作用输出的静态偏差。

2) 调整GV阀流量特性曲线，将原有曲线50%流量—50%开度，100%流量—100%开度，改为50%流量—50%开度，100%流量—98%开度，避免阀门实际开度无法满足高位指令而造成VP卡始终输出工作电压。

3) 将GV阀开度指令设置在其实际可达最大开度以下，这与第(2)条在本质上是一致的，且在机组运行期间操作更为安全、方便。

4) 设置伺服阀输出电压高报警，当电压长时间偏高时，提醒运行人员及时采取措施。

调整流量-开度曲线及调门指令只是权宜之计，最终的解决途径是停机后的阀门本体检查及VP卡的校验，使调门的实际开度反馈能够达到满度指令的要求[6]。

6 结语

VP卡对GV阀的控制较为精确，死区较小，即使开度指令与反馈存在很小的偏差，也会产生积分作用。机组运行期间,应加强对重要核心控制卡件工作参数的监视, 列入日常巡检项目，并设置超限报警,出现异常提醒运维人员及时处理，防止引起重要设备的误动。