数字电液控制系统伺服阀异常动作研究

　　摘要：

　　河南省某电厂1台300MW机组2008年1月3日至3月13日汽轮机数字电液控制系统伺服阀异常动作引起高、中压调节阀运行中频繁出现无指令突然自行关闭和自行开启现象，至2008年7月异常动作多达48次，严重影响机组的安全运行。

　　一、伺服阀异常动作的影响因素

　　该机组伺服阀异常动作的主要特点：每次异常动作时均未有控制系统指令，异常动作均为突然快速关闭或者缓慢关闭，异常动作后自行恢复正常，并且恢复开启阀门时动作均较快;EH油压稳定或波动时均出现过异常动作，阀门关闭和开启曲线连续、平滑，无局部迟缓增大、停顿现象。将部分更换下的伺服阀返厂检查维修，无发生腐蚀、损坏。将该机组更换下的伺服阀安装在其它机组DEH中使用，无异常。

　　为了查找原因，寻求对策，对可能影响伺服阀异常动作的因素进行了全面分析。

　　1.1 电磁干扰

　　如果是电磁干扰的问题，其症状应该是多个伺服阀一起动作，且动作频率很快，方向不确定。同时，电厂对接地状况进行检查后确认正常。因此，可以排除电磁干扰因素。

　　1.2 电磁阀直流电源供电

　　该机组调节阀电磁阀正常运行为带电状态，由电气供给110V直流电源，母线上有总开关(保险)，每个电磁阀上有分开关(保险)，当电磁阀失电时，调节阀关闭。

　　该机组异常动作时每次只1个阀门动作，因此可以排除总电源、总开关出现问题的可能;由于机组异常动作时有时较快(2～3s)、有时较慢(40s～7min) ，而电磁阀瞬间失电时相当于保护动作，阀门关闭速度应该很快(<0.45) ，所以电磁阀瞬间失电的可能性也很小。同时，电厂对总开关(保险)、分开关(保险)进行检查后确认正常。因此，故障非直流供电所引起。

　　1.3 EH 油压波动

　　从机组DCS记录的数据可看出，在机组正常运行负荷稳定不变、各阀门无动作、 EH 油系统没有瞬间大量供油时，EH油压有时稳定，有时波动频繁，最大波动范围是10.6～13.2MPa, EH油压稳定和波动时均出现过伺服阀异常动作，故油压波动与异常动作无直接相关性。

　　1.4 抗燃油油质

　　(1)泡沫特性 当抗燃油泡沫特性超标时，油中可出现较多泡沫，影响油压的稳定，引起油压波动而导致调节系统摆动，摆动的特点是持续不间断。该机组阀门异常动作时均为单个阀门异常关闭和开启，未出现摆动现象，故可排除因抗燃油泡沫特性超标引起阀门异常动作。经查证，该机组的抗燃油泡沫特性未超标。

　　(2)电阻率和酸值 该机组抗燃油酸值和电阻率超标，水分含量较高，说明油品受到污染，油质劣化(表1)。油质劣化会导致油泥增多，引起颗粒物超标。

　　

 

　　(3)颗粒度 颗粒物是液压系统中危害最大的污染物，它不仅加速液压元件的磨损，而且会堵塞元件的间隙和孔口，使控制元件动作失灵从而引起系统故障，甚至被迫停机。据统计，由固体污染物引起的液压系统故障占总污染故障的60%～70%。抗燃油中的颗粒尤其是大颗粒会引起伺服阀供油管路堵塞，导致油压不稳，引起伺服阀异常动作，其特点是无规律，不连续。油中的颗粒物可来自外界灰尘的污染，也可来自系统的腐蚀产物或油质劣化形成的油泥。伺服阀异常动作和抗燃油颗粒度相关关系见表2。

　　

 

　　由表2可见，2008年1～6月抗燃油颗粒度检测结果均不合格，最高级别达到Ⅱ级(NAS1638，下同), 相应伺服阀在此期间的异动频率也较高。因该厂机组较多，外接滤油机数量有限，日常滤油方式为抗燃油系统旁路再生装置投入运行，外接滤油机不定期接入系统进行滤油，7月该电厂采取加强外接滤油机滤油，颗粒度检测结果好转，7月2日、8日和21日检测结果为8级、6级和5级，而伺服阀在此期间的异动频次也大大下降。7月底，通过对油系统的清理以及进行滤油和再生处理，8月6日和14日分别检测颗粒度均为2级，而伺服阀在此期间无异动发生。跟踪9～11月伺服阀异动情况，月均为1次。因此，伺服阀的异动频次与抗燃油颗粒度级别存在显著相关性。

　　根据以上分析认为，抗燃油颗粒度超标是引起伺服阀异常动作的直接原因。

　　二、颗粒物来源及其影响

　　2008年4月对该机组抗燃油系统检修中发现，在线旁路再生净化装置的布袋式硅藻土再生滤料渗漏，4月7日～4月16日停运该机组抗燃油再生装置，将滤芯更换为另一型式的硅藻土滤芯。2008年7月23日对该机组抗燃油系统进行检修，发现油液面漂浮絮状油泥，油箱内壁有较多淡黄色凝胶状油泥沉积，油泥厚度约5mm。对油泥取样分析，检测结果见表3和表4。

　　

 

　　普通硅藻土过滤器中的硅藻土是用陶土锻烧而成，其组分和有效成分各异且不稳定，同时含有大量的游离金属离子。该机组抗燃油布袋式硅藻土滤料曾发生渗漏，根据试验结果可以判断油泥中A1、Ca、Si主要来源于硅藻土滤料。油中水分含量较高，油的酸值不合格以及金属离子的存在加速了抗燃油的分解。抗燃油中的杂质与抗燃油发生化学反应生成劣化产物，分散的小颗粒硅藻土和油劣化产物及其二者的结合物附着在控制系统油箱、管道或过滤保护器滤网内壁即形成油泥。

　　经分析，该机组阀门异常动作时阀门关闭和开启曲线连续、平滑，无局部迟缓增大、停顿现象，说明伺服阀无明显机械卡涩;在无指令自行关闭后，未经任何处理，阀门会自行开启且开启速度较快，说明伺服阀滤网无明显堵死现象。该机组EH油中小颗粒物数目长期持续超标，小颗粒物不会直接导致伺服阀异常动作，若油泥(小颗粒物)粘附、聚集在伺服阀内部保护滤器上或细小的油管内壁时，油的通流量减小，会使油路短时因完全堵塞而断油，故伺服阀动作，调节阀关闭。油泥为凝胶状，一般不会把伺服阀油路堵死，在泵压的作用下，粘附在伺服阀内部保护滤器上的油泥很可能被冲走，油路恢复通畅后伺服阀动作，调节阀又开启。

　　利用停机检修机会，将抗燃油移出油箱进行外接滤油机滤油，对主油箱进行全面清理并对油管路进行冲洗，机组起动后采取连续滤油等措施，使抗燃油的颗粒度、酸值、电阻率等指标达到合格。排除导致伺服阀异常动作的因素后，伺服阀异常动作引起的机组负荷摆动频次大大降低直至消失。

　　三、结论和建议

　　抗燃油颗粒度超标是引起伺服阀异常动作的直接原因，颗粒污染物主要来源于小粒径硅藻土滤料的漏出和油劣化产物及其二者的结合物。为减少或避免DEH因油质原因引起的故障，要进一步完善抗燃油滤油设备的运行管理规定，做好滤油设备运行和维护;尽可能投入外接滤油设备进行连续去颗粒物滤油，并监督旅游设备的效果，及时更换滤芯;使用的旁路再生装置应具备降低酸值、提高电阻率、减少沉淀物和颗粒污染以及吸收水分等功能，以延缓抗燃油的老化速度;在遇机组停机检修时，应尽可能对抗燃油系统进行彻底清理和冲洗。