汽轮机调速系统常见故障与有效处置技术分析

唐先勇

（宁夏宁鲁煤电有限责任公司灵州电厂银川市750411）

摘要：本文在研究中围绕汽轮机调速系统，简要介绍汽轮机调速系统组成框架，分析汽轮机调速系统常见故障，并提出故障处置技术，以保证汽轮机调速系统正常高效运行，进而为相关研究人员提供一定的借鉴和帮助。

关键词：汽轮机；调速系统；常见故障；处置技术

1概述

调速系统是汽轮机的重要系统，可以说是汽轮机的神经中枢系统。汽轮机调速系统借助汽轮机额定范围内的持续转速，将发电频率控制在额定值范围内，为用户供电，并根据用户用电需求及时调整汽轮机功率，进而满足外界需要。汽轮机调速系统由转速感受系统、传动放大系统、配汽系统以及反馈系统等组成，内部相互协调和配合，使得汽轮机调速系统正常运行。但是由于外界环境和内部元件等因素的影响，使得汽轮机调速系统经常出现一些故障，影响汽轮机调速系统的正常运行，降低使用寿命，同时对汽轮机的安全经济运行有着极大的危害，甚至严重威胁到机组的安全。对此，在这样的环境背景下，探究汽轮机调速系统常见故障与有效处置技术具有非常重要的现实意义。

1.1汽轮机调速系统组成

汽轮机调速系统组成框架如图1所示，系统由转速感受系统、传动放大系统、配汽系统以及反馈系统所组成：

1.1.1转速感受系统

转速感受系统主要感受和检测汽轮机转速变化，并将这种转速变化整合为物理量进行输出，为后续传动系统的运动提供能量。从理论上看，由于转换物理量之间存在差异性，使得转速感受系统所供给运动能量也有不同型式，常见的型式包括机械式、液压式、电气式等型式，其中机械式和液压式主要依靠转速变化与离心力变化进行能量的控制和供给，进而保证汽轮机调速系统的正常运行。

1.1.2传动放大系统

传动放大系统主要由滑阀、油动机、反馈系统等组成。由于调速器产生的信号弱小，无法直接带动配汽系统运行，需要传动放大系统放大与转移信号，带动配汽系统运行，进而保证汽轮机调速系统的正常运行。一般而言，为了提高系统运行性能，会选择液压式传动放大系统，油动机进油方向和油量大小主要由滑阀来决定和控制，在实际使用中包括复式油动机与旋转式油动机，不断放大功率，控制调速气阀，进而保证汽轮机调速系统的正常运行。

1.1.3配汽系统

配汽系统主要由高压主汽阀、高压调节阀、再热主汽门以及再热调节阀组成。现代大型汽轮机组中，高压主汽阀一般采用卧式布置，以保证在汽轮机紧急停机时立即关闭，在重新启动的过程中控制气缸内进入的蒸汽流量，进而保证系统性能；高压调节阀属于单座提升阀，可以结合系统需要改变阀门开度，以此控制汽轮机进气量；再热主汽门属于开关两位阀，以摇荡止回式蝶阀为主，并由弹簧室控制，在调节再热蒸汽流量的过程中可以保持平稳增加，进而引导油动机启动。

1.1.4反馈系统

反馈系统作为汽轮机调速系统的重要内容，根据反馈量的变化可分为刚性反馈与弹性反馈。刚性反馈则是以动作为主要衡量指标，只要发生动作就会产生反馈量，动作和反馈始终维持同步状态，不会受时间差异的影响；弹性反馈则是以有差调节为主要衡量指标，通过有差调节形式保持系统运行的稳定性，这种有差调节是相对于动态而言，而在静态情况下，有差调节偏差较小，甚至形成无差调节，当压力恒定不变的情况下，供热汽轮机要采取这种形式以保证正常低耗运行。

2汽轮机调速系统常见故障及处理办法

大机组汽轮机调速系统多以电液调节系统（DEH）为主，采用主汽门或调门启动，使汽轮机全周进汽，气缸与转子受热较为均匀，减少汽轮机热应力，进而延长汽轮机调速系统的使用寿命和运行效率。在实际运行中，汽轮机调速系统极易发生故障，其常见故障与处理办法如下所述：

2.1电液波动

在汽轮机调速系统正常运行的过程中，很容易发生电液波动情况，形成这一故障问题的主要原因在于系统电液转换器工作性能存在不稳定情况，一旦发生运行失常，会造成电液失衡情况，进而形成液压波动。在系统电液转换器工作失常后，要启动备用方案，检测电液转换器运转部位声音，监控内部温度与压力变化，必要情况下要停机。系统实际工作中，电液转换器滑阀处于打开状态，使得系统中进入些许空气或是杂质，引发管路晃动或堵塞，进而对汽轮机调速系统稳定性造成极大的危害。结合这一情况，在启动电液转换器时，要关闭出滑阀，系统运行后逐渐开启滑阀，启动油动机，排出系统空气与杂质，并在管弯死区位置设置排气孔，人为适当调整汽轮机调速系统内部波动情况，进而保证汽轮机调速系统的高速运行。

2.2高压调速汽门失控

在汽轮机调速系统实际运行的过程中，压力油通过滤油器进入到电液伺服阀中，送入油动机的活塞下部位置，启动高调门，此时由于受到外部信号的控制，高压调速汽门挂闸立即启动。但是在有些情况下，电液伺服阀无法接收到正常信号，压力油不会流经电液伺服阀，造成这一现象的原因可能是控制参数不匹配，或者伺服阀机械零件发生漂移、卡涩、堵塞等现象而造成高压调速汽门的失控。这就需要相关工作人员要及时检查控制回路，调整控制参数，或者通过调整电液伺服阀机械零件具体位置，以及更换电液伺服阀等方法快速解决问题，进而保证汽轮机调速系统的正常运行。

2.3主汽门不动作

在进行主汽门活动试验的过程中，电磁阀带电、开启主汽门中不会产生活动动作，造成这一故障的主要原因是主汽门活动试验过程中电磁阀故障或存在油路受阻问题，使得电磁阀带电后限制阀体活塞运行，导致控制主汽门活动速度的节流设备受到油路影响而产生故障。对此，工作人员要对高压主汽门活动电磁阀的正常运行情况进行全面检查，明确系统运行状态，拆除活动电磁阀，连接220V交流电源开展实验。若电磁阀处于正常运动状态，则可以排除电磁阀故障，再检查油动机活塞下部油路通畅性，结合检测结果进行具体处理，排除故障，进而保证汽轮机调速系统的正常运行。

2.4传输信号不稳定

在汽轮机调速系统实际工作中，旋转阻尼会将机组转速信号转化为一次油压信号，及时传输到放大器，而放大器会将该信号放大到5倍左右，形成二次油压，运送到低油压选择器中，和负荷限制器输出油压进行比较，将比较后的低值油压信号通过流量放大器进行油压输出，进而通过磁力断路油门进行高压油动机控制，以操纵调节汽门。在此过程中，信号传输是汽轮机调速系统实现自动化控制的内容，若设备部件发生故障，或者是出现磁干扰，降低信号传输质量，进而引发汽轮机调速系统故障。对此，在实际操作中，工作人员要加强对现场管理工作，排除信号干扰，进而有效预防汽轮机调速系统故障问题。与此同时，工作人员要明确油动机时间常数对汽轮机调速系统动态特性的影响，合理控制油动机反应时间，加快系统衰减过程，进而消除汽轮机调速系统在实际运行中的振荡问题。

2.5电液伺服系统的死区特性

电液伺服系统存在典型非线性，而这种非线性以死区特性较为突出，其死区特性主要由电液转换器滑阀正重叠量与系统库伦摩擦而产生，这种特性对汽轮机调速系统的影响主要有以下两方面：一是死区特性对系统响应的延滞性，当死区环节处于反馈回路中则不存在延滞问题，主要是非线性环节影响无法直接输出；二是死区特性对系统的静差问题，在很大程度上可以影响汽轮机调速度系统的运行精度，这是随着宽度的提高，其静差也会加大。对此，工作人员要了解和熟悉电液伺服系统的死区特性，并通过有效的手段对死区特性凸显表现进行有效控制，优化电液伺服系统运行体系，排除影响因素，弱化带液伺服系统死区特性影响强度，进而保证汽轮机调速系统的高效运行。

2.6油系统压力低及漏油问题

汽轮机高压抗燃油系统油压正常的工作范围是12.2-14.8MPa内，它是汽轮机调速系统的重要参数之一。如果汽轮机调速系统在实际运行的过程中发生油系统漏油的情况，不仅会降低汽轮机调速系统油压，油动机出力明显不足，增加汽轮机调速系统的迟缓率，造成各个部件性能失常，进而出现调速系晃动的问题；如果油压降低到低于设定值，就会引起机组跳闸。在实际工作中，引发汽轮机调速系统设备泄漏（包括外漏和内漏）的因素有很多，主要表现为油泵泄漏、油管断裂或大量油外漏、两个及以上的高压蓄能器内胆漏气、系统中伺服阀或卸荷阀的内漏、系统部件磨损或是腐蚀情况较为严重造成设备部件间隙加大、油动机活塞缸壁某处磨损较大、或是逆止阀不严等等情况。同时，系统漏油故障会严重威胁到汽轮机运行安全，如果油漏到蒸汽管线后，很容易引发火灾，进而威胁人员的生命安全。

针对以上故障问题，工作人员要加强汽轮机调速系统日常检查监控，要及时了解油压变化，重视系统内部漏油情况，一旦发现油压降低或漏油故障，要立即查明原因及时处理，并切实采取防火措施，必要时必须打闸停机进行处理，进而保证汽轮机调速系统和汽轮发电机组的安全稳定运行。

3汽轮机调速系统故障分析方法

汽轮机调速系统故障是系统性能指标的下降或是丧失，而对汽轮机调速系统进行故障诊断，核心目的是明确系统运行状态，预测系统发展变化，及时发现汽轮机调速系统运行中存在的安全隐患，明确故障部位、故障原因、严重程度以及发展趋势等故障性质，以便于做出准确的判断和识别，进而提出维修建议和决策建议。现阶段对汽轮机调速系统故障的诊断技术包括振动分析与油析分析这两种诊断技术，具体内容包括以下几方面：

3.1振动分析法

3.1.1信号确认

在进行汽轮机调速系统故障分析的过程中，要确认信号，针对仪表报警情况进行分析，一方面仪表报警是汽轮机调速系统相关部件发生故障而引发的报警，工作人员要采样分析，了解设备故障原因，并加以处理；另一方面则是仪表出现故障，由于信号失真而出现诊断错误的情况，影响生产决策，造成损失，这就表示在信号采集后，工作人员要对信号进行确认，保证生产决策的正确性。

3.1.2信号预处理

信号预处理主要是通过提高数据精度来实现信号可靠性的强化，保证故障诊断结果的准确性，在进行信号预处理的过程中，不断增强信号信噪比，这主要是由于信号采样中会受到些许干扰，系统早期信号较弱很可能会淹没在噪声中。而信号预处理主要包括以下几种方法：第一，消除异常数据。在信号采样中，信号参入杂乱值会造成信号异常点，为了保证诊断结果的准确性，工作人员要消除这些异常数据，利用数据列表和图形目视的方式检测异常点位置，计算采样值标准偏差，并根据统计概率理论，把大偏差数据删除，以保证采样信号的可靠性。第二，消除趋势项。趋势项属于大振动周期频率成分，根据采样系统原理和缺陷而形成的时间序列趋势误差，这一存在会造成低频谱分析误差，甚至完全失真。对此，工作人员要在信号采样前采用过滤波筛除趋势项，通过低通滤波将趋势项提取出来，并在离散采样后用专用程序进行计算，进而消除趋势项。第三，提高信噪比。采样后的信号会混有噪声，使得信号不突出，无法做出准确诊断。工作人员可以借助技术手段，通过噪声比衡量信号和噪声的比例关系，用符号表示，进而提高信号预处理效果，保证汽轮机调速系统故障诊断的准确性。

3.1.3信号变换

传感器获得振动信号后会自动分析初始信息源，其中包括机器状态信息，若振动较为复杂，振动信号波形更为杂乱，无法直接获取信号波形内在规律，进而无法准确的进行定量分析。在这种情况下，工作人员可以利用信号变换法，及时发现振动信号和系统故障间的依赖关系，明确故障识别信号特征，并对信号形式进行变换和二次加工处理，使其机理得以清晰化和直观化，进而有利于工作人员对汽轮机调速系统故障的诊断和处理。

3.2油液分析法

现代汽轮机调节、控制系统为提高调节、控制品质、防止火灾普遍采用了三芳基磷酸酯型抗燃油（EH油）作为汽轮机调节、控制系统的工作媒介。EH油质好坏直接影响DEH调节、控制系统的调节、控制品质。而EH油在使用过程中极易劣化，主要表现为颗粒度、水分的增加和酸值升高。EH油污染颗粒度增加，极易造成部套卡涩；EH油酸值的升高，对伺服阀等部件产生腐蚀作用，使伺服阀泄漏增加。为此，要在安装、检修、维护等各个环节高度重视，定期化验油质，出现劣化趋势时及时进行处理，以防止EH油油质劣化。

3.2.1油样常规分析

为了保障汽轮机调速系统的安全有效运行，我国制定EH油液污染标准作为油样常规分析指标，明确油样的粘度、酸值、机械杂物以及水分等内容，使用先进技术进行成分分析，以此为依据，合理控制EH油的使用和更换。EH油常规检测项目如表1所示，主要有运动粘度40℃、密度20℃、酸值、污染度（颗粒度）、水分、倾点、泡沫性质、空气释放值等主要指标。

3.2.2油料光谱分析

油料光谱分析包括原子吸收分析和原子发射光谱分析，通过发射光谱检测物质特定波长光和光强度，进而明确磨料中元素成分和含量。这种检测元素基本包括磨损金属、添加剂和污染物，在进行实际检测中，工作人员可以迅速分析油液成分、含量和浓度，无需进行样品预处理，一般使用在现场检测中，诊断结果较为精确。但唯一不足的地方就是这种检测方式对油液大颗粒检测敏感度较低，在实际使用中需配合铁谱分析技术与大颗粒计数器进行辅助检测，进而达到汽轮机调速系统故障诊断的最佳效果。

3.2.3铁谱分析

在进行汽轮机调速系统油液分析中，铁谱分析是通过强磁场、高磁场的铁谱仪把油液中存在的铁磁金属磨料进行有序分离，使得非磁性磨料沉淀到谱片上，获取油液磨粒大小、数量以及形貌等基础信息，明确汽轮机调速系统中各个设备元件的磨损形式与磨损部位，推断汽轮机调速系统故障原因，进而为汽轮机调速系统的维修和养护工作提供重要的信息依据。

结束语

本文通过对汽轮机调速系统常见故障与有效处置技术的研究，得出：

1.汽轮机调速系统主要包括转速感受系统、传动放大系统、配汽系统、反馈系统等内容，并在实际运行中系统故障也出自于这四个子系统，需要工作人员进行有效排查，明确故障进而解决故障，保证汽轮机调速系统的高效运行。

2.一旦汽轮机调速系统发生故障，工作人员要从各个系统相关设备元件入手，结合故障现象和系统运行情况，合理选择振动分析法和油液分析法，对汽轮机调速系统故障进行准确诊断，提出有效的处置方式，进而保证汽轮机调速系统的高效运行。

参考文献：

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作者简介：

唐先勇（1968－），男，山东泰安人，工程师，现任宁夏宁鲁煤电有限责任公司灵州电厂副总工程师。