汽輪機油動力電磁閥的原理及一些安全控製的思路分享
汽輪機油動力電磁閥的原理及一些安全控製的思路分享
1.油路原理圖及控製過程。（調節閥）
紅色線：壓力油。藍色線：回油。橙色線：控製油。
如上圖所示，來自母管的GFR壓力油分成兩路，一路經過濾器作為伺服閥的先導油，一路經過濾器又分成兩路。其中一路進入伺服閥，控製油缸進油，另外一路送兩路快關電磁閥，也稱停機電磁閥。快關電磁閥有兩路，冗餘配置，接收汽輪機保護係統來的信號，其中一路動作，引起快關門。
以一路電磁閥為例：
正常運行時，電磁閥帶電，使P-A連通，壓力油經電磁閥後，分為兩路，如橙色部分，一路使插裝閥a向下關閉，使插裝閥b的控製油不與回油管線接通，一路經逆止閥為插裝閥b提供控製油，使其關閉。b閥關閉，就使油缸的進油回路與回油回路斷開。
汽機保護動作時，電磁閥失電，電磁閥的A-T口導通，插裝閥a在彈簧的作用下打開，使閥b的控製油失去，閥b在彈簧的動力下打開，使去往油缸的壓力油與回油管線接通，壓力油直接經油缸去往回油管線。主閥門在彈簧的作用下關閉。
截止閥的油路與主汽閥基本相同，將伺服閥換為開關閥即可。
除此之外，b閥比a閥尺寸大很多。壓力油去往伺服閥的過濾器更加精密。
2.電磁閥和伺服閥的結構
電磁閥基本上由閥體1，電磁線圈2，閥芯係統3和關閉元件4組成。在初始位置時，球芯4被彈簧9或電磁力壓在閥座上。線圈2通過傾斜的杠杆6和球7作用在柱塞8上，可以推動閥芯移動，實現PA口接通或AT口接通。通過旋鈕10可手動切換電磁閥位置。
伺服閥為兩級結構，由伺服馬達1，液壓放大器2（即擋板噴嘴結構），閥芯3通過機械位置反饋與伺服馬達連接。
當伺服線圈接收到電信號時，在電樞5處的永磁體與轉矩管6結合，產生轉矩。由於擋板7與轉矩管6連在一起，轉矩將推動擋板離開中心孔8，兩側噴嘴產生壓差，從而在閥芯3兩次產生壓差，推動閥芯3移動。閥芯3通過機械位置反饋9與擋板噴嘴連接，控製閥芯位置移動，直到機械位置反饋彈簧力與電磁力矩平衡，噴嘴擋板兩側壓力平衡。
控製閥芯的行程，通過先導控製閥的流量按電氣信號的輸入實現閉環控製。
3.油路常見故障
3.1快關電磁閥控製回路斷線或接地故障
當快關電磁閥控製回路發生斷線或接地故障時,快關電磁閥將處於失電狀態,此時油動機控製回路的其他設備處於正常運行狀態,即伺服閥處於工作進油狀態。當快關電磁閥失電後,該電磁閥控製的單向閥組將導通,油動機油缸與回油管路導通,油缸 EH油壓將迅速降低,油動機將逐漸關閉。此時伺服閥電流將升至上限,供油量急劇增大,EH油泵出力增大,工作電流異常上升,趼油母管油壓將逐步下降,若出不及時,將導致H油母管油壓過低,汽輪機其他閥門油動機異常關閉,甚至機組跳閘。
西門子汽輪機配置的控製係統一般為DEH控製係統,快關電磁閥的控製回路供電電壓為24VDC,由西門子係統特有的故障安全型輸出卡件直接供電控製。
當快關電磁閥控製回路發生斷線或接地故障時,故障安全型輸出卡件將短時間內檢測到輸出通道故障,輸出通道故障報警信號。在控製係統的原設計邏輯中,該報警信號僅作為係統報警,提醒工作人員注意。在實際的應用過程中,由於運行人員的故障判斷能力局限,往往無法及時判斷故障點,無法及時完成故障隔離,引起事故的擴大。10月26日,廣東某新投運百萬機組的汽輪機2號中調門1號快關電磁閥控製回路斷線,導致2號中調門快速關閉,與此同時油壓迅速下降,引起其他閥門組關閉,機組跳閘。
針對此類故障情況,根據油動機油路控製原理,為盡快隔離故障油動機,需迅速關閉伺服閥進油,防止進油管道與回油管道直接導通,造成EH油母管油壓下降。在伺服閥存在的情況下,要達到快速關閉伺服閥的效果,可通過降低伺服閥閥限的方法,將伺服閥電流指令限製在負方向,確保伺服閥往關方向偏置,截止進油。本係統使用的邏輯控製方案為:當係統檢測到故障安全型卡件快關電磁閥通道故障,發出通道故障信號後,直接利用該指令將該快關電磁閥所在的閥門油動機伺服閥指令限製降至-5%，確保了伺服閥指令電流為負方向電流，截斷伺服閥進油。
3.2快關電磁閥油路卡澀或泄露
當快關電磁閥組中的任一個閥發生卡澀或泄露時，進油管路與回油管路直接導通，導致EH油母管壓力下降。
在正常情況下，快關閥常帶電,動作次數較少,該問題出現的情況較少。隻有在機組啟停過程中和進行閥門在線時,電磁閥在長時間不動作後,進行多次動作時,極易引起電磁閥卡澀的情況。
國內幾個應用汽輪機較早的發電廠,如浙江樂清發電廠、北侖電廠、廣東平海發電廠等,均發生了不同程度的油動機快關電磁閥卡澀的情況。其中樂清發電廠在2012年月2日,北侖電廠在2012年5月31日進行在線閥門 ATT試驗過程中,發生電磁閥卡澀無法回座的情況,導致閥門在開啟過程中無法正常開啟,EH油母管油壓持續下降,導致機組異常跳閘。平海電廠自2010年進行機組調試及機組投入商業運行後,在機組的啟停過程中,發生多起電磁閥卡澀,導致閥門無法正常開啟的情況。
在該情況下,係統反應較快,運行人員一般情況下無法快速反應,為保障機組安全,需建立快速準確的控製係統自診斷功能。經現場實踐總結,故障判斷條件由以下兩條組成:a、當調門指令偏差10%,且兩台 EH油泵出口壓力及母管油壓均小於13MPa 時,將該調門的閥限設為一5%,快關調門,保證切斷進油管路,防止酬油母管油壓降低;b、監視伺服閥的線圈電流,當調門伺服閥線圈電流大於20mA,延時3S,係統發出重要設備故障報警。
這種情況故障的主要原因為油路發生機械卡澀所導致,直接原因為油質不合格,含有較多的雜質。
根據油動機控製油路可知,汽輪機油動機的EH油壓建立主要是依靠每個油動機上布置的兩個快關電磁閥,這兩個快關電磁閥平時具備一定的回油量,直接導致了該電磁閥容易成為油路上雜質的沉積點,加劇卡澀發生的可能性。從這個層麵上考慮,汽輪機油動機對油質,特別是固體雜質含量的要求是高於其他機型對於油質的要求的。為此,應該加強對該機型的EH油油質的監控及日常的油質過濾工作,同時在機組大小修期間,應盡可能對整個油路進行有效的清洗,杜絕檢修過程中產生的固體雜質殘留在油係統內,造成重大的安全隱患。