系统气路故障分析处理及调试.pdf

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1、 CCI旁路系统气路故障分析处理及调试 杜文彬 黄志晶 沈迎迎 洪兵 朱家胜 李晓峰 （神华浙江国华浙能发电有限公司 浙江 宁波 315612） 摘 要：CCI旁路控制系统气路复杂，各控制部件较为精密，且旁路系统故障将会严重危及发电机组安全运行，要求 技术人员在检修调试过程中能够迅速准确地判断故障点，精密调试到位。本文由气动执行器各部件构造、原理、控 制功能实现过程至系统调试，较为全面地介绍了CCI旁路系统的工作原理和控制流程，由现象到本质总结出一套故 障分析、处理及调试的方法，对系统内采用同型设备兄弟电厂旁路系统的检修工作具有一定的参考和借鉴意义。 关键词：CCI旁路 气路故障分析 调试 1

2、 引言 汽机旁路系统的功能是协调锅炉产汽量和用汽量之间的不平衡，改善机组的启动特性，提高机 组运行的安全性、灵活性和适应性。神华浙江国华浙能发电有限公司发电A厂(以下简称“宁海A 厂”)4*600MW机组采用 CCI公司供货的旁路系统，由高压旁路（主蒸汽）和低压旁路（再热蒸 汽）构成二级串联旁路系统，高压旁路系统装置由高压旁路阀、喷水调节阀、喷水隔离阀等组成， 低压旁路系统装置由A、B两套低压旁路阀、喷水调节阀、喷水隔离阀组成。旁路系统各阀门均使 用气动执行器，利用压缩空气做为执行器的动力源。该控制系统具有启动方式、定压方式、滑压方 式三种控制方式，分别通过高、低压旁路的压力调节、温度调节、快

3、开快关等功能来完成机组启停 过程以及正常运行过程中的超压安全保护功能。该系统运行稳定可靠，但控制气路较为复杂且精 密，熟练进行故障检修及调试需要技术人员对于CCI旁路系统的工作原理及控制流程有较为深入的 掌握。 2 CCI旁路系统控制流程介绍 2.1 控制系统构成 单元机组CCI旁路控制系统由高压旁路、低压旁路A、低压旁路B组成，除高压旁路具有微分单 元这一部件外，高、低压旁路气路构造基本相同，单一旁路阀门均由以下部件构成:气源(AIR SUPPLY),贮气罐(AB),过滤减压阀(AFR),逆止阀(B),电流/压力转换器(I/P、R),定位器(P),压力开关 (AL),快关电磁阀(EV1),快

4、开电磁阀(EV2),容积放大器(VB1、VB2),微分单元(UD1、UD2),三通导向 阀(D1- D8),气缸(A)。 2.2 系统主要部件工作原理及功能介绍 气源：气源：提供阀门开启、关闭、快开、快关所需动力气,通常维持气压在0.8MPa左右。 贮气罐：贮气罐：存贮空气,在气源失气情况下使阀门保位并在快开及快关过程中提供动力气。 过滤减压阀：过滤减压阀：对气源供气进行过滤减压,保持动力气及控制气的洁净,防止杂物进入气缸及控制 部件;同时可供用户调节进入旁路系统的气压,一般维持在0.5- 0.6MPa之间。 逆止阀：逆止阀：正常状态下气源通过逆止阀给贮气罐供气,在气源失气时保持贮气罐气压。

5、电流电流/压力转换器：压力转换器：将4- 20mA指令信号转变为压力输出,通过改变滑动变阻器阻值改变输出气压 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 值。（见图1） 定位器：定位器：接收经过I/P转换的气源供气,转化为四路输出,分别作为上、下缸的动力气和控制气;同 时接收机械装置的反馈信号参与控制。（见图2） 图1 电流/压力转换器 图2 定位器 压力开关：压力开关：设定值为0.3MPa,实现自动关断功能,即快关控制气路压力大于0.3MPa正常导通,快 关控制气路压力低于0.3MPa则自动关断,实现失气保护失气保护阀门快关。 快关电磁阀：快关电磁阀：常带电,失电状态

6、下打开快关控制气路,实现阀门快关功能，即失电保护失电保护。 快开电磁阀：快开电磁阀：正常状态下失电,得电后打开快开控制气路,实现阀门快开功能。（见图3） 容积放大器：容积放大器：与上缸相连的容积放大器称为VB1,与下缸相连的容积放大器称为VB2,通过进 气、出气两口控制气气压差实现动力气路通、断及对空排气三种状态的切换。在阀门进行正常开调 节时,VB2导通,VB1对空排气;阀门进行正常关调节时,VB1导通,VB2对空排气;快开、快关状态下 VB1、VB2无作用。（见图4） 图3 快开与快关电磁阀 图4 容积放大器 微分单元：微分单元：与上缸相连的微分单元称为UD1,与下缸相连的微分单元称为UD

7、2,通过分别对气缸 上、下腔室同步而作用相反的加压和排气作用,提高阀门动作速率。微分单元是否激活由定位器的 排汽速率即动力气源压力的变化速率决定:对于微小的输入信号波动,微分单元没有调节作用;当突发 的较大范围的信号波动出现,定位器排气压力的突升使微分单元上侧与大气导通,微分单元内部活塞 的上、下侧压差达到阈值后驱动其动作,气缸b侧与大气导通,通过大排气口排气,并保持导通直至差 压回复到死区限值之内,可通过调节微分单元侧面旋钮D1调节微分单元内部活塞的上、下侧压差阈 值。一旦动作,微分单元的通流率将不可调节。（见图5） 三通导向阀：三通导向阀：控制气源A失气状态下,U- E导通,S关闭;控制气

8、源气压超过设定阈值,则U- S导通,E 关闭。如上切换随控制气压变化而立即实现。（见图6） PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 图5 微分单元 图6 三通导向阀 2.3 系统控制流程描述 高压旁路控制气路图 以高压旁路控制气路图为例，系统控制流程描述如下： 正常调节：该状态下,快关电磁阀带电,快开电磁阀失电,快开、快关控制气路均有气压,三通导向 阀D1- D8均正常导通。定位器输出两路气路控制容积放大器VB1、VB2导通及关断进而实现上、下 缸进、排气,即阀门开启或关闭:VB1导通VB2对空排气,则上缸进气下缸排气,阀门关闭;VB2导通VB1 对空排气,则下缸进

9、气上缸排气,阀门开启。当指令变化幅度较大,微分单元UD1、UD2协助相对应的 容积放大器VB1、VB2排气;指令变化平缓时,微分微分单元UD1、UD2导通,不参与调节。 快关：此状态下,快关电磁阀失电,快关控制气路失气,导致三通导向阀D1、D3、D5、D6、D8 气路切换,D1将贮气罐气源引入上缸,D3、D6、D8实现下缸排气,D5气路切换后有堵头与大气隔绝, 不参与调节。其余部件被隔离,不参与调节。 快开：此状态下,快关、快开电磁阀均带电,快开控制气路失气,三通导向阀D2、D7实现下缸排 气,D4将贮气罐气源引入下缸,D1、D3正常导通,其余部件不参与调节。 低旁控制气路与高旁类似且较为简单

10、，具体控制流程可参照高旁气路，在此不加赘述。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 3 气路故障分析方法(以宁海A厂高旁系统气路故障现象为例) 现象如下： 1、阀门可以进行正常开关操作,但快关功能不能实现 2、快关操作过程中贮气罐压力迅速下降 3、快关电磁阀后连接的自保持压力开关及D1三通导向阀均有排气现象 方法方法1：能优先级先后进行试操作,逐步缩小查找范围,避免引入低优先级部件故障带来的干扰 因发电机组保护需要,旁路系统逻辑设置为快关优先于快开,快开优先于正常调节。正常运行中 快关功能(快关电磁阀常带电)具有最高优先级:一旦快关电磁阀失电,无论快开电磁阀是否带

11、电、控 制指令为多少,阀门均应上缸进气,下缸失气,实现迅速关闭。故快关控制气路不受其他动力气路及控 制气路的影响,分析快关功能实现正常与否可以避免引入快关控制气路以外其他部件可能故障带来 的干扰。同理,在快关功能正常的情况下可进行快开试操作,排除正常开关所需部件故障的影响。因 此,故障情况下按照快关、快开、正常开关的顺序进行试操作,可逐步排除可能故障部件,缩小查找范 围,步骤如下： 步骤步骤1 进行快关试操作(可采用四种方式: 1、就地拔掉电磁阀插头 2、在电子室旁路控制柜发 快关指令 3、在电子室旁路控制柜内拉掉快关电磁阀供电空气开关 4、在DCS操作员站发快关指令) 步骤步骤2 如快关功能

12、正常,则可排除快开控制气路及与之相关联实现快关功能的EV1、AL、AB、 D1、D3、D5、D6、D8各部件故障可能性。 步骤步骤3 继续进行快开试操作(需在OT或机柜发快开指令) 步骤步骤4 如快开功能正常,则排除EV2、D2、D4、D5、D7故障可能性。 步骤步骤5 排除快关、快开气路故障可能后,进行正常开关调节试操作,针对定位器、容积放大器、 微分单元的排放气情况进行判断查找故障部件。(可参考1.3节介绍的系统控制流程描述) 方法方法2：故障情况下断开整个管路的某一部分连接进行排除法检查 由现象1可以判断下缸未失气。如气路图所示,因快关功能的下缸排气由D3、D6、D8三个三通 导向阀共同

13、完成,且三个阀门的控制气均来自同一根快关控制气路母管,而三个阀门同时故障的可能 性很小,故初步判断快关过程中该母管压力没有排掉,导致D3、D6、D8三个三通导向阀仍保持由定 位器出口至下气缸的正常调节动力气路导通,未能将下气缸与大气导通实现排气进而快关旁路。 与快关控制气路母管相连的除D3、D6、D8外,还有与上缸相连的D1、D5两个三通导向阀及由 过滤减压阀前直接引来的气源管路,采用排除法排除法验证快关控制气路气压来源: 高压旁路控制气路图（注释） PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 步骤步骤1 由注释气路图可知,当快关电磁阀失电,其后的气路失气,导致自保持压

14、力开关控制气压力 降至0.3MPa以下,快关电磁阀及自保持压力开关均对空排气,作为快关控制气路失气的双保险。尝试 切断快关电磁阀前气路,自保持压力开关及D1三通导向阀仍有排气现象,故判断气源至号点前快关 控制气路正常。 步骤步骤2 更换完好的快关电磁阀后重新调试现象不变,与1步结果结合判断气源至号点前快关 控制气路正常。 步骤步骤3 尝试切断号点处气路,自保持压力开关及D1三通导向阀仍有排气现象,故判断号点 后至D3、D6、D8段快关控制气路正常。 根据故障现象及气路图判断,三通导向阀D1可能故障,导致快关控制气路与贮气罐供上缸气路导 通,引起快关功能不能实现的同时贮气罐介质由自保持压力开关处

15、泄掉,贮气罐压力迅速非正常下 降。 方法方法3：现象可将故障锁定在某一管路或某几个部件的特定区域。根据不同故障现象交集,查找 重点故障部件进行解体排除故障。 现象现象1：门可以进行正常开关操作,但快关功能不能实现 由现象1进行气路分析可知:故初步判断快关过程中该母管压力没有排掉,导致D3、D6、D8三个 三通导向阀仍保持由定位器出口至下气缸的正常调节动力气路导通,未能将下气缸与大气导通实现 排气进而快关旁路。 现象现象2：闭气源及快关操作过程中贮气罐压力迅速下降 由现象2及排除法可知:故障在AL及D1之间管路 现象现象3：关电磁阀后连接的自关断压力开关AL及D1三通导向阀均有排气现象 由现象3

16、及系统工作流程可知：D1非正常排气 综合以上三种现象的分析结果可知,部件D1故障可能性最大。将三通导向阀D1解体检查后发现, 其内部隔绝控制气与动力气的橡胶密封圈脱开金属密封槽,外翻至槽外,失去了密封功能,导致控制气 与动力气导通,验证了4步的判断。经检查,密封圈弹力减弱,不能有效隔绝控制气路与动力气路、保 持原有状态实现密封功能，判断故障原因为长期高温恶劣工况下运行导致橡胶老化；且三通导向阀 控制气腔体内起密封及润滑作用的油脂呈黑色,可能为气源内杂质污染引起,导致作用减弱。（见图 7、图8） 图7 三通导向阀全貌 图8 正常与故障三通阀内密封圈对比 方法方法4：主装设压力表,有利于指示故障状

17、态下阀门气缸状态 旁路阀门的过滤减压阀及定位器上分别装设有一块和三块小型显示压力表,用以显示气源及定 位器输出至上下缸的动力和控制气源的压力,对于旁路调试过程中上下缸控制情况有重要作用。气 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 路控制系统中的三通换向阀D1- D8也留有孔洞,但在机组正常运行时有堵头堵死,未装设显示压力 表。因定位器压力表显示的是气源压力,而通过三通换向阀D1- D8与上下气缸相连的压力表可直观显 示气缸腔室的实时压力,对于故障情况下判断阀门状态有重要作用,因此建议旁路系统检修及调试过 程中装设显示压力表辅助工作,结束后用堵头堵死提高运行中安全性。

18、为安全起见，拆装堵头及压 力表前将气源及贮气罐气压泄为0MPa。 4 CCI旁路系统检修后调试 调试前准备工作 机组大小修中旁路系统需要进行解体检修,回装后须经调试方可正常投用。因调试须在机组尚 未整套启动的情况下完成,故须模拟发电机并网、主汽压力值等信号进行单体调试。以宁海A厂#1机 组为例,CCI高压、低压旁路快开、快关条件如下列表格所示: 高旁阀快开条件 无高旁快关条件 必要条件必要条件 发电机并网 10BPC00BA003 机柜背后x1231端子排5,6端子 必要条件必要条件 主汽压力大于设定压力P设定 10LBA10CP105、106、107 机柜正面(右下)x3121端子排 必要条

19、件必要条件 实际压力大于P3.0MPa 且P1.0MPa 10LBA10CP105、106、107 动作条件 汽机跳闸 10BPC00BA001 动作条件 发电机跳闸 动作条件 DCS快开按钮 10BPC00BA006 动作条件 高旁阀快关条件 高旁减温阀后温度高 10MAN10CT102 380延时20S 动作条件 高旁减温阀后压力高 10MAN10CP001 4.5MPa 动作条件 110%超速且DEH旁路未切除 3300rpm 动作条件 DEH旁路切除 10BPC00BA002 动作条件 DCS快关按钮 10BPC00BA007 动作条件 低旁阀快开条件 无低旁快关条件 必要条件必要条件

20、 发电机并网 必要条件必要条件 再热汽压力大于设定压力1.5MPa 且P大于0.6MPa 10LBB20CP103、104 P设定=1.5MPa P=0.6MPa 动作条件 110%超速且DEH旁路未切除 3300rpm 动作条件 DCS快开按钮 10BPC00BA008 动作条件 高旁快开联动低旁快开 动作条件 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 低旁阀快关条件 凝汽器压力高(A、B侧各3) 10MAG10CP015、016、017 10MAG10CP025、026、027 机柜正面左下x1131端子排 - 60KPa 动作条件 凝汽器温度高(A、B) 10M

21、AG10CT011、021 79 动作条件 低旁减温水喷水压力低(A、B) 10LCE10CP001、002 1.4MPa 动作条件 DCS快关按钮 10BPC00BA010 动作条件 DEH旁路切除 10BPC00BA002 动作条件 为使旁路具备调试条件,即可以进行正常开、关操作,需使高、低压旁路无快关、快开信号,即满 足快开、快关动作必要条件,使已经动作的动作条件失去。 调试准备工作步骤如下： 步骤步骤1 恢复柜内空气开关及高、低旁快开、快关电磁阀插头;(注意:就地与上缸相连的是快关电 磁阀,方型,常带电,手摸上去是热的;就地与下缸相连的是快开电磁阀,圆型,正常状态下失电,手摸上去 是凉

22、的) 步骤步骤2 模拟发电机并网信号10BPC00BA003,即短接机柜背后x1231端子排5,6端子 步骤步骤3 模拟主汽压力信号(10LBA10CP105、106、107)大于3MPa,因主汽压力信号摄取采用 三取二方式,用信号发生器模拟其中两路电流信号即可。 步骤步骤4 模拟A/B凝汽器压力高、A/B凝汽器温度高、A/B低旁喷减温水喷水压力低信 号，短接 10MAG10CP015、10MAG10CP016、10MAG10CP017,10MAG10CP025、10MAG10CP026、 10MAG10CP027,10BPC00BA010,10BPC00BA002 I/P转换器及控制柜内空气

23、开关功能介绍： I/P转换器外观类似电磁阀,信号接线采用电磁阀插头式,插座为四针,1、2两根针为指令信号接线 端子。就地调试时将信号发生器负端接至内侧端子,正端接至外侧端子。4- 20mA对应旁路0%- 100% 开度。 I/P转换器上部黑色盖子右下角,有两个小旋钮:旋钮上可配合调满度,旋钮下可配合调零位。两旋 钮顺时针调整，上下缸气压同时变化，且对于阀门的作用趋势相同，上缸气压增大，下缸气压减 小，阀门关闭；逆时针调整则上缸气压减小，下缸气压增大，阀门开启。 旁路控制柜空气开关及作用 K2131 HP- BP 高旁快开 带电动作 K2132 HP- BP 高旁快关 失电动作 K2133 HP

24、- BD 高旁喷水隔离门 带电开 K2141 LP- BP1 低旁A快开 带电动作 K2142 LP- BP1 低旁A快关 失电动作 K2143 LP- BPE1 低旁A喷水调节门 带电开 K2144 LP- BD1 低旁A喷水隔离门 带电开 K2145 LP- BP2 低旁B快开 带电动作 K2146 LP- BP2 低旁B快关 失电动作 K2147 LP- BPE2 低旁B喷水调节门 带电开 K2148 LP- BD2 低旁B喷水隔离门 带电开 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 调试流程： 根据本厂机组逻辑设置的不同,分别进行信号强制及短接,满足快开快关动

25、作必要条件,并保证无 动作条件后,即可进行调试。 1) 零位调试流程： 步骤步骤1 先就地用信号发生器给25%左右指令使阀门微开,后切断快关电磁阀供电进行快关操 作。此时关位置为阀门行程的零位,做好标记。相关机务、运行人员确认后进行下步调试。 步骤步骤2 给4mA指令后恢复快关电磁阀供电,观察阀位是否在刚刚确定的零位。 步骤步骤3 如阀门接收4mA指令后离开关位,则顺时针调节I/P下部旋钮的同时观察下缸压力表，下 缸气压缓慢降至零的同时阀门缓慢向下关,直至零位。 步骤步骤4 因机组运行安全性要求,希望旁路门接收到4%- 5%指令时才进行动作,否则,过于灵敏可能 导致阀门内漏,阀后温度、压力高。

26、为此需从4mA逐渐增加指令,此过程中,下缸气压由无到有并缓慢 上升,随之反馈电流缓慢爬升,直至阀门动作。阀门动作主要通过上下缸气压进行判断，气路排气声 响也可辅助判断。 步骤步骤5 就地指令4.6- 4.7mA左右阀门动作,即对应OT上4%- 5%指令阀门动作,如此为理想情况。 如阀门动作过早,即过于灵敏,则顺时针旋转I/P下旋钮;如阀门动作过晚,即过于迟钝,则逆时针旋转I/P 下旋钮。 步骤步骤6 调零位时,为保证旁路关闭严密性,一般指令给4.3mA时要求阀门全关。 步骤步骤7 确认阀门关闭状态下,下缸压力表指示为0,否则运行后可能出现阀后温度高。 2) 反馈电流指示 黑色圆筒型反馈装置中,

27、电流反馈4- 20mA对应阀门0- 100%开度,靠近接线端子有两个蓝色铜制 旋钮,靠近反馈信号端子的用于调整零位,另一个用于调整满度,逆时针旋转时均能使反馈电流变小。 将万用表打至mA档,串联进反馈回路可显示反馈电流,若调整后反馈数值不变,则可能是反馈信号线 不慎接地,柜中熔丝烧了,柜中会有红色报警灯点亮,更换相应保险即可(1安培,F3111- F3128)。 3) 满度调试 就地给20mA指令,阀门开启,若不到满位则调I/P上旋钮,调整结束后调整反馈电流至20mA。具 体方法同零位调试基本相同。 4) 全行程调试 就地给4、8、12、16、20mA信号,看反馈信号是否线性增加,偏差不大即可

28、。 5 CCI旁路系统运行及检修工作注意事项 运行中快关操作须谨慎： 快关电磁阀气路引自过滤减压阀前,如进行快关,则与快关气路相连的D1、D3、D5、D7、D8直 接与气源送气导通,没有过滤减压过程,气源压力直接冲击D1、D3、D5、D7、D8等五个三通导向阀 控制气路下的密封圈,并且可能伴随有未经过滤的气源内杂质进入三通导向阀,易导致密封圈损坏。 且在旁路处于较高阀位时进行快关操作,不仅机械冲击力对阀门接触面损伤较大,同时因D3、D6、 D8三个三通导向阀进行大量、长时间排气,易造成变形及与金属密封槽脱开。正常运行中如果阀后 温度及压力高需快关旁路,应谨慎选择,防止密封圈损坏事故扩大。 定期

29、检修中控制件解体检查： 因旁路系统的特殊作用，其在发电机组正常运行中开关操作并不频繁；系统内各部件处于高温 工作环境中，且持续保持带压状态。以上原因均易导致气路控制件内橡胶密封圈老化变型，失去密 封作用。因控制件内金属结构不易损坏，实际故障情况也多为橡胶部件引起，故建议在机组定期检 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 修中，将运行正常但长期未经检查的控制件进行解体，在条件允许的情况下更换密封圈，以延长部 件使用寿命，降低运行中故障风险。 6 结论 鉴于旁路系统的安全重要性及CCI气动旁路的复杂性，宁海电厂技术人员利用机组定期检修的 机会，在CCI厂家的协助下对旁

30、路系统各部件进行了解体检查，详细了解了各部件作用及整体控制 功能的实现过程，并针对气路故障分析、处理及调试总结出一套行之有效的方法，相信会对以后的 定期检修及机组运行期间的故障处理工作有现实的指导意义。 参考文献：参考文献： 1宁海电厂高、低压旁路系统说明书 美国控制组件公司（CCI） 2003 作者简介：作者简介： 杜文彬（1984- ），男，助理工程师，2007年毕业于东北电力大学，现为神华浙江国华浙能发电有限公司A厂 设备部热控班员，13566590466， 黄志晶（1982- ），男，助理工程师，2004年毕业于云南大学，现为神华浙江国华浙能发电有限公司A厂设备 部热控班员，13566590607， 沈迎迎（1980- ），男，助理工程师，2004年毕业于南昌大学，现为神华浙江国华浙能发电有限公司A厂设备 部热控机控班班长，13566590859， PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建