介紹了紅沿河核電站1號機組汽輪機主汽閥和調(diào)節(jié)閥布置、結(jié)構(gòu)特點；論述該機組主汽閥和調(diào)節(jié)閥的調(diào)整過程，包括閥位反饋整定、閥門開關(guān)時間調(diào)校、階躍響應(yīng)測試等；對一些重要技術(shù)指標進行了分析并給出了調(diào)校辦法。此調(diào)整經(jīng)驗可供同類工程調(diào)試專業(yè)人員參考。

　　紅沿河核電站一期工程安裝4臺1119MW 機組，配套東方汽輪機有限公司制造的型號為HN1119-6.43/280/269的半速汽輪機。該機組結(jié)構(gòu)特點是高中壓合缸、單軸四缸六排汽、沖動凝汽式、中間汽水分離二級再熱、節(jié)流配汽、7段非調(diào)整抽汽。采用高、中壓缸啟動方式，高、中壓調(diào)節(jié)閥分別同步動作，蒸汽依次通過主汽閥和調(diào)節(jié)閥后直接進入第1級隔板。本文基于紅沿河核電站1號機組主汽閥和調(diào)節(jié)閥的布置、結(jié)構(gòu)特點，論述其調(diào)整試驗過程。

1、主汽閥和調(diào)節(jié)閥布置、結(jié)構(gòu)特點

　　該汽輪機組高、中壓缸均由4個閥組控制進汽，按照全周平衡分別是左上、左下、右上和右下進汽。每個閥組均由1個主汽閥和1個調(diào)節(jié)閥組成，閥組彈性支撐在汽輪機平臺上。閥門布置如圖1所示，圖中MSV是高壓主汽閥(main stop valve)，MCV是高壓調(diào)節(jié)閥(main control valve)，ISV是中壓主汽閥(intercept stop valve)，ICV是中壓調(diào)節(jié)閥(intercept control valve)。

圖1　閥門布置示意

　　紅沿河核電站高壓主汽閥和調(diào)節(jié)閥在結(jié)構(gòu)上均為截止閥，是首次采用阿爾斯通(ALSTOM)公司核電高壓閥門技術(shù)生產(chǎn)的國產(chǎn)化設(shè)備。中壓主汽閥和調(diào)節(jié)閥均是阿達姆斯(ADAMS)公司生產(chǎn)的單軸結(jié)構(gòu)蝶閥，該公司閥門首次使用于國內(nèi)核電工程。頸部設(shè)置自潤滑免維護軸承，采用金屬石墨夾層密封結(jié)構(gòu)，密封性能良好。

　　閥門的執(zhí)行機構(gòu)是油動機，調(diào)節(jié)油系統(tǒng)正常工作壓力為12MPa，運行溫度是(50±5)℃。油動機進、回油口和抗燃油管道之間使用了金屬軟管，能夠很好地吸收油壓的波動以及閥門動作過程中的振動。每個油動機上都安裝有試驗用電磁閥，主要用于嚴密性試驗和閥門活動試驗。該閥帶電后油動機快速泄油實現(xiàn)閥門快關(guān)。調(diào)節(jié)閥油動機安裝有比例閥，通過安裝在汽輪機控制柜內(nèi)的伺服卡遠程控制比例閥，從而實現(xiàn)對油動機的精準控制。每個比例閥獨立使用1塊伺服卡。閥位傳感器能輸出相互獨立的3組4～20mA信號，利用磁滯原理將直線運動的機械位移量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?/p>

2、主汽閥的調(diào)整

　　首先按照安裝質(zhì)量文件檢查、確認基本的安裝數(shù)據(jù)，如油動機預(yù)起行程和有效行程等；同時確認油動機沖洗已經(jīng)完成并且沖洗結(jié)果合格。主汽閥只有全開和全關(guān)2種狀態(tài)，因此主汽閥的調(diào)整比較簡單，過程簡述如下：

　　(1)閥位反饋整定。將全開位調(diào)整為20mA，全關(guān)位整定為4 mA。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗，巴魯夫(balluff)閥位變送器需要先整定全開位的反饋電流，關(guān)閉閥門后再調(diào)校全關(guān)位的反饋電流。完成整定后建議重復(fù)開、關(guān)幾次閥門，以確認整定結(jié)果沒有發(fā)生漂移。

　　(2)閥門開啟和關(guān)閉時間調(diào)整。閥門動作時間需要考慮油動機的動作時間、油動機延遲時間、閥門延遲時間[3]。針對閥門的動作時間，最終調(diào)整的開啟時間是在60s以內(nèi)，關(guān)閉時間是在0.35s以內(nèi)。開、關(guān)時間可以通過對閥位反饋作切線的方法得到，圖2為快速切線法示意圖。

　　如果開、關(guān)時間不合格，可以通過改變油動機內(nèi)部編號為NOO和NOC的節(jié)流孔板的尺寸來調(diào)整閥門開、關(guān)時間。在調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)，右上高壓主汽閥的開啟時間僅為17s，和其他3個高壓主汽閥50～60s的開啟時間存在較大偏差。將NOO 節(jié)流孔板的孔徑從1.5mm逐步縮小到0.9mm后發(fā)現(xiàn)，雖然開啟時間得到減緩，但是油動機油缸中的壓力在閥門全開的狀態(tài)下只有7.5MPa，該壓力值偏小。因此，最終選用的節(jié)流孔徑是1.1mm，很好地兼顧了油動機開啟時間和油動機穩(wěn)定性。

圖2　快速切線法示意

　　(3)閥位-油壓相關(guān)性曲線。在完成上述各項調(diào)整后，畫出閥門開啟過程和關(guān)閉過程中閥位-油壓的相關(guān)性曲線。通過相關(guān)性曲線能直觀地得到閥門的最小動作油壓，對節(jié)流孔更改后的油動機控制特性進行再驗證，保證油動機工作穩(wěn)定、可靠。

3、調(diào)節(jié)閥的調(diào)整

　　調(diào)節(jié)閥完成就地調(diào)整后還需要使用上位機進行再次調(diào)整，采用2種方式整定的目的是為了確保結(jié)果的可靠性。

　　3.1、伺服卡的靜態(tài)調(diào)校

　　伺服卡將接收到的閥位反饋轉(zhuǎn)換成電壓信號，并與收到的指令信號對比進行比例積分(proportional integral，PI)調(diào)節(jié)。圖3為使用伺服卡控制閥門的示意圖。

圖3　伺服卡控制閥門

　　伺服卡面板上的模式選擇開關(guān)有test　valve、test loop和auto 3種。test valve模式是開環(huán)調(diào)節(jié)，使卡件內(nèi)部的PI控制回路旁路。test loop和auto模式均是閉環(huán)調(diào)節(jié)，區(qū)別在于前者的指令來自伺服卡表面的指令電位器，后者是通過卡件背部的卡槽位接收來自汽機控制機柜的外部指令。

　　伺服卡實現(xiàn)的是閉環(huán)控制，因此需要對伺服卡的閉環(huán)控制性能進行調(diào)校。當伺服卡接收到4mA 閥位信號時，通過卡件上的Offset電位器將伺服卡的指令調(diào)校為0V±100mV；當伺服卡接收到20mA的閥位反饋時，通過Gain增益電位器將伺服卡的指令調(diào)校為-10V±100mV。實際調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)，Off set和Gain電位器會互相影響，因此每次調(diào)整完一個電位器后必須對另一個電位器再次確認。

　　3.2、就地調(diào)整

　　就地調(diào)整時使用了專用工具，該工具可接收閥位、油壓、比例閥反饋等信號并給出控制閥門動作的指令，實現(xiàn)對閥門的控制，圖4為專用工具照片。將伺服卡裝入專用工具，通過預(yù)制電纜將比例閥和專用工具背板上的插頭連接在一起。專用工具的面板上有外部指令旋鈕等，可實現(xiàn)對閥門的控制，還能實現(xiàn)對油動機壓力等參數(shù)的采集。

圖4　閥門調(diào)整專用工具

　　3.2.1、閥位反饋的整定

　　通過專用工具控制比例閥實現(xiàn)閥門的開關(guān)，完成對閥位變送器全開位和全關(guān)位的調(diào)整。整定方法和主汽閥閥位反饋調(diào)整相同。根據(jù)經(jīng)驗，在實際調(diào)校過程中使全開位的閥位設(shè)定值略小于20mA，全關(guān)位的閥位設(shè)定值略大于4mA。

　　3.2.2、伺服卡PI參數(shù)和死區(qū)值的調(diào)整

　　在閥門開關(guān)過程中，通過記錄分析閥位反饋、伺服卡輸出的指令、伺服卡內(nèi)部積分器信號等實現(xiàn)對卡件參數(shù)的整定。在確認PI調(diào)整完成后，用萬用表測量公共地端的電阻值并記錄。

　　死區(qū)調(diào)整的目的是通過調(diào)整伺服卡來補償比例閥的死區(qū)。判斷死區(qū)調(diào)整是否準確的一個很好的辦法是觀察閥門動作過程中閥門的抖動、階躍響應(yīng)的曲線等。

　　3.2.3、閥門開啟、關(guān)閉時間的調(diào)校

　　調(diào)節(jié)閥的開啟、關(guān)閉時間的測量有很多種辦法，例如通過專用工具給出0—100%—0的階躍指令、通過試驗電磁閥的帶電和失電方式或者通過調(diào)節(jié)油系統(tǒng)的掛閘和打閘方式等。另外，模擬調(diào)節(jié)閥門伺服卡故障工況，測量調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉時間也是很有必要的。調(diào)節(jié)閥閥門開啟、關(guān)閉時間可以通過調(diào)整油動機的相關(guān)節(jié)流孔來改善，或者通過調(diào)校油動機內(nèi)部的插裝閥來調(diào)整。高壓調(diào)節(jié)閥最終調(diào)整的開啟時間應(yīng)該在5s以內(nèi)，中壓調(diào)節(jié)閥最終調(diào)整的開啟時間應(yīng)該在7s以內(nèi)，調(diào)節(jié)閥的快關(guān)時間均調(diào)整在0.35s以內(nèi)，控制回路故障引起閥門關(guān)閉的時間大約為60s。

　　3.2.4、階躍響應(yīng)測試

　　階躍響應(yīng)曲線能夠很好地反映伺服卡的PI參數(shù)和死區(qū)的設(shè)置是否合理，驗證閥門是否具有響應(yīng)快速、靜態(tài)誤差小和超調(diào)量小的調(diào)節(jié)特性。在實際試驗過程中會記錄和分析40%—50%—40%、20%—80%—20%階躍響應(yīng)曲線。如果響應(yīng)特性太差需要通過修改PI參數(shù)等方式來改善。

　　3.2.5、閥位-指令、閥位-壓力相關(guān)性測試

　　通過閥位-指令相關(guān)性曲線，可以反映閥門指令的響應(yīng)時間和閥位跟蹤指令的動作特性，反映比例閥和伺服卡在控制油動機時的匹配性。通過閥位-壓力相關(guān)性曲線，能夠反映油動機自身包括插裝閥等特性是否良好。

　　3.3、上位機調(diào)整

　　使用上位機進行調(diào)整時需要將伺服卡復(fù)裝到汽機控制機柜內(nèi)。通過伺服卡上的指令電位器或者強制組態(tài)中閥門指令輸出的方式對就地調(diào)整的結(jié)果進行驗證。試驗的內(nèi)容基本上和就地調(diào)整內(nèi)容相同。試驗過程中也會對伺服卡的一些參數(shù)進行微調(diào)，同時本文第3.2.1節(jié)中闡述了調(diào)節(jié)閥的閥位反饋值并不是標準的4mA或者20mA，因此需要將實際值保存到汽機控制系統(tǒng)組態(tài)中。

4、閥門冷態(tài)聯(lián)調(diào)

　　閥門冷態(tài)聯(lián)調(diào)前需要處理閥門廠家提供的調(diào)節(jié)閥特性曲線。通過閥門的活動性試驗可以驗證相關(guān)控制組態(tài)和閥門響應(yīng)的正確性。通過仿真模擬機組的沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)、帶負荷等，實現(xiàn)比較真實的閥門冷態(tài)性能測試。

　　在模擬甩廠用電和甩空載的瞬態(tài)過程時，錄取了主汽閥和調(diào)節(jié)閥在冷態(tài)下響應(yīng)瞬態(tài)過程，例如油動機行程等的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為對比分析熱態(tài)下真實甩廠用電和甩空載時閥門的響應(yīng)結(jié)果積累了第一手資料。調(diào)節(jié)閥控制參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化過程中需要考慮到中壓調(diào)節(jié)閥和高壓調(diào)節(jié)閥在動作過程中的匹配性。例如某些工況下所有調(diào)節(jié)閥迅速快關(guān)后需要再次開啟，高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥在響應(yīng)過程中必須匹配。

5、結(jié)論

　　(1)在閥門調(diào)整前期需做好伺服卡的參數(shù)調(diào)整工作，相關(guān)參數(shù)直接決定了閥門的運行特性，其正確性關(guān)系到閥門的后續(xù)試驗。

　　(2)伺服卡上的死區(qū)值、比例參數(shù)和積分參數(shù)的優(yōu)化能夠改善油動機動作過程中設(shè)備和油路的振動，特別是對于首次應(yīng)用于核電工程的ADAMS蝶閥，很好地改善了閥門動作過程中的振動，提高了瞬態(tài)試驗時閥門的響應(yīng)特性。

　　(3)改變油動機內(nèi)部節(jié)流孔的尺寸來調(diào)整閥門的動作時間和油動機動作穩(wěn)定性是基本的調(diào)整手段。在調(diào)節(jié)過程中注意對開門、關(guān)門時間的把握，閥門內(nèi)部節(jié)流孔的大小也是決定開門、關(guān)門時間的關(guān)鍵。通過紅沿河電廠1號機組高、中壓閥門油動機的調(diào)試實踐，證明本文方法是可行的。

　　(4)通過模擬汽機不同工況以驗證閥門性能的試驗，為機組啟動后閥門運行提供了參考資料，有利于閥門運行狀態(tài)的控制。

　　(5)在冷態(tài)模式下對油動機進行反復(fù)調(diào)整是十分必要的，確保了主汽閥和調(diào)節(jié)閥的動作精準性和穩(wěn)定性，保證了油動機和調(diào)節(jié)油系統(tǒng)相匹配。

　　(6)經(jīng)過沖轉(zhuǎn)、試運及并網(wǎng)等熱態(tài)過程以及一些瞬態(tài)試驗的考驗，說明紅沿河電廠1號機組調(diào)整過程是合理的，調(diào)整結(jié)果是滿意的。