1阀门开度抖动原因分析

1.1上位机和下位机控制信号检查

机组操作员共同设置了三种不同的机组控制模式：反应堆控制棒自动模式和汽轮机调节系统上位机自动模式；汽轮机调节系统上位机与反应堆之间的联锁功能，以及运行中异常时的报警和停机保护。反应堆的控制棒处于自动化状态，而汽轮机的调节系统处于手动模式；核电站正常运行时，反应堆控制棒和汽轮机调节系统控制状态。反应堆的控制棒处于手动状态，汽轮机的调节系统上位机也是手动操作。当核电站处于这两种状态时，由于阀门定位不准确，导致调节阀动作错误。观察阀定位器和阀杆的抖动，我们发现在三种不同的状态下，通过现场安装的百分表仍然可以观察到，其范围和频率之间没有显著的差异。使用下位机阀模块，将输出信号设置为恒定值，确保阀门保持在固定开度，定位器和阀门的开度仍会抖动。测量阀门位移并记录，当位移超过设定阈值时报警，触发调节阀进行泄压操作。

1.2定位器抖动的原因

在液压元件的运动副中，有大量的环形间隙，通常充满油。由于液压油粘度高、密度高、流动性差，当活塞与液压缸或气缸壁接触时，会产生一定的摩擦，使其相对运动。在常规操作中，移动阀芯时，只需解决粘度摩擦小的问题。如果阀口与介质接触不良，则必须施加较大的力，使阀芯顺利移动。然而，在中高压系统中，阀芯停止移动一段时间后，阻力可能增加到数百牛顿，这使得仅仅依靠电磁力不能推动阀芯，导致液压卡紧，就像“卡住”一样。这就是液压卡紧现象。液压卡紧可能是由于油温升高引起的阀芯膨胀，或由于径向力不平衡，阀芯偏离中心，与阀体紧密接触，产生巨大的摩擦。当杂质进入配合间隙时，这种情况会变得更加严重。

在系统设计中，对定位器的快速响应有很高的要求。因此，我们选择在控制信号中添加高频交流信号，并在伺服阀芯上设计坡口，以迫使阀芯产生高频扰动。这样，阀芯就可以始终保持悬浮状态，同时产生湍流，减少亚微米颗粒物的附着力，从而避免液压卡紧设计可能引起定位器振动。一旦振动超过一定界限，就会影响阀门的正常运行。本文提出了一种改进方法，即改变定位弹簧刚度，降低振动范围，提高精度。定位器制造商的试验台抖动标准定义为±0.025mm，但该标准较低，不能满足核电站的功率稳定性要求。当定位器抖动小于或等于0.01mm时，对汽轮机进气阀的影响较小。

2定位器抖动应对措施

2.1定位器试验台再现抖动现象

定位器制造商最初在测试中使用的控制信号没有交流重量，抖动定位器返回工厂检查测试性能不下降，参数正常。模拟电厂的实际情况，按比例增加交流重量，部分定位器抖动可以通过改变温度和压力来复制。

通过试验发现，定位器对温度和压力更敏感。厂家定位器改造程序要求油温为40℃，油压为14MPa。与核电厂现场气阀相比，工作温度可达48-52℃，油压为13.8MPa。当油温升至45℃时，有些定位器具有稳定的特性，并有明显的抖动。有些定位器在14MPa压力下稳定性好，试验压力降低后抖动明显。

各部件的配合程度会影响定位器的性能。拆下伺服阀进行单独检测，发现输出压力在不同压力和温度条件下波动较大。当输出压力大幅波动时，相应的压力和温度也不同。更换所有液压部件后，伺服阀输出压力波动的概率明显降低，判断部件使用后因腐蚀、磨损、结垢等原因导致质量下降。输出压力无明显波动的伺服阀组装在定位器缸上后，也会再次抖动。

伺服阀装配程序要求伺服阀在额定供油压力下，挡板两侧喷嘴的额定压力为2.2-2.6MPa。通过试验分析发现，由于系统压力和伺服阀部件特性的变化，伺服阀的实际供油压力不是额定值，喷嘴压力随着供油压力的变化而变化。由于配件制造的差异，两侧喷嘴压力的线性间隔不同，定位器在一定供油压力下两侧喷嘴压力失去平衡时抖动。通过调整喷嘴压力，可使其在供油压力变化范围内处于线性区域，补偿配件差异和运行后状态的变化，提高定位器的工作效率和稳定性。试验结果表明，当喷嘴压力为1.5-1.8MPa时，可适应的供油压力范围广，动态稳定性好。伺服阀装配程序要求通过抛光伺服阀阀芯坡口来增加阀芯扰动，提高定位器的频率响应和阶跃响应能力。相反，减少抛光伺服阀芯坡口，减少阀芯扰动，可减少定位器抖动。

2.2定位器抖动验收标准

定位器制造商以前的标准不能满足现场使用的要求。在保证定位器整体性能的基础上，电厂增加了抖动检查标准：

伺服阀壳体表面温度≥46℃；

充油后伺服阀线圈的阻值波动量≤0.5Ω；

在控制信号中增加18%的颤振分量，用百分表测量定位

气缸活塞抖动范围≤0.01mm。

2.3现场验证

在高压调节气阀出现故障后，伺服阀喷嘴的压力从2.2-2.6MPa降低到1.5-1.6MPa。在定位器改造过程中，减少伺服阀芯坡口的抛光，将定位器5%的阶跃响应指标从120ms改为150ms，仅作为参考标准。在日常机组运行过程中，跟踪确认定位器抖动消失，但在阀门负荷试验过程中，定位器卡住。分析原因是伺服阀长期运行后，节流器、喷嘴、挡板、滑阀上会有抗燃油老化产生的亚微米颗粒聚集，伺服阀启动油压较小，导致其克服杂质阻力的能力减弱。伺服阀喷嘴压力恢复到2.2mpa后，观察到部分定位器在日常运行过程中的抖动现象。

2.4定位器更换标准

为了及时发现异常，避免定位器抖动影响机组功率稳定性，电厂制定了定位器监控和更换标准。当阀指示阀位减去实际阀位时（POSITIOMTRIM）超过10%，或两次带负荷试验后偏差值变化超过6%，需要加强关注。

当POSITIOMTRIM超过12%时，进行阀门刻度，并重新建立相应的阀门驱动电流和阀位特性数据表。当POSITIOMTRIM超过16%时，更换定位器。跟踪机组在全功率状态下的功率波动为3-5MW。当波动超过5MW时，调节系统无法补偿定位器抖动带来的功率变化，因此需要更换抖动定位器。

结论：定位器固定开度时，伺服阀阀芯处于中间位置，定位器上下缸进油量完全相等。在实际工作中，伺服阀阀芯在高频扰动时左右摆动，导致定位器上下缸反复进油，表现为定位器抖动。实践证明，定位器抖动属于设备的固有特性，不能完全消除。通过减少伺服阀芯坡口的打磨量，可以有效改善定位器的抖动。通过制定适当的监控和更换标准，及时干预，可以有效避免机组功率的异常波动。