660 MW超臨界直接空冷汽輪機(jī)整套啟動中的問題及處理措施

唐廣通，南偉亮，李暉，張偉江，李澤敏

（河北省電力研究院，石家莊市，050021）

0 引言

國華定洲發(fā)電有限公司二期工程2×660MW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的CLNZK660-24.2/566/566型超臨界、一次中間再熱、二缸二排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，空冷島為西北電力設(shè)計院設(shè)計、江蘇雙良集團(tuán)供貨。本文針對此類型汽輪機(jī)在整套啟動調(diào)試中遇到的問題進(jìn)行分析，并提出處理方法。

1 冷態(tài)啟動參數(shù)優(yōu)化

1.1 冷態(tài)啟動存在的問題

根據(jù)哈爾濱汽輪機(jī)廠推薦的機(jī)組啟動曲線，汽機(jī)冷態(tài)啟動的沖轉(zhuǎn)參數(shù)為：主蒸汽8.92MPa/360℃，再熱蒸汽1.0MPa/320℃。而現(xiàn)場的調(diào)試實(shí)踐證明，直流鍋爐難以滿足這樣的沖轉(zhuǎn)參數(shù)。因?yàn)橹绷麇仩t啟動時有最小流量限制，吸收同樣熱量下，直流鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量要小于汽包爐。而超臨界直流鍋爐為了保證啟動時水冷壁和過熱器的冷卻，需要較高的啟動壓力。若要將主蒸汽力提高到8.9MPa，就必須增加燃料量以增加產(chǎn)汽量，而加大了燃料量后，爐內(nèi)的煙氣流量增加，煙氣溫度增高，從而提升了蒸汽溫度。在這樣的蒸汽壓力下，主、再熱汽溫在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前就接近500℃，可能引起汽輪機(jī)脹差超限、應(yīng)力過大等問題。

1.2 解決方案

與汽輪機(jī)廠家、鍋爐廠家共同協(xié)商后，兼顧鍋爐和汽輪機(jī)啟動要求，將冷態(tài)啟動參數(shù)修改為主汽壓力不低于5MPa，主汽溫度380～410℃，再熱蒸汽壓力0.4～1.0MPa，再熱蒸汽溫度不高于430℃。同時為了更好地控制汽溫不超溫，采取了提高輔汽壓力以提高給水溫度、降低鍋爐最小流量（從30％BMCR降至21％ BMCR，BMCR為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量）等方法。實(shí)踐證明采取上述措施能夠保證機(jī)組冷態(tài)啟動時各參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)，從而保證了機(jī)組冷態(tài)啟動的順利進(jìn)行。

2 機(jī)組沖車中轉(zhuǎn)速飛升

2.1 事件發(fā)生過程

機(jī)組采取高、中壓聯(lián)合啟動方式首次沖車，轉(zhuǎn)速600 r/min以下由中調(diào)門控制機(jī)組轉(zhuǎn)速。機(jī)組升速至200 r/m in左右時，中調(diào)門突然開展，機(jī)組轉(zhuǎn)速也飛升至600 r/min以上，運(yùn)行人員立即手動打閘。

2.2 原因分析

通過轉(zhuǎn)速歷史曲線發(fā)現(xiàn)沖車至200 r/m in時，3個數(shù)字電液控制系統(tǒng)（digital electro-hydraulic control system，DEH）轉(zhuǎn)速有2個發(fā)生故障，存在較大的擺動。查DEH邏輯為當(dāng)3個DEH轉(zhuǎn)速中2個轉(zhuǎn)速的偏差大于一定值后，DEH就判斷為轉(zhuǎn)速故障，將實(shí)際轉(zhuǎn)速直接輸出為零。當(dāng)時2個發(fā)生故障的轉(zhuǎn)速偏差超過限值，因此DEH將實(shí)際轉(zhuǎn)速置為零，此時給定轉(zhuǎn)速為200 r/min，由此DEH判定實(shí)際轉(zhuǎn)速跟不上給定轉(zhuǎn)速，所以開大調(diào)門，從而造成了轉(zhuǎn)速飛升。

2.3 處理措施

發(fā)生問題的直接原因是轉(zhuǎn)速測量發(fā)生故障，2個有問題的轉(zhuǎn)速測量通過更換轉(zhuǎn)換器消除了轉(zhuǎn)速擺動的問題；但邏輯設(shè)計有不合理之處，存在安全隱患。轉(zhuǎn)速測量發(fā)生問題不應(yīng)將實(shí)際轉(zhuǎn)速置為零，這樣會造成機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升，可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。將邏輯修改為當(dāng)任意2個轉(zhuǎn)速測量偏差大時，通過電超速的通道使機(jī)組跳閘，以保證機(jī)組安全。

3 停運(yùn)高壓啟動油泵后機(jī)組跳閘

3.1 事件發(fā)生經(jīng)過

機(jī)組首次定速3 000 r/m in，按程序停運(yùn)高壓啟動油泵時，隔膜閥上油壓降至零，機(jī)組跳閘。

3.2 原因分析

機(jī)組啟動前，隔膜閥上油壓由高壓啟動油泵直接提供。機(jī)組轉(zhuǎn)速升高后，隔膜閥上油壓由主油泵出口的潤滑油通過1節(jié)流孔減壓后提供，在這2個油路間用1個逆止門進(jìn)行隔離和轉(zhuǎn)換。機(jī)組轉(zhuǎn)速低時，主油泵出力不夠，逆止門被高壓啟動油泵出口油關(guān)死；當(dāng)轉(zhuǎn)速升高后，主油泵出口油將逆止門頂開，高壓啟動油泵不再出力。機(jī)組跳閘后重新升速至3 000 r/m in，檢查主油泵出口壓力正常，但高壓啟動油泵電流和隔膜閥上油壓在機(jī)組啟動前后沒有明顯變化，因此判斷主油泵未能向隔膜閥提供油壓。因主油泵的這條管路上只有1個節(jié)流孔和逆止門（如圖1），而節(jié)流孔完全堵塞的可能性很小，因此認(rèn)為應(yīng)是主油泵至低壓安全油的逆止門裝反。

3.3 處理方法及教訓(xùn)

因機(jī)組已經(jīng)啟動，而逆止門在主油箱內(nèi)，因此處理這個缺陷需要很長時間。機(jī)組停機(jī)后等缸溫降至150℃以下，停運(yùn)潤滑油系統(tǒng)，將主油箱的油導(dǎo)入凈油箱后，進(jìn)入主油箱進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該逆止門確實(shí)裝反。將逆止門處理后機(jī)組重新啟動，升速至3 000 r/m in后停運(yùn)高壓啟動油泵正常。

主機(jī)潤滑油系統(tǒng)的消缺處理，一般均要停運(yùn)整個潤滑油系統(tǒng)才能得以進(jìn)行，而主機(jī)潤滑油系統(tǒng)的停運(yùn)受多方面因素限制，最主要的是受主機(jī)缸溫的限制，因而在機(jī)組試運(yùn)階段，如果主機(jī)潤滑油系統(tǒng)出現(xiàn)問題，耽誤工期一般較長。本類型機(jī)組的潤滑油系統(tǒng)較為復(fù)雜，在以往的調(diào)試中曾遇到過因射油器出口可調(diào)逆止門開度過小導(dǎo)致的斷油燒瓦、2個射油器裝反導(dǎo)致的停運(yùn)交流油泵后主機(jī)潤滑油壓低等問題。因此在潤滑油系統(tǒng)設(shè)備安裝與初次投用前，應(yīng)對相關(guān)設(shè)備與管道進(jìn)行徹底地檢查與清理，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷，做到防患于未然。

4 切換順序閥后瓦溫過高

4.1 事件經(jīng)過

雖然廠家規(guī)定機(jī)組運(yùn)行半年以上才能采取順序閥方式運(yùn)行，但為了保證機(jī)組投產(chǎn)后能順利完成單、順序閥切換，因此在調(diào)試期間就進(jìn)行了該項(xiàng)試驗(yàn)。機(jī)組負(fù)荷530MW，投入功率回路，檢查機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)正常。首先采用廠家提供的上缸先進(jìn)汽的切換方式，高調(diào)門開啟順序?yàn)?、3→2→4，如圖2所示。切換后機(jī)組1、3號閥門全開，2號閥門開啟一部分，4號閥門關(guān)閉。切換過程中機(jī)組負(fù)荷波動8MW左右，切換后1號瓦溫度從66℃降至57℃，2號瓦溫度從84℃升至100℃，振動無明顯變化。因2號瓦溫度較高且持續(xù)上漲，機(jī)組切回單閥方式。

圖2 高壓調(diào)節(jié)閥門的編號（從汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)方向看）Fig.2 TheNo.ofGV(view from the turbine to the generator))

4.2 原因分析及處理方法

這種情況下解決瓦溫過高的方法有2個，一是改變高調(diào)閥的開啟順序，因調(diào)節(jié)汽閥開啟順序直接影響到轉(zhuǎn)子所受的合力會有所改變，或使轉(zhuǎn)子上飄，或使轉(zhuǎn)子下壓，從而影響軸承的平穩(wěn)運(yùn)行，造成軸振和瓦溫的增大；二是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化閥門特性曲線，因加工誤差、線性可變差動變壓器（linear variable differential transformer，LVDT）等有所變動、主機(jī)廠提供不準(zhǔn)等原因，可能引起閥門重疊度與理論設(shè)計值有偏差，實(shí)際運(yùn)行中就會帶來某一點(diǎn)的負(fù)荷擾動量大，進(jìn)而引起瓦溫、軸振的變化。

首先是改變高調(diào)門開啟順序，采用對角進(jìn)汽方式進(jìn)行順序閥切換，高調(diào)門開啟順序?yàn)?、2→3→4，切換過程中負(fù)荷波動在8MW左右，切換前后機(jī)組主要參數(shù)如表1所示。由表1可知，切換后1、2號瓦振動略有上漲，1、2號瓦軸承溫度與切換前溫度基本一致，上下缸溫差、軸向位移等參數(shù)也都正常。采用對角進(jìn)汽方式已經(jīng)解決了2號瓦溫過高的問題，但為了進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，調(diào)試期間實(shí)際測取了閥門開度與蒸汽流量的關(guān)系曲線，并應(yīng)用到DEH系統(tǒng)中。機(jī)組在性能試驗(yàn)中一直采取順序閥運(yùn)行，負(fù)荷變動穩(wěn)定，瓦溫、振動等參數(shù)一直保持在優(yōu)良水平。

表1 不同進(jìn)汽方式下單閥切換順序閥前后機(jī)組主要參數(shù)對比Tab.1 Comparison ofunitmain parametersbeforeand afterss ingle valves witch sequence valve in differentadmissionway

5 機(jī)組振動

5.1 發(fā)生過程

為了提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，本機(jī)組在安裝時汽封間隙都取標(biāo)準(zhǔn)值的下限。因汽封間隙較小且空冷機(jī)組背壓變化大，機(jī)組啟動過程中容易發(fā)生動靜碰摩。

機(jī)組首次啟動后，電氣并網(wǎng)試驗(yàn)要進(jìn)行24 h左右，機(jī)組在這期間一直空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，背壓保持在10 kPa左右。按照邏輯低壓缸噴水第1路始終全開，低壓缸末級葉片排汽溫度一直保持在80℃左右。機(jī)組首次啟動空負(fù)荷運(yùn)行20 h左右后，運(yùn)行人員調(diào)整旁路開度時忽略了對背壓的調(diào)整，致使背壓升到21 kPa，低壓缸末級葉片排汽溫度最高升到115℃，低壓缸2個軸承振動突漲，險些造成機(jī)組跳閘。發(fā)現(xiàn)這種情況后迅速調(diào)整空冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，將背壓控制在10 kPa，同時打開第2路噴水閥降低低壓缸末級葉片排汽溫度。因發(fā)現(xiàn)較早且調(diào)整及時，機(jī)組避免了1次跳閘。

5.2 原因分析及教訓(xùn)

對于空冷機(jī)組而言，容易引起動靜碰摩的因素有2個：一是排汽參數(shù)變化大，造成低壓缸上抬或下沉，可能會引起動靜碰摩；二是空冷機(jī)組低負(fù)荷或空載運(yùn)行時，低壓缸排汽溫度較高，從而造成低壓缸過熱，可能會導(dǎo)致動靜碰摩。本次振動就屬于第2種情況。為了避免動靜碰摩，在設(shè)計時對低壓缸軸承、低壓缸軸封、低壓缸噴水系統(tǒng)采取了與濕冷機(jī)組不同的方式。

（1）低壓缸軸承不與汽缸相連，而采取單獨(dú)落地式，以保證軸承的穩(wěn)定性。

（2）低壓缸軸封下半與軸承箱剛性連接，以保證軸封與轉(zhuǎn)子同心。

（3）低壓缸軸封與低壓缸采用彈性膨脹節(jié)連接，既可以密封，又能吸收低壓缸和軸承箱之間的脹差，軸封供汽管、泄汽管在低壓缸外布置。

（4）低壓缸噴水系統(tǒng)設(shè)計成2路，第1路布置在排汽裝置內(nèi)，低壓排汽出口處，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到600 r/m in且機(jī)組負(fù)荷低于15％額定負(fù)荷前連續(xù)運(yùn)行，同時當(dāng)排汽缸溫度超過90℃自動投入；第2路布置在低壓外缸上半部，面向低壓排汽出口，在背壓達(dá)到報警值60 kPa（a）自動投入，排汽缸溫度降到85℃時切除。

機(jī)組空負(fù)荷運(yùn)行時，一定要注意對背壓的調(diào)整，因低壓缸排汽有噴水系統(tǒng)，即使低壓缸末級葉片排汽溫度沒有超限，如果背壓過高也會造成低壓缸通流部分溫度過高，影響機(jī)組的振動。因此機(jī)組空負(fù)荷及低負(fù)荷運(yùn)行時，控制的關(guān)鍵是背壓，而不是以噴水系統(tǒng)來保持低壓缸末級葉片排汽溫度不超限。

另外需注意的是與常規(guī)設(shè)計不同，本機(jī)組設(shè)計了3路通風(fēng)閥，第1路為常規(guī)的高排通風(fēng)閥，第2路為一段抽汽逆止門前的第2通風(fēng)閥，第3路為高導(dǎo)管上的通風(fēng)閥。這3路通風(fēng)閥皆為減壓閥，配有減溫裝置，都接到疏水?dāng)U容器。通風(fēng)管路的管徑較大且沒有節(jié)流孔，一旦開啟其蒸汽流量較大，因此決不能將其當(dāng)作疏水管道來使用，在機(jī)組掛閘后應(yīng)將第2、3路通風(fēng)閥關(guān)閉嚴(yán)密，防止其通汽量過大引起疏擴(kuò)超壓超溫和排擠汽輪機(jī)疏水，以避免汽輪機(jī)上下缸溫差大而導(dǎo)致機(jī)組振動。

6 中主門卡澀

6.1 中主門打不開

汽輪機(jī)右側(cè)中主門在開啟時時常出現(xiàn)打不開的情況，需要人為降低中主門前的壓力后才能開啟。中主門為搖板式主汽閥，主汽閥閥軸通過4只襯套支撐來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能。中主門外接有油控跳閘閥和旁通閥，起到密封和輔助閥門開關(guān)的作用。經(jīng)分析中主門打不開的原因可能有以下幾項(xiàng)：

（1）旁通閥未開啟，造成中主閥前后壓差過大。

（2）主閥及調(diào)閥之間有降壓點(diǎn)，導(dǎo)致主閥前后壓差過大。

（3）右側(cè)再熱調(diào)速汽閥不嚴(yán)密，旁通閥流通過來的再熱蒸汽不能保壓，前后壓差過大。

（4）油控跳閘閥未開啟，增大再熱主閥的開啟力。

（5）油動機(jī)液壓部分故障，油壓達(dá)不到額定值，無法開啟主汽閥。

（6）再熱汽閥機(jī)械部分卡澀。

對上述原因逐一進(jìn)行排查，排除了前5項(xiàng)原因。后對中主門進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)油控跳閘閥側(cè)襯套處有摩擦痕跡，因此判斷閥門機(jī)械部分確存在卡澀，將此處的徑向間隙和軸向間隙適當(dāng)加大后，中主門開啟正常。

6.2 中主門關(guān)不到位

機(jī)組超速試驗(yàn)過程中，汽輪機(jī)跳閘后發(fā)現(xiàn)右側(cè)中主門未關(guān)閉到位。檢查油動機(jī)和油控跳閘閥動作正常，敲擊閥門也未見效果。準(zhǔn)備將閥門解體檢查，把閥門上的1個螺栓松開后，閥門突然自行關(guān)閉到位。向廠家詢問此螺栓的用途得知，此為鍋爐再熱器打水壓時為防止中主門密封面泄漏而安裝的。在再熱器水壓試驗(yàn)前，擰緊這個螺栓，將中主門的密封面間隙拉小，防止中主門泄漏。中主門卡澀前因進(jìn)行超速試驗(yàn)，中主門多次開關(guān)，帶動這個螺栓向擰緊的方向轉(zhuǎn)動，最終使中主門密封面過緊，造成中主門關(guān)閉不到位。將此螺栓去除，消除此隱患。

7 電動盤車轉(zhuǎn)子不動

7.1 事件經(jīng)過及原因分析

因需要調(diào)整飛錘彈簧緊力，汽輪機(jī)在熱態(tài)下停機(jī)，機(jī)組轉(zhuǎn)速到零時因需要打開前箱觀察蓋觀看飛錘位置，因此未馬上投入盤車。當(dāng)觀察好飛錘位置，準(zhǔn)備投入盤車時，發(fā)現(xiàn)盤車電機(jī)啟動電流超限，電氣保護(hù)動作使盤車電機(jī)跳閘。檢查盤車裝置電氣保護(hù)、熱工保護(hù)皆正常，采取手動方式盤車，感覺異常沉重。架百分表檢查各瓦頂起高度，發(fā)現(xiàn)有2個瓦頂起高度不夠。重新調(diào)整這2個瓦的頂起油壓，盤車仍然不動。查停機(jī)惰走曲線發(fā)現(xiàn)，機(jī)組此次惰走時間明顯偏短，比正常惰走時間少了約15m in。因此判斷汽輪機(jī)在熱態(tài)停機(jī)時動靜存在摩擦是造成電動盤車時轉(zhuǎn)子不動的主要原因。另外此次投盤車時耽誤時間過長，轉(zhuǎn)子啟動力矩增大和2瓦頂起高度不夠也可能是導(dǎo)致此次事件的次要原因。

7.2 采取的措施

已確定盤車已無法在短時間內(nèi)投入，因此立即采取措施悶缸，關(guān)閉本體所有疏水閥、通風(fēng)閥，嚴(yán)密監(jiān)視上下缸溫差。在悶缸期間嘗試手動盤車，如手動可盤動就將轉(zhuǎn)子定時盤180°，如盤不動就繼續(xù)悶缸，必要時可破壞真空停汽封。經(jīng)過約3 h的悶缸，已可較輕松手動盤車。重新試投電動盤車，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動正常，盤車電流與之前基本相同，偏心雖超過顯示限值，但下降很快。連續(xù)盤車約3 h后，偏心回到規(guī)定值范圍內(nèi)，機(jī)組重新沖車，各項(xiàng)振動值正常。

另外需要提及的是，根據(jù)“防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求”，在任何情況下都絕對不允許采用吊車強(qiáng)行盤車，以免造成通流部分進(jìn)一步損壞。在此次電動盤車盤不動轉(zhuǎn)子后，工程單位人員要求采取措施強(qiáng)行盤車，被調(diào)試單位制止。以往的經(jīng)驗(yàn)證明，轉(zhuǎn)子盤不動時，只要上下缸溫差不超標(biāo)，采取悶缸措施完全能夠避免轉(zhuǎn)子發(fā)生永久彎曲，強(qiáng)行盤車只會將汽輪機(jī)通流部分發(fā)生摩擦的地方損壞。

8 結(jié)語

經(jīng)過對該汽輪機(jī)在整套啟動調(diào)試中遇到的問題進(jìn)行分析并處理，確保了汽輪機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，為機(jī)組盡早完成168 h試運(yùn)投入商業(yè)運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用。

[1]成風(fēng)華.華能沁北電廠汽輪機(jī)調(diào)試與運(yùn)行介紹[J].熱力透平，2005，34（3）：147-153.

[2]劉曉鵬.空冷系統(tǒng)簡介及在調(diào)試中存在的問題[J].西北電建，2005（3）：32-39.

[3]侯瑞春，郭平，秦曉林.直接空冷機(jī)組的啟動特性[J].山西電力，2006（5）：43-44.

[4]王建，唐廣通，李寧，等.某600MW汽輪機(jī)中壓主汽門卡澀原因分析與處理[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2007，49（6）：467-468.