300 MW汽輪機(jī)組負(fù)荷突降原因分析及處理措施

唐 武,李 琨,耿萬(wàn)東,張 凱，董 曄

(1.河北興泰發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 邢臺(tái) 054000;2.河北華電石家莊鹿華熱電有限公司，石家莊 050200)

某電廠2臺(tái)300 MW機(jī)組為C300/227.6-16.7/0.55/537/537型汽輪機(jī)組，配有2個(gè)高壓主蒸汽門(mén)、4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥，對(duì)應(yīng)于4組噴嘴，2個(gè)中壓聯(lián)合汽閥。高中壓缸合缸，高壓缸與中壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu)，由外缸、高壓內(nèi)缸、中壓內(nèi)缸組成。DEH控制系統(tǒng)采用隨汽輪機(jī)配置的Ovation DEH控制系統(tǒng)，后因設(shè)備升級(jí)改造更換為OC4000e DEH控制系統(tǒng)，控制邏輯由OC4000e DEH控制系統(tǒng)廠家提供。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)投入AGC，機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍為150～300 MW。為減少節(jié)流損失，采用順序閥調(diào)節(jié)，動(dòng)作順序?yàn)?，GV1、GV2高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟到60%時(shí)開(kāi)啟GV3，當(dāng)GV3開(kāi)啟至60%時(shí)，開(kāi)啟GV4。主蒸汽壓力調(diào)節(jié)采用手動(dòng)控制，按照汽輪機(jī)廠提供的滑壓曲線進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)主蒸汽壓力下降或AGC指令增加時(shí)，汽輪機(jī)主控增大DEH的閥門(mén)開(kāi)度維持負(fù)荷給定；反之，汽輪機(jī)主控減小DEH的閥門(mén)開(kāi)度。

1 故障情況介紹

從2011年5月開(kāi)始，2臺(tái)機(jī)組陸續(xù)在升負(fù)荷期間出現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷10 s內(nèi)突然降低后又快速恢復(fù)的異常波動(dòng)現(xiàn)象。波動(dòng)幅度由最初的3～5 MW逐漸擴(kuò)大到20～30 MW，并導(dǎo)致DEH側(cè)遙調(diào)切除。以某次動(dòng)作情況為例，在負(fù)荷突降異常發(fā)生前，機(jī)組投入AGC，負(fù)荷為252 MW，主蒸汽壓力15.1 MPa，調(diào)節(jié)級(jí)壓力為9.7 MPa，GV1和GV2開(kāi)度均為100%，GV3開(kāi)度為26.3%，GV4開(kāi)度為1%。機(jī)組收到AGC升負(fù)荷指令后，按7 MW/min的速率升負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷升至266 MW時(shí)，4 s內(nèi)負(fù)荷突降至250 MW，隨后4 s負(fù)荷恢復(fù)到268.8 MW。負(fù)荷突降時(shí)，軸向位移從0.1 8 mm降至-0.28 mm，高、中壓缸脹差從2.63 mm升至3.19 mm。整個(gè)動(dòng)作期間，DEH遙調(diào)指令和閥門(mén)開(kāi)度均動(dòng)作正常，隨負(fù)荷變化先升后降。主蒸汽壓力、再熱蒸汽壓力、調(diào)節(jié)級(jí)壓力等均指示正常。

2 負(fù)荷突降特點(diǎn)及原因分析

2.1 負(fù)荷突降特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)多次負(fù)荷突降異常歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)：

a. 負(fù)荷突降的速度快，幅度大。負(fù)荷突降異常發(fā)生時(shí)，汽輪機(jī)所有的調(diào)門(mén)均未發(fā)生明顯變化，可以排除閥門(mén)位置變化影響；而主蒸汽壓力、空氣再熱器壓力、及調(diào)節(jié)級(jí)壓力也未出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)，可以排除主蒸汽壓力變化造成的影響。

b. 異常發(fā)生時(shí)的閥門(mén)開(kāi)度固定。通過(guò)對(duì)多次異常波動(dòng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)異常發(fā)生時(shí)DEH閥門(mén)開(kāi)度是固定的，即GV4開(kāi)度為12%～14%的位置，對(duì)應(yīng)的協(xié)調(diào)閥位指令為294。高壓調(diào)節(jié)閥GV4在12%～14%開(kāi)度下，是閥門(mén)剛剛開(kāi)啟的位置，說(shuō)明負(fù)荷突降與GV4閥門(mén)的開(kāi)啟有關(guān)。

c. 汽輪機(jī)功率發(fā)生了變化。機(jī)組電負(fù)荷的變化在一定程度內(nèi)說(shuō)明了汽輪機(jī)功率發(fā)生了變化。同時(shí)，汽輪機(jī)組的軸向位移和脹差也發(fā)生了明顯的變化。以2011年8月21日故障為例，異常發(fā)生前，軸向位移為0.18 mm，異常發(fā)生時(shí)，軸向位移最低降至-0.28 mm。該現(xiàn)象充分說(shuō)明了汽輪機(jī)軸向推力發(fā)生了明顯的變化，汽輪機(jī)出力也發(fā)生了變化。這一現(xiàn)象充分說(shuō)明，該異?，F(xiàn)象對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了極大的影響。

d. 高壓缸功率的變化是主要因素。因汽輪機(jī)內(nèi)部缺少相關(guān)測(cè)點(diǎn)，不能直接說(shuō)明汽輪機(jī)組功率變化的主要因素。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，汽輪機(jī)的各級(jí)抽汽的壓力、溫度等在異常發(fā)生時(shí)均未發(fā)生變化。結(jié)合主蒸汽壓力、空氣再熱器壓力也無(wú)變化的情況，可以判定為主蒸汽閥后至高壓缸排汽區(qū)間內(nèi)蒸汽的做功發(fā)生了改變。

2.2 負(fù)荷突降原因

結(jié)合負(fù)荷突降的特點(diǎn)，技術(shù)人員進(jìn)一步對(duì)汽輪機(jī)高壓缸各參數(shù)進(jìn)行檢查分析。發(fā)現(xiàn)高壓缸本體溫度中，高壓內(nèi)缸溫度在異常發(fā)生時(shí)指示偏低。這一現(xiàn)象說(shuō)明進(jìn)入高壓缸的蒸汽參數(shù)發(fā)生了一定的變化，而蒸汽參數(shù)發(fā)生變化的原因與其他品質(zhì)較低的蒸汽或水混合有關(guān)。因此，基本上可以判定是GV4高壓調(diào)節(jié)閥前有水或者品質(zhì)較低的蒸汽積存。由于水分的存在，干蒸汽的工作將受到一定的影響，這種影響主要表現(xiàn)為一種能量損失(濕汽損失)，進(jìn)而導(dǎo)致汽輪機(jī)功率發(fā)生明顯變化。蒸汽中“水”的存在使蒸汽存在“濕汽損失”，導(dǎo)致蒸汽做功能力下降。因此，判定導(dǎo)致負(fù)荷突降的原因如下。

a. DEH改造后閥門(mén)開(kāi)度的變化是導(dǎo)致閥門(mén)前積水的一個(gè)直接因素。DEH改造前機(jī)組并網(wǎng)后4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥(GV)最低開(kāi)度均為9.3 %，改造后，閥門(mén)的并網(wǎng)后的最低閥位為0 %。閥門(mén)預(yù)啟行程的消失，導(dǎo)致了GV4閥門(mén)前容易形成“死汽”，從而形成積水。

b. 負(fù)荷變化率提高。隨著國(guó)家電網(wǎng)公司“兩個(gè)細(xì)則”的實(shí)施，機(jī)組的變負(fù)荷率發(fā)生了改變，由最初的3 MW/min升高到7 MW/min。閥門(mén)的開(kāi)啟速度明顯變快，導(dǎo)致GV4緩慢開(kāi)啟的預(yù)暖過(guò)程消失，容易造成積水未與新蒸汽充分混合便進(jìn)入高壓缸做功。

c. 閥門(mén)及其管道的保溫措施不到位。閥門(mén)的保溫不好也會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)的溫度的降低，從而給閥門(mén)前積水創(chuàng)造了條件。

3 處理措施及效果

3.1 處理措施

a. 人工干預(yù)閥門(mén)開(kāi)度。在有效措施制定前，由運(yùn)行人員執(zhí)行臨時(shí)預(yù)防措施。具體方法是每天負(fù)荷處于240 MW以上，且AGC指令變化調(diào)整幅度不大的情況下，通過(guò)降低主蒸汽壓力，使機(jī)組的GV4閥門(mén)緩慢開(kāi)啟至15 %左右，并保持3 min對(duì)GV4進(jìn)行預(yù)暖，完成后恢復(fù)主蒸汽壓力。

b. 對(duì)預(yù)啟閥開(kāi)啟時(shí)間和開(kāi)啟行程進(jìn)行調(diào)整。在機(jī)組檢修時(shí)，由熱控人員對(duì)GV4的預(yù)啟行程進(jìn)行修訂。方法是將GV4的閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)間從GV3開(kāi)啟60 %降至30 %，使GV4提前得到預(yù)暖，同時(shí)又避免了GV4過(guò)早開(kāi)啟導(dǎo)致的節(jié)流損失。

c. 對(duì)高壓調(diào)節(jié)閥及其相連管道的保溫情況進(jìn)行檢查和完善。

3.2 處理效果

在采取人工干預(yù)措施期間，該異?，F(xiàn)象未再次出現(xiàn)。利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，由熱控人員對(duì)GV4的預(yù)啟行程參數(shù)進(jìn)行了修訂，并通過(guò)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了閥門(mén)動(dòng)作正確。檢修人員同時(shí)對(duì)閥門(mén)及管道的保溫進(jìn)行了檢查和完善。機(jī)組啟動(dòng)至今未發(fā)生負(fù)荷突降異常，證明已經(jīng)徹底消除了該異常。同時(shí)，運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)措施停止執(zhí)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)機(jī)組負(fù)荷突降現(xiàn)象進(jìn)行分析，通過(guò)設(shè)置GV閥的預(yù)啟行程徹底解決了該異常。該異常與DEH改造時(shí)未能保留原系統(tǒng)中預(yù)啟行程有關(guān)，建議今后在DEH改造時(shí)充分比較新舊系統(tǒng)之間的差異，并對(duì)這些差異進(jìn)行詳細(xì)評(píng)審后再確定原系統(tǒng)預(yù)啟行程是否需要保留。