首臺(tái)百萬(wàn)等級(jí)半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)調(diào)試
——幾個(gè)重要過程的回顧

喻 剛 李曦濱 鄧曉暉 張?jiān)雒?衛(wèi)棟梁

(東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽(yáng)， 618000)

首臺(tái)百萬(wàn)等級(jí)半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)調(diào)試
——幾個(gè)重要過程的回顧

喻 剛 李曦濱 鄧曉暉 張?jiān)雒?衛(wèi)棟梁

(東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽(yáng)， 618000)

文章介紹和回顧了國(guó)內(nèi)首臺(tái)百萬(wàn)級(jí)半轉(zhuǎn)速核電機(jī)汽輪機(jī)——核電嶺澳二期#3機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)試的主要過程， 闡述了核電1000MW級(jí)半轉(zhuǎn)速機(jī)型調(diào)試運(yùn)行的重要過程及特點(diǎn)。

核電； 調(diào)試； 1000MW半轉(zhuǎn)速

0 引言

嶺澳二期#3機(jī)組的汽輪機(jī)是國(guó)內(nèi)首次制造的大功率半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)， 是東汽與ALSTOM合作生產(chǎn)的機(jī)組。該機(jī)組是由一個(gè)高中壓合缸、兩個(gè)雙分流低壓缸依次串聯(lián)組成的單軸系機(jī)組，汽輪機(jī)部分總長(zhǎng)約40m， 低壓缸最寬處為12.06m， 轉(zhuǎn)子末葉直徑達(dá)Φ5635mm， 是東汽目前供應(yīng)并商運(yùn)的機(jī)組中組裝尺寸最大、重量最重的機(jī)組。嶺澳二期#3機(jī)組于2010年9月20日投入商業(yè)運(yùn)行， 它的成功并網(wǎng)發(fā)電對(duì)東汽在多方面具有里程碑式的作用，也預(yù)示著東汽開始掌握了百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站的相關(guān)技術(shù)，具有了設(shè)備制造國(guó)產(chǎn)化的能力，為核電設(shè)備設(shè)計(jì)自主化打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

嶺澳#3機(jī)組在完成安裝、 各子系統(tǒng)調(diào)試過程后，具備了首次啟動(dòng)的條件。在各方的努力下，機(jī)組經(jīng)歷了沖轉(zhuǎn)、超速試驗(yàn)、并網(wǎng)、甩負(fù)荷試驗(yàn)、接帶負(fù)荷試驗(yàn)， 進(jìn)入168h運(yùn)行試驗(yàn)， 最后完成了性能考核試驗(yàn)。

1 沖轉(zhuǎn)

沖轉(zhuǎn)是啟動(dòng)操作的第一個(gè)關(guān)鍵階段，沖轉(zhuǎn)也是汽輪機(jī)由冷態(tài)到熱態(tài)，由靜止到轉(zhuǎn)動(dòng)的開始，沖轉(zhuǎn)過程中的轉(zhuǎn)子振動(dòng)及轉(zhuǎn)速升高是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。

1.1 沖轉(zhuǎn)步驟

2010年6月25日9時(shí)50分， 嶺澳核電站二期1號(hào)機(jī)汽輪機(jī)首次沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)一次獲得成功，汽輪機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1500r/min， 標(biāo)志著該機(jī)組常規(guī)島首次實(shí)現(xiàn)整體啟動(dòng)并試運(yùn)行，也標(biāo)志著該項(xiàng)目汽輪機(jī)設(shè)備及輔助系統(tǒng)成功啟動(dòng)。沖轉(zhuǎn)經(jīng)歷幾個(gè)重要步驟：潤(rùn)滑油頂軸油系統(tǒng)投入、數(shù)十小時(shí)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子盤車、軸封系統(tǒng)投入、凝汽器真空建立、疏水系統(tǒng)投入、 沖轉(zhuǎn)并逐步加速、 定速1500r/min。

1.2 沖轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)分析

首次沖轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)子升速首先至50r/min， 經(jīng)100r/ min、 250r/min、 500r/min、 1250r/min、 1300r/min停留檢查， 最后定速1500r/min。 整個(gè)過程見圖1。對(duì)沖轉(zhuǎn)和打閘停機(jī)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得了首次沖轉(zhuǎn)過臨界轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù) （見表1）。

圖1 首次沖轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速-時(shí)間曲線圖

表1 首次沖轉(zhuǎn)過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的軸系振動(dòng)情況

以實(shí)際沖轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)做參考，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速實(shí)際和理論的誤差見表2。

表2 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速實(shí)際和理論的誤差 （%）

表2表明， 臨界轉(zhuǎn)速實(shí)際值和理論計(jì)算基本吻合，同時(shí)也證明了該半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)組過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)整個(gè)軸系振動(dòng)良好。

2 超速試驗(yàn)

汽輪機(jī)組超速試驗(yàn)的目的就是檢驗(yàn)超速保護(hù)裝置，以防止一旦機(jī)組甩負(fù)荷，汽輪機(jī)產(chǎn)生的主力矩和發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的反力矩不匹配 （失衡）造成的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升。當(dāng)機(jī)組安裝或大修后、機(jī)組連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月、 停機(jī)1個(gè)月后再啟動(dòng)等情況下都需做超速試驗(yàn)。

嶺澳二期采用的是電超速裝置，安全完整性等級(jí)為SIL3。 超速試驗(yàn)邏輯上設(shè)定機(jī)組沖轉(zhuǎn)到超過額定轉(zhuǎn)速10%后跳閘， 即機(jī)組沖轉(zhuǎn)到1650r/min后自動(dòng)跳閘。

2010年7月3日凌晨1∶34， 該機(jī)組第3次沖轉(zhuǎn)，機(jī)組在200r/min暖機(jī)1個(gè)多小時(shí)后， 于凌晨2∶58定速1500r/min， 3:25超速試驗(yàn)至1650r/min后機(jī)組邏輯打閘， 降速至1330r/min后機(jī)組重新掛閘后再重新定速1500r/min， 之后進(jìn)行電氣等其他試驗(yàn)。 此次超速試驗(yàn)在該機(jī)組第3次沖轉(zhuǎn)后一氣呵成完成，超速過程中軸系振動(dòng)平穩(wěn)，其他各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，并且均在允許范圍之內(nèi)，表明該汽輪機(jī)超速試驗(yàn)獲得成功。

嶺澳二期#3機(jī)組汽輪機(jī)超速試驗(yàn)的成功， 為該機(jī)組成功并網(wǎng)創(chuàng)造了條件。

3 機(jī)組并網(wǎng)和接帶負(fù)荷

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)就是通過發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的合閘，把發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)聯(lián)接起來(lái)，讓電能源源不斷地輸送出去。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)有三個(gè)條件：發(fā)電機(jī)的頻率、電壓、相位必須與電網(wǎng)的頻率、電壓、相位保持一致， 才能并網(wǎng)發(fā)電。 （三個(gè)條件完全一樣叫同期；有一點(diǎn)偏差，但是在允許的范圍內(nèi)叫準(zhǔn)同期）。 在征得國(guó)家核安全局的同意后， 2010年7月15日#3機(jī)組進(jìn)行了首次接帶負(fù)荷， 初始負(fù)荷為5%。 期間接帶10%、 20%、 40%、 50%的負(fù)荷。 8月9日至15日， 機(jī)組接帶60%～70%負(fù)荷運(yùn)行， 8月16日升至87%負(fù)荷運(yùn)行。 在完成相關(guān)的試驗(yàn)后，機(jī)組于2010年8月26日首次滿負(fù)荷 （核功率約98%～99%）運(yùn)行， 并開始滿功率運(yùn)行下的相關(guān)試驗(yàn)。

通過所獲得的數(shù)據(jù)來(lái)看，整個(gè)調(diào)試階段汽輪發(fā)電機(jī)組在所有穩(wěn)定工況下 （轉(zhuǎn)速為額定值）運(yùn)行時(shí)，在任何軸頸上所測(cè)得的雙振幅相對(duì)振動(dòng)值（峰-峰值）均遠(yuǎn)小于ISO 7919規(guī)定的100μm,任何穩(wěn)定條件下各軸承的溫度均未超過報(bào)警值115℃。

首次滿功率運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)端出力約1061MW。 機(jī)組各個(gè)軸承振動(dòng)指標(biāo)優(yōu)異， 各監(jiān)視指標(biāo)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。 表3、 表4分別為首次滿核功率運(yùn)行時(shí)各軸承振動(dòng)及各軸承溫度情況。

表3 第一次滿核功率 （電機(jī)輸出1061MW）運(yùn)行時(shí)各軸承振動(dòng)情況

表4 第一次滿核功率 （電機(jī)輸出1061MW）運(yùn)行時(shí)各軸承溫度情況

4 機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)

甩負(fù)荷試驗(yàn)的目的是檢查汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，即檢查汽輪機(jī)在甩掉全部負(fù)荷后，轉(zhuǎn)速能否保持在設(shè)定轉(zhuǎn)速動(dòng)作以內(nèi)，同時(shí)測(cè)取甩負(fù)荷瞬間最高轉(zhuǎn)速以及最后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速等，以便鑒定其特性是否滿足其設(shè)計(jì)性能的要求。

由于核電汽輪機(jī)入口為飽和蒸汽，因此其尺寸和結(jié)構(gòu)均與常規(guī)汽輪機(jī)有很大差別。在同等功率條件下，核電汽輪機(jī)尺寸要大得多，而且由于除濕和提高汽輪機(jī)效率的需要，需設(shè)置龐大的汽水分離再熱器 （MSR）。 這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)一步增大了核電汽輪機(jī)甩負(fù)荷超速的危險(xiǎn)性：一方面，即使在主汽閥全關(guān)的條件下，設(shè)備龐大的容積所含的蒸汽也會(huì)繼續(xù)做功；另一方面，由于濕蒸汽汽輪機(jī)本身的特點(diǎn) （結(jié)構(gòu)、 配置等）， 汽輪機(jī)甩負(fù)荷過程中壓力下降， 疏水（飽和水）發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生額外的蒸汽，部分額外蒸汽會(huì)進(jìn)入汽輪機(jī)做功。

通過多次甩負(fù)荷試驗(yàn)，證明機(jī)組符合設(shè)計(jì)要求。 調(diào)試期間機(jī)組進(jìn)行了50%甩負(fù)荷、 87%負(fù)荷階躍、 100%甩負(fù)荷試驗(yàn)。

4.1 機(jī)組甩50%負(fù)荷試驗(yàn)

根據(jù)電力部建設(shè)協(xié)調(diào)司審核通過的 《汽輪機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)導(dǎo)則》 中5.2章節(jié)： 凝汽式或背壓式汽輪機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)， 一般按甩50%、 100%額定負(fù)荷兩級(jí)進(jìn)行。 當(dāng)甩50%額定負(fù)荷后， 轉(zhuǎn)速超調(diào)量大于或等于5%時(shí)， 則應(yīng)中斷試驗(yàn)， 不再進(jìn)行甩100%負(fù)荷試驗(yàn)。

2010年8月3日成功進(jìn)行了50%負(fù)荷的甩負(fù)荷試驗(yàn) 。 試驗(yàn)中 轉(zhuǎn)速飛升 最高到 1538r/min， 超 速2.53%， 顯然本機(jī)組甩50%額定負(fù)荷小于規(guī)定值，在監(jiān)測(cè)其他參數(shù)正常的前提下，可以判定本次甩50%負(fù)荷時(shí)機(jī)組完全合格。

4.2 機(jī)組87%負(fù)荷平臺(tái)試驗(yàn)

機(jī)組電功率87%負(fù)荷平臺(tái)， 為驗(yàn)證核堆控制系統(tǒng)的一些穩(wěn)定性能，一般要做一個(gè)階躍降試驗(yàn)，這個(gè)試驗(yàn)過程主要是在非常短的時(shí)間內(nèi)降低較大負(fù)荷， 比如1分鐘降10%負(fù)荷的速率。 嶺澳二期#3機(jī)組做了87%平臺(tái)的階躍試驗(yàn)。 試驗(yàn)于2010年8月16日進(jìn)行。

這個(gè)過程主要監(jiān)測(cè)了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的超速情況，在這個(gè)試驗(yàn)過程中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速飛升到最大僅為1512.7r/min， 超速0.85%， 期間密切監(jiān)視， 檢查相關(guān)參數(shù)，各軸承振動(dòng)情況穩(wěn)定，各軸承潤(rùn)滑油溫在報(bào)警值以下。

4.3 機(jī)組甩100%滿負(fù)荷試驗(yàn)

滿負(fù)荷試驗(yàn)于2010年9月5日進(jìn)行， 甩負(fù)荷時(shí)最高轉(zhuǎn)速到了1582.5r/min， 超速不到6%， 甩100%負(fù)荷過程中，檢查軸承振動(dòng)及潤(rùn)滑油溫情況均在允許值以下，符合規(guī)范要求。

嶺澳二期#3機(jī)組50%、 87%和100%工況下的甩負(fù)荷試驗(yàn)均取得了成功， 為整套機(jī)組進(jìn)入168h運(yùn)行及商業(yè)運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

5 168試運(yùn)行

按目前火電機(jī)組的要求，在機(jī)組安裝完成，經(jīng)過調(diào)試并網(wǎng)發(fā)電以后，為了考核機(jī)組運(yùn)行的可靠性而進(jìn)行的一項(xiàng)試驗(yàn)， 即機(jī)組需要經(jīng)過168h不間斷滿負(fù)荷運(yùn)行，沒有大的故障或缺陷，再停機(jī)檢修后即可交付生產(chǎn)單位 （業(yè)主）進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行。如果由于機(jī)組自身原因停機(jī)或低于約定平均負(fù)荷，則可靠性運(yùn)行考核時(shí)間重新計(jì)算。 168試運(yùn)行是電廠非常重要的一個(gè)試驗(yàn)工作。

根據(jù)常規(guī)火電機(jī)組經(jīng)驗(yàn)， 嶺澳二期#3機(jī)組雖然沒有強(qiáng)制性的168試運(yùn)行要求， 但還是做了一個(gè)這樣的參考試驗(yàn)。

168h運(yùn)行期間， 要保證任何時(shí)刻負(fù)荷不低于50%， 并且平均負(fù)荷不低于87%， 作為宣布商運(yùn)的前提條件。

順利完成該項(xiàng)考驗(yàn)，最終宣布商運(yùn)開始。圖2為在電廠穩(wěn)定運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)況。

圖2 核電汽輪機(jī)機(jī)房運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)

6 性能考核試驗(yàn)

2010年11月， 中廣核工程公司依據(jù)ASMEPTC1996(簡(jiǎn)化試驗(yàn)) 對(duì)嶺澳二期#3機(jī)組MCR、SCR工況進(jìn)行了熱力性能考核試驗(yàn)， 根據(jù)中廣核工程公司給出的試驗(yàn)結(jié)果， 嶺澳#3機(jī)組MCR工況及SCR工況修正后發(fā)電機(jī)端出力均高于保證值， 機(jī)組的性能優(yōu)異。汽輪機(jī)組的振動(dòng)、噪音等指標(biāo)也都滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)束語(yǔ)

嶺澳二期#3機(jī)組順利完成了從沖轉(zhuǎn)到商運(yùn)的所有調(diào)試工作，充分證明了東汽負(fù)責(zé)供貨的核電汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)精良，性能優(yōu)異。為國(guó)內(nèi)核電汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試等提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]電力工業(yè)部建設(shè)協(xié)調(diào)司. 汽輪機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)導(dǎo)則[S],1996

[2]蔡頤年,王璧玉. 汽輪機(jī)裝置[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，1989

Som e Im portant Testing Process for the First 1000MW Class Half-speed Nuclear Steam Turbine

Yu Gang， Li Xibin， Deng Xiaohui， Zhang Zengming， Wei Dongliang
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

The article introduces and reviews some primary test processes of the first 1000MW class half-speed nuclear steam turbine unit 3 of LA Ⅱ Nuclear Plant,expounds the most important process and feature of the test and operation in 1000MW class half-speed nuclear turbine unit.

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喻剛 （1971-）， 男， 碩士研究生， 2010年畢業(yè)于西安交通大學(xué)能動(dòng)學(xué)院熱力工程專業(yè)， 現(xiàn)從事技術(shù)、 營(yíng)銷管理工作。