汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次脈動(dòng)油壓異常分析

劉軍龍，黃 潛，張福海，胡冬清，姜?jiǎng)Ψ?，郭光?/p>

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港222042）

田灣核電站一期工程為兩臺(tái)俄羅斯列寧格勒金屬工廠(chǎng)制造的K-1000-60/3000型汽輪機(jī)，額定功率為1060 MW，單軸、五缸八排汽。配有由4個(gè)高壓主蒸汽閥和調(diào)節(jié)閥組成的高壓閥組，4個(gè)由低壓蒸汽閥和調(diào)節(jié)閥組成的低壓閥組，1個(gè)再熱蒸汽調(diào)節(jié)閥，4個(gè)高壓缸排汽旁排閥。夏季運(yùn)行時(shí)，循環(huán)冷卻水溫度在23～32 ℃之間，1號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組功率在1036～1074 MW范圍內(nèi)運(yùn)行，均值為1058 MW，二次脈動(dòng)油壓均值為3.14 MPa，波動(dòng)范圍為3.07～3.20 MPa。2號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組功率在1020～1077 MW范圍內(nèi)運(yùn)行，均值為1055 MW，二次脈動(dòng)油壓均值為3.18 MPa，波動(dòng)范圍為3.06～3.65 MPa。

兩臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次脈動(dòng)油壓出現(xiàn)達(dá)到或超過(guò)報(bào)警值3.2 MPa的現(xiàn)象。尤其是2號(hào)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次脈動(dòng)油壓高、波動(dòng)大且引起機(jī)組電功率波動(dòng)大。

1 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及設(shè)備簡(jiǎn)介

田灣核電站汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為機(jī)械液壓與電液并存，實(shí)施電調(diào)功能的電液轉(zhuǎn)換器主要用于快速響應(yīng)工況，且伺服機(jī)構(gòu)為純機(jī)械液壓機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)本質(zhì)上屬于機(jī)械液壓調(diào)節(jié)。機(jī)械液壓控制部分通過(guò)同步器－調(diào)速器滑閥－中間滑閥－油動(dòng)機(jī)滑閥的逐級(jí)放大產(chǎn)生穩(wěn)定的液壓信號(hào)去控制油動(dòng)機(jī)的行程，從而控制調(diào)節(jié)閥的行程。

1）調(diào)速器采用高速機(jī)械離心彈性調(diào)速器，感受機(jī)組的轉(zhuǎn)速信號(hào)，調(diào)速塊的位移是調(diào)速器的輸出信號(hào)。

2）調(diào)速器滑閥是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的第一級(jí)放大機(jī)構(gòu)，它的主要作用是將調(diào)速器產(chǎn)生的位移信號(hào)放大并傳遞給中間滑閥。建立控制油壓開(kāi)啟高低壓主汽門(mén)，建立一次脈動(dòng)油壓。主要由隨動(dòng)滑閥、控制滑閥等組成。

3）中間滑閥是將調(diào)速器滑閥傳遞來(lái)的液壓信號(hào)（一次脈動(dòng)油壓）加以放大并轉(zhuǎn)換為二次脈動(dòng)油壓的中間放大環(huán)節(jié)。主要由控制滑閥、連桿等組成。

汽輪機(jī)運(yùn)行期間調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用“PD”(功率控制，即堆跟機(jī)）或“PM”(主蒸汽壓力控制，即機(jī)跟堆）控制模式，通過(guò)功率或壓力偏差產(chǎn)生脈沖信號(hào)作用到同步器電機(jī)，從而控制同步器控制滑閥行程，改變一次脈動(dòng)油壓。一次脈動(dòng)油壓經(jīng)中間滑閥放大，轉(zhuǎn)變?yōu)槎蚊}動(dòng)油壓，并由油動(dòng)機(jī)控制高壓調(diào)節(jié)閥、再熱蒸汽調(diào)節(jié)閥，調(diào)整機(jī)組的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷。

2 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次脈動(dòng)油壓高原因分析

2.1 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次脈動(dòng)油壓高趨勢(shì)分析

對(duì)于蒸汽參數(shù)確定的汽輪機(jī)，機(jī)組功率取決于主蒸汽流量，而主蒸汽流量取決于高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度。田灣核電機(jī)組汽輪機(jī)功率通過(guò)帶有預(yù)啟閥的高壓調(diào)節(jié)閥節(jié)流控制主蒸汽流量，而高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度依靠二次脈動(dòng)油壓控制的油動(dòng)機(jī)行程實(shí)現(xiàn)開(kāi)度控制。即二次脈動(dòng)油壓與高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、主蒸汽流量、機(jī)組功率成正比。

由于夏季循環(huán)冷卻水溫度較高，造成汽輪機(jī)真空降低。高壓調(diào)節(jié)閥入口飽和蒸汽參數(shù)可認(rèn)為不變，1 kg新蒸汽的入口焓值也不變。由于凝汽器真空下降，排汽焓值升高，1 kg新蒸汽的焓降減小，做功量減小。機(jī)組功率控制模式運(yùn)行時(shí)需要較高的二次脈動(dòng)油壓，增大高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增加進(jìn)汽量，才能維持一定的功率。因此，循環(huán)冷卻水溫度升高，機(jī)組凝汽器真空降低是導(dǎo)致汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓升高的促成因素。

2.2 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)分析

1）同步器控制滑閥行程與一次脈動(dòng)油壓、中間控制滑閥行程以及二次脈動(dòng)油壓曲線(xiàn)如圖1～圖4所示。在相同的同步器控制滑閥行程，1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一次脈動(dòng)油壓與中間控制滑閥行程均小于2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)，但二次脈動(dòng)油壓大于2號(hào)機(jī)組。1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓曲線(xiàn)拐點(diǎn)出現(xiàn)在同步器控制滑閥行程約為16.4 mm處，此時(shí)二次脈動(dòng)油壓約為3.38 MPa。2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓曲線(xiàn)拐點(diǎn)出現(xiàn)在同步器控制滑閥行程約為16.3 mm處，此時(shí)二次脈動(dòng)油壓約為3.13 MPa。

圖1 同步器控制滑閥行程與一次脈動(dòng)油壓Fig.1 Travel and pressure controlled by the speed regulator slide valve

圖2 同步器控制滑閥行程與中間控制滑閥行程Fig.2 Travel of speed regulator and intermediate slide valve

圖3 同步器控制滑閥行程與二次脈動(dòng)油壓Fig.3 Travel of speed regulator slide valve and pressure-control regulation valve servo

圖4 二次脈動(dòng)油壓與高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)行程Fig.4 Travel of high pressure regulating servo and pressure-control regulating valve servo

2）二次脈動(dòng)油壓與高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)行程曲線(xiàn)（見(jiàn)圖4）。

在相同的高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)行程，1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓大于2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓，即在相同的二次脈動(dòng)油壓條件下，1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)行程小于2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)行程。

綜合上述汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)分析認(rèn)為：

1）由于2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)中間滑閥的中間控制滑閥下部凸肩與套筒的軸向距離較大，盡管中間控制滑閥有較大向上的位移量，但中間控制滑閥與套筒的相對(duì)位移小，從而中間控制滑閥下部凸肩與套筒的過(guò)封油口較大，高壓油進(jìn)入中間控制滑閥底部較多。進(jìn)油量高于同步器隨動(dòng)滑閥排油口的排油量，從而使一次脈動(dòng)油壓較大。中間控制滑閥與反饋活塞錯(cuò)油門(mén)的過(guò)封油口小，從而使二次脈動(dòng)油壓相對(duì)1號(hào)機(jī)組小。

2）由于二次脈動(dòng)油壓曲線(xiàn)在拐點(diǎn)之后的斜率陡然增加，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓曲線(xiàn)拐點(diǎn)油壓低于1號(hào)機(jī)組，從而使其二次脈動(dòng)油壓在較低的情況下，容易產(chǎn)生較大的波動(dòng)現(xiàn)象。

2.3 1號(hào)、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)分析

根據(jù)表1兩臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行如下定性分析：

（1）汽輪機(jī)效率定性分析

核電機(jī)組汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽為濕飽和蒸汽，低壓缸排汽為濕蒸汽，目前機(jī)組在線(xiàn)運(yùn)行不容易確定蒸汽濕度，所以難以精確地確定機(jī)組的效率。兩臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽參數(shù)是相同的，由于2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)凝汽器實(shí)際運(yùn)行中真空略高，1 kg新蒸汽做功相對(duì)1號(hào)機(jī)組略大，因此，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)效率相對(duì)較高。當(dāng)2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)功率大于1號(hào)機(jī)組，凝汽器真空接近或略高時(shí)，其給水流量仍小于1號(hào)機(jī)組，給水流量可近似等于主蒸汽流量，也證明2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)效率大于1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)。

表1 汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)Table1 Operation parameters of steam turbine thermal system

（2）主蒸汽流量定性分析

當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組功率以及當(dāng)凝汽器真空看做基本相等時(shí)，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)給水流量則小于1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)給水流量，即2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)主蒸汽流量小于1號(hào)機(jī)組。

當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組功率基本相等，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行中凝汽器真空略高于1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)，在不考慮機(jī)組效率或2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)效率高時(shí)，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)主蒸汽流量應(yīng)該小于1號(hào)機(jī)組。因此，主給水流量正確反映了兩臺(tái)機(jī)組主蒸汽流量的變化趨勢(shì)。

（3）二次脈動(dòng)油壓分析

兩臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)在相同的功率下，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓均值略高于1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓且波動(dòng)較大。

2.4 汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥及油動(dòng)機(jī)綜合分析

根據(jù)章節(jié)2.2結(jié)論：在相同的高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)行程，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓小于1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓，即在相同的二次脈動(dòng)油壓條件下，2號(hào)機(jī)組大于1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)行程。

因此，機(jī)組在相同的功率及真空條件下，1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓高于2號(hào)機(jī)組才符合邏輯。但實(shí)際運(yùn)行中2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓高于1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓?？赡艿脑蛉缦拢?/p>

（1）機(jī)組在相同的功率及真空條件下，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)需要較大的主蒸汽流量

機(jī)組在相同的功率及真空條件下，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行中二次脈動(dòng)油壓高于1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓，根據(jù)上述邏輯分析，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)行程應(yīng)該大于1號(hào)機(jī)組，高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度、主蒸汽流量也應(yīng)該大于1號(hào)機(jī)組。

但實(shí)際1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)主蒸汽流量大于2號(hào)機(jī)組，說(shuō)明盡管2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓高，高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)開(kāi)度大，可能其高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度較小，從而主蒸汽流量較小（在相同的功率、真空情況下，2號(hào)機(jī)組主蒸汽流量小于1號(hào)機(jī)組原因?yàn)?號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)效率較高）。

2號(hào)機(jī)組主蒸汽流量較小可能的原因?yàn)椋弘m然高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)有較大的行程，但高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)的空行程較大，高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟行程小。即高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)需要更高的行程，才能使高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度達(dá)到所需的蒸汽通流面積，從而在機(jī)組真空相同，保證所需的主蒸汽流量與1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)達(dá)到相同的功率。而高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)需要更高的行程，意味著需要更大的二次脈動(dòng)油壓，從而使2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓均值略高于1號(hào)機(jī)組。

根據(jù)設(shè)備安裝圖紙要求，高壓調(diào)節(jié)閥預(yù)啟閥預(yù)啟行程6 mm，高壓調(diào)節(jié)閥閥桿上端部與油動(dòng)機(jī)連接裝置間隙0.05～0.1 mm；因此，高壓調(diào)節(jié)閥與油動(dòng)機(jī)維修后回裝過(guò)程中，有可能造成上述間隙過(guò)大，從而高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)空行程增加。

（2）二次脈動(dòng)油壓不穩(wěn)定且波動(dòng)較大

根據(jù)章節(jié)2.2結(jié)論：二次脈動(dòng)油壓曲線(xiàn)在拐點(diǎn)之后的斜率陡然增加，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓曲線(xiàn)拐點(diǎn)油壓低于1號(hào)機(jī)組，此時(shí)一次脈動(dòng)油壓稍有變化，會(huì)引起二次脈動(dòng)油壓很大的變化。由于2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次脈動(dòng)油壓在3.13 MPa左右是拐點(diǎn)，當(dāng)二次脈動(dòng)油壓超過(guò)3.1 MPa以上時(shí)，容易產(chǎn)生二次脈動(dòng)油壓波動(dòng)并呈現(xiàn)峰值比1號(hào)機(jī)組二次脈動(dòng)油壓大的現(xiàn)象。

3 糾正措施

針對(duì)2號(hào)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次脈動(dòng)油壓高、波動(dòng)現(xiàn)象，T206大修期間采取以下糾正措施：

1） 檢查測(cè)量高壓調(diào)節(jié)閥預(yù)啟閥行程及高壓調(diào)節(jié)閥閥桿與油動(dòng)機(jī)連接部件間隙，消除高壓調(diào)節(jié)閥的上述超標(biāo)間隙，重新標(biāo)定油動(dòng)機(jī)行程“0”位，減小其空行程。

2） 調(diào)整同步器一次脈動(dòng)油壓排油口與中間滑閥一次脈動(dòng)油壓進(jìn)油口大小的一致性，使一次脈動(dòng)油壓曲線(xiàn)呈平緩趨勢(shì)。調(diào)整汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線(xiàn)，提高汽輪機(jī)二次脈動(dòng)油壓值并使其拐點(diǎn)上升至3.25 MPa。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)兩臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)夏季工況運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次脈動(dòng)油壓高問(wèn)題進(jìn)行了趨勢(shì)分析，結(jié)論為循環(huán)冷卻水溫度高促成調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次脈動(dòng)油壓升高。經(jīng)過(guò)兩臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)以及熱力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次脈動(dòng)油壓拐點(diǎn)低以及高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)空行程是導(dǎo)致二次脈動(dòng)油壓高、波動(dòng)的主要因素。

基于原因分析，提出了相應(yīng)的糾正措施。經(jīng)大修處理后，2號(hào)汽輪機(jī)夏季運(yùn)行二次脈動(dòng)油壓均值為3.15 MPa，范圍一般在3.06～3.2 MPa，滿(mǎn)足機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

[1]M.Datsko. Oil Supply System of Turbine Hydraulic Control System[R].Moscow: Ministry of Atomic Energy of Russian Federation ZAO “Atomstroyexport”，2003.

[2]A.Tumanov. K1000-60/3000 STEAM TURBINE R E G U L AT I O N S Y S T E M T E C H N I C A L DESCRIPTION[R].St.Petersburg:JOINTS T O C K C O M PA N Y“L E N I N G R A D S K I Y METALLICHESKIY ZAVOD”，2001.