西門子超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)ATT試驗(yàn)存在問題及其防范措施

鄭渭建，謝尉揚(yáng)，顧偉飛

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310005)

西門子超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)ATT試驗(yàn)存在問題及其防范措施

鄭渭建，謝尉揚(yáng)，顧偉飛

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310005)

針對西門子超超臨界機(jī)組ATT試驗(yàn)發(fā)生的異常，從試驗(yàn)過程和控制油系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出在線ATT試驗(yàn)引起機(jī)組跳閘的原因和存在的不足。從提高機(jī)組運(yùn)行安全可靠性出發(fā)，綜合分析ATT試驗(yàn)的必要性以及異常處理過程中可能存在的問題和風(fēng)險(xiǎn)，并針對存在的隱患和不足提出建議和防范措施。

超超臨界；ATT；機(jī)組；跳閘

ATT試驗(yàn)（汽輪機(jī)汽門活動試驗(yàn)）是汽輪機(jī)組正常運(yùn)行期間的重要在線活動試驗(yàn)之一，機(jī)組通過在線活動試驗(yàn)可以定期驗(yàn)證各汽門能否正常關(guān)閉、閥門是否卡澀、跳閘電磁閥是否能夠正常動作，以確保機(jī)組跳閘或停機(jī)工況下能夠安全遮斷。對此，機(jī)組運(yùn)行規(guī)程中也明確要求每月完成一次ATT試驗(yàn)，特別是高、中壓主汽門正常運(yùn)行中處于全開，其活動狀態(tài)無法驗(yàn)證，如果長期未進(jìn)行機(jī)組ATT在線試驗(yàn)不僅違反運(yùn)規(guī)要求，也使機(jī)組存在安全隱患。

1 存在的問題及現(xiàn)狀

浙江省有數(shù)臺西門子超超臨界機(jī)組曾經(jīng)發(fā)生過ATT試驗(yàn)導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘的事件。

（1）中調(diào)門活動試驗(yàn)過程導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘。

某660 MW西門子超超臨界機(jī)組按規(guī)定進(jìn)行機(jī)組ATT試驗(yàn)，當(dāng)進(jìn)行至2號中調(diào)門快關(guān)試驗(yàn)時(shí)，該調(diào)門2號跳閘電磁閥重新得電后因卡澀沒有正?；刈?，調(diào)門控制油仍然與泄油回路聯(lián)通：當(dāng)開啟伺服閥進(jìn)油后，導(dǎo)致EH（液壓控制）母管直接泄油，期間因EH油母管壓力低，EH備用油泵自啟，后因電機(jī)過載熱繼電器保護(hù)動作跳閘，母管壓力進(jìn)一步下降，導(dǎo)致EH低油壓保護(hù)動作，汽輪機(jī)跳閘。

（2）高調(diào)門活動試驗(yàn)過程導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘。

某1 000 MW超超臨界機(jī)組按規(guī)定進(jìn)行機(jī)組ATT試驗(yàn)，當(dāng)進(jìn)行至2號高調(diào)門快關(guān)試驗(yàn)時(shí)，該調(diào)門1號跳閘電磁閥重新得電后因卡澀沒有正常回座，調(diào)門控制油仍然與泄油回路聯(lián)通：當(dāng)開啟伺服閥進(jìn)油后，導(dǎo)致EH母管直接泄油，期間因EH油母管壓力低，EH備用油泵自啟，因泄油量大，母管壓力進(jìn)一步下降，導(dǎo)致EH低油壓保護(hù)動作，汽輪機(jī)跳閘。事后更換相關(guān)電磁閥，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后，手動進(jìn)行主汽門調(diào)門的活動性試驗(yàn)，所有調(diào)門動作正常，EH油壓沒有大的波動。

上述機(jī)組跳閘案例均是在西門子超超臨界汽輪機(jī)組完成高、中壓調(diào)門ATT試驗(yàn)時(shí)，因調(diào)門跳閘電磁閥卡澀而導(dǎo)致汽機(jī)EH油直接通至回油油路，引起EH油大量內(nèi)泄，從而造成了油壓快速下降到機(jī)組跳閘值，導(dǎo)致機(jī)組跳閘。據(jù)了解，國內(nèi)有不少同類型機(jī)組在基建調(diào)試階段或正常運(yùn)行期間發(fā)生過類似異常。為避免類似事件發(fā)生，部分機(jī)組在正常運(yùn)行期間停止進(jìn)行ATT試驗(yàn)，僅在機(jī)組啟停時(shí)完成ATT試驗(yàn)，這對確保長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行機(jī)組的安全性不利。

2 故障原因分析與處理

2.1 系統(tǒng)概述和ATT試驗(yàn)說明

西門子超超臨界汽輪機(jī)EH油系統(tǒng)為機(jī)組閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供高壓油源，滿足機(jī)組DEH系統(tǒng)調(diào)節(jié)和保安的需求。EH油經(jīng)油泵升壓后，經(jīng)出口濾網(wǎng)、隔離閥，分5路向外供油，分別是1號高壓閥組、2號高壓閥組、1號中壓閥組、2號中壓閥組、補(bǔ)汽閥。EH油進(jìn)入5路閥門組后，分別回油進(jìn)入回油母管。在EH油系統(tǒng)上配置有蓄能器、再生裝置、冷卻風(fēng)扇等附屬設(shè)備。EH油進(jìn)入主汽門執(zhí)行機(jī)構(gòu)后，1路由先導(dǎo)電磁閥進(jìn)入油動機(jī)作為動力油，1路由跳閘電磁閥（2只）提供該主汽門的安全油。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，2只跳閘電磁閥得電開啟，建立安全油；先導(dǎo)電磁閥失電開啟，提供動力油。跳閘電磁閥得電后接通壓力油，確保荷載閥關(guān)閉，保證閥門油動機(jī)進(jìn)壓力油，因此，跳閘電磁閥得電為系統(tǒng)提供了安全油，而先導(dǎo)閥和伺服閥是為油動機(jī)提供控制油。

目前，上汽西門子超超臨界機(jī)組DEH控制系統(tǒng)常規(guī)采用西門子T-3000控制系統(tǒng)，ATT試驗(yàn)采用順控邏輯實(shí)現(xiàn)，同側(cè)主汽門和調(diào)門的活動試驗(yàn)在同一順控子組中，操作員站可通過監(jiān)控畫面選定相應(yīng)的步序順控進(jìn)行或手操跳步進(jìn)行[1]。以高壓主汽門（調(diào)門）A為例，試驗(yàn)開始后，各設(shè)備動作情況如圖1所示。

2.2 原因分析

根據(jù)圖1的試驗(yàn)過程，引起異常主要是在第3，7，9，10這4個步驟，邏輯設(shè)定跳閘電磁閥已得電，若由于油質(zhì)或電磁閥原因使電磁閥沒有正?；刈?，實(shí)際油路仍然通回油，同時(shí)邏輯指令已要求先導(dǎo)閥失電（主汽門）、伺服閥開（調(diào)門），系統(tǒng)接通壓力油路，因此導(dǎo)致EH油泄漏。

圖1 ATT試驗(yàn)流程

2.2.1 主汽門活動試驗(yàn)環(huán)節(jié)

步驟3和9針對主汽門試驗(yàn)，從制造廠了解到：主汽門控制油路設(shè)計(jì)了有效的節(jié)流措施，即使試驗(yàn)時(shí)發(fā)生卡澀，少量油泄漏也不會引起機(jī)組EH油的異常。對某1 000 MW西門子機(jī)組進(jìn)行了在線模擬機(jī)組高、中壓主汽門跳閘電磁閥卡澀的故障試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明該故障情況下EH油壓稍有下降，但不影響機(jī)組安全運(yùn)行，試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 1 000 MW機(jī)組高壓主汽門A動作試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 1 000 MW機(jī)組中壓主汽門A動作試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.2 調(diào)門試驗(yàn)環(huán)節(jié)

步驟7和10針對調(diào)門試驗(yàn)，為保證正常調(diào)節(jié)的快速響應(yīng)，調(diào)門的進(jìn)油管內(nèi)縮通徑大（經(jīng)與廠家確認(rèn)，調(diào)門的進(jìn)油管內(nèi)縮通徑幾乎是主門的8倍），導(dǎo)致異常時(shí)泄油量大，若沒有及時(shí)隔斷相應(yīng)閥門的進(jìn)油管路，將引起機(jī)組EH油異常，導(dǎo)致機(jī)組跳閘。因此ATT試驗(yàn)的主要風(fēng)險(xiǎn)是在調(diào)門試驗(yàn)，據(jù)了解，目前西門子超超臨界機(jī)組ATT試驗(yàn)時(shí)引起機(jī)組跳閘都是發(fā)生在該步驟。

根據(jù)系統(tǒng)油路和邏輯分析可知，無論跳閘電磁閥得電與否、得電后是否順利回座切斷油路都無法取到反饋信號，這為試驗(yàn)狀態(tài)的判斷和異常的防范帶來了一定的難度；在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，如果因電磁閥或回路原因失電，不僅本汽門關(guān)閉，而且會因?yàn)橛吐沸孤┒箼C(jī)組存在安全隱患。從上述分析可知：

（1）異常的發(fā)生主要是機(jī)組控制油路設(shè)計(jì)特點(diǎn)造成的。

（2）調(diào)門的進(jìn)油管內(nèi)縮通徑大，導(dǎo)致EH油大量泄漏。

（3）故障狀態(tài)難以判斷，無法實(shí)現(xiàn)邏輯閉鎖。

（4）主汽門活動試驗(yàn)過程中，相應(yīng)調(diào)門也完成活動驗(yàn)證，調(diào)門活動試驗(yàn)主要驗(yàn)證跳閘電磁閥。

3 異常處理方法

從原因分析可知，汽門ATT試驗(yàn)并不存在直接導(dǎo)致機(jī)組跳閘的隱患,主要風(fēng)險(xiǎn)是調(diào)門試驗(yàn)時(shí)可能發(fā)生油泄漏，如果電磁閥卡澀時(shí)及時(shí)關(guān)閉進(jìn)油隔離閥，就可以杜絕機(jī)組EH油大量泄漏，避免影響機(jī)組安全運(yùn)行。因此，當(dāng)試驗(yàn)時(shí)發(fā)生電磁閥卡澀后的在線處理階段，需要注意以下問題：

（1）汽輪機(jī)單側(cè)運(yùn)行工況下的運(yùn)行安全保證。

（2）目前各汽門的回油管路相通，無隔離措施，處理過程中機(jī)組因其他原因跳閘，所有的油動機(jī)都在泄油，可能存在噴油的風(fēng)險(xiǎn)。

由汽輪機(jī)廠家設(shè)計(jì)規(guī)范知：當(dāng)高、中壓缸一路進(jìn)汽遮斷，兩側(cè)進(jìn)汽管的溫度差低于17℃，汽輪機(jī)可以較長時(shí)間單側(cè)運(yùn)行（沒有明確時(shí)間限制）；兩側(cè)進(jìn)汽管的溫度差超過28℃，汽輪機(jī)單側(cè)運(yùn)行時(shí)間不超過15 min，同時(shí)監(jiān)視振動和金屬溫度等運(yùn)行數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況，兩側(cè)進(jìn)汽管的溫度差可以通過控制相應(yīng)汽門的疏水閥來保證。對于處理過程中的噴油的風(fēng)險(xiǎn)控制，關(guān)鍵是回油管路的有效隔離和縮短處理時(shí)間。

主汽門活動試驗(yàn)過程中已驗(yàn)證調(diào)門活動，主要驗(yàn)證跳閘電磁閥；以現(xiàn)有的油路布置進(jìn)行在線試驗(yàn)有風(fēng)險(xiǎn)隱患，考慮到跳閘電磁閥反邏輯設(shè)計(jì)且冗余配置，回路可靠性高；異常工況下，調(diào)門控制指令能夠快速伺服下關(guān)，綜合機(jī)組的安全性和試驗(yàn)迫切性考慮，調(diào)門的活動試驗(yàn)可在機(jī)組啟、停過程中完成，但跳閘電磁閥無法定期驗(yàn)證。若要安全可靠定期完成調(diào)門ATT試驗(yàn)，則需要對調(diào)門回油管路進(jìn)行優(yōu)化，在回油油路上增加隔離閥以及旁路，旁路設(shè)計(jì)有效節(jié)流，可以保證即使發(fā)生泄漏也不影響整個EH油系統(tǒng)，正常情況下隔離閥全開，試驗(yàn)時(shí)將隔離閥關(guān)閉。同時(shí)增加相應(yīng)的邏輯判據(jù)：試驗(yàn)過程中指令與反饋偏差大報(bào)警，延時(shí)30 s后將指令切至-2%，切斷進(jìn)油油路。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行和ATT試驗(yàn)情況，分析得出以下結(jié)論：

（1）西門子超超臨界機(jī)組正常運(yùn)行期間，按照運(yùn)行規(guī)程要求，恢復(fù)高、中壓主汽門的定期活動試驗(yàn)。綜合考慮機(jī)組的安全性和試驗(yàn)的迫切性，調(diào)門的活動試驗(yàn)可在機(jī)組啟、停過程完成。

（2）主汽門試驗(yàn)過程中，調(diào)門也已活動，調(diào)門試驗(yàn)主要是驗(yàn)證電磁失電跳閘性能；考慮跳閘電磁閥反邏輯設(shè)計(jì)且冗余配置，可靠性高；當(dāng)發(fā)生異常工況時(shí)，若主汽門能夠正常遮斷，調(diào)門還可以通過伺服指令下關(guān)，相對來說安全性要求不是很迫切。

4.2 建議

（1）以目前的油路狀況，調(diào)門跳閘電磁閥試驗(yàn)有一定的風(fēng)險(xiǎn)隱患，建議調(diào)門的活動試驗(yàn)可在機(jī)組啟、停過程完成。若要在線驗(yàn)證跳閘電磁閥性能，建議對調(diào)門的回油油路增加旁路和和節(jié)流控制。試驗(yàn)過程中若發(fā)生電磁閥卡澀，應(yīng)及時(shí)更換。

（2）各汽門EH油回油管路上增設(shè)手動隔離閥，機(jī)組正常運(yùn)行期間隔離閥全開并上鎖，當(dāng)需要隔離時(shí)，解鎖手動關(guān)閉，由運(yùn)行專人管理。

（3）待機(jī)組停機(jī)檢修期間，聯(lián)系廠家，完成以下邏輯優(yōu)化和檢查確認(rèn)工作：

增加試驗(yàn)異常判斷邏輯：在主汽門AAT試驗(yàn)過程中，DEH發(fā)出跳閘電磁閥得電指令，延遲5 s，汽門開反饋小于20%開度，觸發(fā)該汽門控制油路異常報(bào)警。

檢查確認(rèn)DEH檢測調(diào)門跳閘電磁閥斷電信號，該信號聯(lián)鎖將相應(yīng)調(diào)門伺服閥指令切到-2%（或0%），切斷壓力油的油路；DEH觸發(fā)快關(guān)調(diào)門指令，該指令同時(shí)也將相應(yīng)調(diào)門伺服閥指令切到-2%（或0%），切斷壓力油的油路[3]。

4.3 防范措施

為確保西門子超超臨界機(jī)組在線ATT試驗(yàn)正常，保證機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，建議采取以下防范措施：

（1）加強(qiáng)EH油的管理，增加EH油更換頻率，防止過度老化。

（2）做好故障處理準(zhǔn)備工作，盡可能縮短汽輪機(jī)單側(cè)進(jìn)汽運(yùn)行時(shí)間；汽輪機(jī)單側(cè)運(yùn)行的操作與監(jiān)視應(yīng)嚴(yán)格按照運(yùn)規(guī)要求進(jìn)行。

（3）制定專門的ATT試驗(yàn)事故預(yù)案：試驗(yàn)時(shí)運(yùn)行與維護(hù)人員到位，EH油泵旁有運(yùn)行人員，確保聯(lián)絡(luò)通暢；汽門無法啟閉時(shí)，快速判斷原因，確認(rèn)為電磁閥卡澀造成EH油大量內(nèi)泄時(shí)，快速關(guān)閉相應(yīng)汽門的EH油至試驗(yàn)閥組隔離門，切斷壓力油進(jìn)油[4]。

（4）確保電磁閥備品，故障電磁閥應(yīng)以更換為主，避免現(xiàn)場清洗，盡可能縮短EH油系統(tǒng)開口時(shí)間，防止更換過程中其它意外的發(fā)生。

（5）更換時(shí)，關(guān)閉相應(yīng)的回油隔離門，確保電磁閥油路隔離。

（6）更換后，完成試驗(yàn)確認(rèn)并及時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)。

[1]謝尉揚(yáng).西門子超超臨界汽輪機(jī)問題分析與改進(jìn)[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2015，57（02）∶86-88.

[2]張寶林，賈建波.350 MW機(jī)組主汽門活動試驗(yàn)對機(jī)組運(yùn)行的影響[J].華北電力技術(shù).2005（02）∶39-40

[3]李鈞建.上海1000MW汽輪機(jī)ATT試驗(yàn)導(dǎo)致機(jī)組跳閘分析[J].科技風(fēng)，2014（18）∶105.

[4]葉紹義.華能玉環(huán)電廠1 000 MW超超臨界汽輪機(jī)調(diào)試出現(xiàn)的問題及對策[J].電力建設(shè)，2007，28（11）∶76-80.

（本文編輯：徐 晗）

Analysis and Countermeasure for ATT Test of Siemens Ultra-supercritical Steam Turbine

ZHENG Weijian，XIE Weiyang，GU Weifei
（Zhejiang Energy Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310005，China）

Through test process and oil control system，the paper analyzes abnormities in ATT of Siemens ultra-supercritical units and detects tripping causes of online ATT and the disadvantages.For improvement of units operation reliability，the paper comprehensively analyzes necessity of ATT as well as problems and risks in abnormity handling；besides，it puts forward suggestions and countermeasures for potential hazards and shortcomings.

ultra-supercritical；ATT；units；tripping

TK39

B

1007-1881（2015）12-0061-03

2015-10-19

鄭渭建（1973），男，高級工程師，從事熱工技術(shù)管理和自動化應(yīng)用研究。