調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)故障引發(fā)的誤停機事故分析

舒永輝

(廣州環(huán)投南沙環(huán)保能源有限公司，廣州 511400)

調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)故障引發(fā)的誤停機事故分析

舒永輝

(廣州環(huán)投南沙環(huán)保能源有限公司，廣州 511400)

對廣州某熱電廠100 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)進行了詳細介紹，在此基礎(chǔ)上，對因調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)關(guān)鍵部件缺陷引發(fā)的2次誤停機事故進行了分析，并對2次事故后的檢查和處理情況進行總結(jié)，提出了整改和防范措施。

調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)；危急遮斷滑閥；故障分析；防范措施

0 引言

廣州某熱電廠#1汽輪機為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產(chǎn)的N110/C68-8.83/0.981單抽、凝汽式汽輪機，于2005年9月投入運行，機組累計運行時間約為80 000 h。該型汽輪機調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)為低壓透平油形式數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)和機械式結(jié)合的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，自投產(chǎn)以來一直運行穩(wěn)定，目前該種形式調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)因造價和環(huán)保方面優(yōu)勢仍廣泛應用于小型中、高壓汽輪機上。隨著各廠家不斷完善和更新，該系統(tǒng)各部件日趨成熟可靠，但受限于與汽輪機潤滑油系統(tǒng)共用油源，其油質(zhì)更難管理，對調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的整體可靠性影響較大。本文就該熱電廠#1汽輪機調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)故障引發(fā)的2次極為少見的誤停機事故進行分析，并對2次事故后的檢查和處理情況進行總結(jié)，提出了整改和防范措施。

1 調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)介紹

該熱電廠#1汽輪機調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)流程如圖1所示。

1.1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡介

該熱電廠低壓透平油形式DEH為90年代末期由原純液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造而成，原調(diào)節(jié)系統(tǒng)包含旋轉(zhuǎn)阻尼、放大器、同步器、高壓油動機、中壓油動機等部套。相比原系統(tǒng)，改造后的系統(tǒng)仍為低壓透平油形式，取消旋轉(zhuǎn)阻尼和放大器及同步器，轉(zhuǎn)速信號取自前軸承箱3只測速探頭，控制高調(diào)和中調(diào)油動機的脈動油壓由2只獨立電液轉(zhuǎn)換器(DDV)生成，2只DDV各設一組精密濾網(wǎng)。

1.2 保安系統(tǒng)簡介

該熱電廠新保安系統(tǒng)包含啟動滑閥、危急遮斷器、危急遮斷滑閥、危急遮斷器噴油試驗裝置、就地打閘裝置、電超速保護裝置(OPC)、緊急跳閘保護裝置(ETS)、危急遮斷器飛錘擊出檢測裝置等設備，與原系統(tǒng)相比，僅將同步器改造為啟動滑閥，增加電超速保護功能。

保安系統(tǒng)的核心部件為危急遮斷器滑閥。滑閥為錯油閥式結(jié)構(gòu)，共配置2套，采取冗余配置。滑閥閥芯由套裝式大、小閥芯組成，小閥芯位于大閥芯頂部，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 工作原理

1.3.1 建立油壓

機組啟動前先啟動高壓交流油泵、建立調(diào)速系統(tǒng)油壓(約2.0 MPa)；復位ETS停機信號，建立附加保安油壓(約2.0 MPa)。

1.3.2 掛閘

復位啟動滑閥至零位，滑閥內(nèi)保安油和掛閘油泄油口均開啟，此時危急遮斷滑閥上部掛閘油壓降至零，而下部附加保安油壓為2.0 MPa左右，滑閥閥芯在油壓差作用下升至上止點，滑閥內(nèi)保安油和高、中調(diào)油動機脈動油泄油口關(guān)閉，具備建立保安油和高、中調(diào)油動機脈動油壓條件。

1.3.3 開自動主汽閥

啟動滑閥轉(zhuǎn)動至工作位置，滑閥內(nèi)保安油和掛閘油泄油口逐漸關(guān)閉，保安油和掛閘油隨之升高。保安油升至0.5 MPa以上時，自動主汽閥開始開啟，升至1.6 MPa時自動主汽閥全開，主汽閥全開后DEH自動開啟中調(diào)閥。當啟動滑閥轉(zhuǎn)至工作位置時，保安油和掛閘油泄油口全關(guān)，保安油和掛閘油建立(約2.0 MPa)，具備沖轉(zhuǎn)條件。

1.3.4 沖轉(zhuǎn)和帶負荷

按操作員給定，DEH可根據(jù)缸溫狀態(tài)自動控制沖轉(zhuǎn)；機組并列后按閥位給定值或負荷給定值或協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)負荷給定值進行負荷調(diào)節(jié)并穩(wěn)定頻率；投入抽汽回路后根據(jù)給定壓力值，自動控制中調(diào)閥開度調(diào)節(jié)供汽壓力值。

圖2 危急遮斷器滑閥閥芯

1.3.5 停機保護

(1)ETS停機、電超速(3 300 r/min)停機、集控室手按停機按鈕：緊急停機保護電磁閥動作，卸掉附加保安油壓，危急遮斷滑閥下部油壓降低，在上部掛閘油壓作用下，滑閥閥芯掉落至下止點位置，開啟保安油、高調(diào)油動機脈動油、中調(diào)油動機脈動油泄油口，保安油、高調(diào)油動機脈動油、中調(diào)油動機脈動油失壓，自動主汽閥、高調(diào)閥和中調(diào)閥全部關(guān)閉，機組跳閘。

(2)按停機按鈕：卸掉附加保安油壓，過程同(1)，機組跳閘。

(3)機械超速停機(3 330～3 360 r/min)：危急遮斷器飛錘擊出，擊打危急遮斷器杠桿頭部，杠桿尾部下沉，將危急遮斷器滑閥上部小閥芯壓下，掛閘油進入危急遮斷器滑閥大閥芯頂部密封面內(nèi)腔，大閥芯頂部密封面外腔加上內(nèi)腔面積大于下部受力面積，而附加保安油和掛閘油壓力相當，在上、下壓力差作用下危急遮斷滑閥閥芯掉落至下止點位置，過程同(1)，機組跳閘。

(4)OPC保護：作用為不停機抑制轉(zhuǎn)速飛升。發(fā)電機和變壓器組(以下簡稱發(fā)變組)未并網(wǎng)時轉(zhuǎn)速超過3 090 r/min，OPC電磁閥動作，卸掉OPC滑閥下部油壓，OPC滑閥閥芯掉落，打開高調(diào)油動機脈動油、中調(diào)油動機脈動油泄油口，卸掉脈動油壓，高調(diào)閥和中調(diào)閥關(guān)閉，轉(zhuǎn)速下降。1～2 s后OPC電磁閥復位，OPC滑閥下部油壓恢復，OPC滑閥閥芯復位，關(guān)閉高、中調(diào)油動機脈動油泄油口，高、中調(diào)油動機脈動油壓恢復，高調(diào)閥和中調(diào)閥重新開啟，機組自動恢復至3 000 r/min。

2 誤停機事故經(jīng)過

2.1 第1次事故經(jīng)過

2016年4月22日，#1機組以CCS控制方式運行，主蒸汽質(zhì)量流量400 t/h，發(fā)電負荷80.0 MW，供汽質(zhì)量流量120 t/h。12:03:00應電網(wǎng)調(diào)度要求，#1機組減發(fā)電負荷至73.0 MW。12:08:23，#1機組主蒸汽質(zhì)量流量減至388 t/h，發(fā)電負荷76.7 MW，供汽質(zhì)量流量100 t/h，#1機組“保安油壓低”“主汽閥關(guān)閉”“鍋爐緊急停爐保護(MFT)動作”“發(fā)變組熱工保護跳閘”“ETS已跳閘”等光字牌報警，MFT動作，發(fā)變組跳閘，汽輪機ETS保護動作跳閘，機組轉(zhuǎn)速下降。跳閘首出原因為主汽閥關(guān)閉。運行人員按不破壞真空緊急停機方式停止機組運行。

2.2 第2次事故經(jīng)過

2016年5月9日再次發(fā)生相同事故，#1機組CCS 控制方式運行，主蒸汽質(zhì)量流量416 t/h，發(fā)電負荷76.0 MW，供汽質(zhì)量流量142 t/h。09:28:21，#1機組“保安油壓低”“主汽閥關(guān)閉”“MFT動作”“發(fā)變組熱工保護動作”“ETS已跳閘”等光字牌報警，MFT動作，發(fā)變組跳閘，汽輪機ETS 保護動作跳閘，機組轉(zhuǎn)速下降。跳閘首出原因仍為主汽閥關(guān)閉。經(jīng)技術(shù)人員討論后決定，#1機組重新啟動，汽輪機定速3 000 r/min后執(zhí)行OPC超速試驗檢驗飛錘動作情況，轉(zhuǎn)速升至3 089 r/min時，OPC保護動作，轉(zhuǎn)速下降后自動穩(wěn)定在3 000 r/min，危急遮斷器飛錘未動作。判斷保安系統(tǒng)存在其他缺陷，決定停止機組運行。

3 誤停機后的分析及處理過程

3.1 第1次誤停機后的分析及處理過程

3.1.1 故障分析

4月22日機組誤停時離散控制系統(tǒng)(DCS)部分保安系統(tǒng)油壓歷史記錄曲線如圖3所示。

#1機組跳閘瞬間，保安油壓、自動主汽閥關(guān)閉器油壓和高、中調(diào)油動機脈動油壓突降至零，同時掛閘油壓突降至1.57 MPa，附加保安油壓延后1 s突降至零。保安油壓低3個壓力開關(guān)動作信號、“自動主汽閥關(guān)閉”信號、鍋爐緊急停爐動作信號、汽輪機ETS保護動作信號報警先后依次出現(xiàn)。其中MFT動作和#1發(fā)變組主保護動作首出原因均為自動主汽閥關(guān)閉，汽輪機ETS保護動作首出原因為MFT動作。由此分析，#1機組危急遮斷滑閥誤動作導致自動主汽閥、高壓油動機、中壓油動機關(guān)閉，自動主汽閥關(guān)閉橫向聯(lián)鎖致MFT動作和#1發(fā)變組跳閘，MFT動作又橫向聯(lián)鎖致汽輪機ETS保護動作。

按機組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)工藝流程圖來看，危急遮斷滑閥動作原因主要包含危急遮斷器飛錘擊出、危急遮斷器杠桿誤動、附加保安油泄壓、危急遮斷滑閥閥芯上部密封面密封不嚴導致漏油等因素。

根據(jù)熱工人員對ETS保護柜主要回路和供電回路的檢查情況及汽輪機前軸承箱處監(jiān)控視頻，排除了ETS誤發(fā)停機信號或緊急停機保護電磁閥誤通電動作或人為誤按就地停機按鈕導致附加保安油泄壓的情況。因此制定檢修重點為檢查危急遮斷器飛錘、杠桿、注油試驗裝置和危急遮斷滑閥閥芯。

3.1.2 處理過程

4月24日經(jīng)揭開前箱檢查處理，結(jié)果如下：#1，#2飛錘與危急遮斷滑閥杠桿頭部間隙正常，危急遮斷滑閥閥芯行程正常無卡澀，均符合圖紙要求；#1，#2飛錘彈簧壓緊度無變化；#1危急遮斷滑閥上端密封面存在未貫穿凹痕(典型撞擊凹痕，寬度約0.6 mm，深度約0.5 mm)，經(jīng)簡單磨處理后大致消除；#2危急遮斷滑閥上端密封面無明顯缺陷。

4月25日進行反復注油試驗，發(fā)現(xiàn)當注油試驗切換滑閥處于正中位置(設計零位)略偏#1飛錘注油按鈕側(cè)時，#1飛錘注油油路即少量接通，且#1飛錘注油按鈕未彈起(如按鈕彈起可切斷油路)，可能導致少量潤滑油持續(xù)進入#1飛錘裝置。機組正常運行中無法察覺此異常，影響#1飛錘動作轉(zhuǎn)速，機組減負荷時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速略有增加，因離心力增加，#1飛錘擊出導致危急遮斷滑閥誤動作。因此檢修人員重新劃定注油試驗切換滑閥零位并制作限位裝置，消除該異常。工作結(jié)束后恢復機組運行。

3.2 第2次誤停機后的分析及處理過程

3.2.1 故障分析

5月9日機組誤停時DCS部分保安系統(tǒng)油壓歷史記錄曲線如圖4所示。

根據(jù)圖4所示，對本次故障原因分析如下。

(1)5月9日#1機組跳閘瞬間，各油壓變化趨勢、報警信號、保護動作情況均與第1次機組誤跳相同，可以判斷故障原因為同一問題危急遮斷滑閥誤動所致。

(2)從2次機組跳閘保安油和附加保安油油壓變化現(xiàn)象判定，保安油先于附加保安油失壓，可以排除汽輪機ETS保護裝置誤動造成危急遮斷滑閥動作的原因。

(3)第2次機組誤跳后執(zhí)行OPC超速試驗，過程正常，未發(fā)現(xiàn)危急遮斷器飛錘擊出現(xiàn)象，因此可以排除飛錘因彈簧缺陷或其他原因造成動作轉(zhuǎn)速降低、在機組正常運行時擊出，導致危急遮斷滑閥動作的可能性。

(4)5月9日#1機組跳閘后，在盤車狀態(tài)下啟動高壓油泵檢查注油試驗裝置無漏油現(xiàn)象，可以排除5月9日#1機組跳閘為注油試驗切換滑閥漏油造成。同時仔細查閱圖紙發(fā)現(xiàn)危急遮斷器杠桿移動滑閥過封度較大(約18.0 mm)，即使注油試驗切換滑閥未完全復位漏油至杠桿移動滑閥靠#1飛錘側(cè)腔室，從該腔室漏油至#1飛錘處可能性也不大；同時按照危急遮斷器飛錘設計原理，即使漏油，因未檢測到飛錘擊出信號，#1飛錘動作的可能性也不大。5月11日再次進行停機狀態(tài)注油試驗驗證，根據(jù)實際觀察結(jié)果，即使注油試驗切換滑閥漏油，在不按下試驗按鈕的情況下，注油管口也不會噴油，因此#1機組2次誤停原因不是注油試驗切換滑閥漏油造成飛錘擊出。

(5)危急遮斷滑閥誤動作原因還包含危急遮斷滑閥頂部密封面或危急遮斷滑閥小閥芯密封面不嚴、小閥芯過封度不合適、杠桿安裝間隙不合適等[1]。因第1次檢查發(fā)現(xiàn)#1危急遮斷滑閥上端密封面存在未貫穿凹痕，因此本次將檢查重點確定為閥芯檢查和杠桿安裝間隙數(shù)據(jù)復測，同時檢查清理各油管雜物，查找密封面凹痕形成原因。

圖3 4月22日歷史趨勢

圖4 5月9日歷史趨勢

3.2.2 處理過程

5月12日再次揭開前箱檢查處理，發(fā)現(xiàn)異常情況及處理如下：#1危急遮斷滑閥上端密封面凹痕未完全消除，#2危急遮斷滑閥上端密封面存在部分麻點，采用油砂紙重新打磨，經(jīng)涂紅丹檢驗，密封面接觸符合要求；拆各油管發(fā)現(xiàn)管內(nèi)均存在黑色片狀氧化皮雜質(zhì)，全部采用壓縮空氣吹掃干凈后裝復；調(diào)整#1危急遮斷器杠桿尾部與蛇板間隙至1.2 mm(設計值1.2 mm，實際測量值1.5 mm，第1次檢查時未測)。

3.3 后期機組運行情況

#1機組于5月12日23：21結(jié)束調(diào)速系統(tǒng)檢查工作票，23：35鍋爐點火；5月13日02：54機組沖轉(zhuǎn)，04：46機組并網(wǎng)，機組運行至今正常，未再出現(xiàn)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)異?，F(xiàn)象。

4 防范和整改措施

從2次檢修處理情況來看，造成危急遮斷滑閥誤動作的原因可能為#1危急遮斷滑閥閥芯上部密封面密封不嚴或#1危急遮斷器杠桿尾部與蛇板間隙偏大，與調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的設計和工藝及可靠性無關(guān)。在調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的重要部件上出現(xiàn)此類缺陷，原因或為檢修工藝執(zhí)行不到位，或為運行操作控制不嚴謹，說明在過往的檢修和運行管理方面存在較大缺失。#1危急遮斷滑閥閥芯上部密封面出現(xiàn)撞擊凹痕，一方面說明潤滑油中存在大顆粒雜質(zhì)，另一方面原因為機組啟動初期高壓油泵啟動操作不規(guī)范或調(diào)速系統(tǒng)積存空氣，造成調(diào)速系統(tǒng)油壓急劇升高或擺動所致。鑒于上述事故，該熱電廠采取了下述整改措施。

(1)完善汽輪機大修后油循環(huán)試驗方案。原方案規(guī)定調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)油管道不參與油循環(huán)試驗，管壁內(nèi)殘存雜質(zhì)無法清除，此次檢查也發(fā)現(xiàn)多數(shù)油管存在雜質(zhì)，近年也曾多次出現(xiàn)DDV堵塞缺陷，所以方案修改為調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)油管道在油循環(huán)中后期參加油循環(huán)。油循環(huán)結(jié)束后對有條件清理的部套進行二次清理，特別是油系統(tǒng)各節(jié)流孔板進行重點清理。

(2)嚴格規(guī)范運行操作。在高壓油泵啟動前必須提前啟動低壓油泵對調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)充油排空氣，非事故狀態(tài)啟動高壓油泵前必須先關(guān)閉出口手動閥，啟動油泵后再緩慢開啟出口手動閥，防止調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)部分機械部件因油壓急劇升高或擺動造成相關(guān)部件撞擊損壞。

(3)低壓透平油形式調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)機組需更加嚴格做好油質(zhì)管理，重點防止機組運行中潤滑油進水，特別是機組啟停階段因軸封壓力或回汽調(diào)節(jié)不當造成油中進水。潤滑油中水分的存在，會使?jié)櫥托Ч儾?，加速有機酸對金屬的腐蝕作用，使油品容易產(chǎn)生沉渣，而且會使添加劑(尤其是金屬鹽類)發(fā)生水解反應而失效，產(chǎn)生沉淀，堵塞油路或損傷部件[2]。

(4)嚴格執(zhí)行檢修作業(yè)工藝卡要求，認真執(zhí)行驗收程序規(guī)定。

5 結(jié)束語

2次故障停機雖未造成設備損害和人身傷害，但停運時間合計165.5 h，共計損失發(fā)電負荷約10.75 GW·h，且增加2次升、停爐操作，經(jīng)濟損失極為慘重。同樣事故短期內(nèi)重復發(fā)生，與第1次事故后分析處理不到位直接相關(guān)，一方面注油管漏油的分析結(jié)論未經(jīng)詳細試驗觀察確認，另一方面發(fā)現(xiàn)密封面異常后未徹底按照檢修工藝卡要求進行處理，而是依照經(jīng)驗分析排除此項因素，因而處理和驗收程序未執(zhí)行到位，教訓十分深刻。

[1]徐柳生，陳蓮君. 125 MW機組汽輪機檢修工藝學[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1993.

[2]張克舫，沈惠坊. 汽輪機技術(shù)問答[M]. 北京：中國石化出版社，2011.

(本文責編：劉炳鋒)

2016-12-29；

2017-04-24

TK 325

B

1674-1951(2017)05-0044-05

舒永輝(1980—)，男，湖北京山人，工程師，從事火力發(fā)電廠運行管理方面的工作(E-mail:shuyonghui@grantop.net)。