1?000?MW機(jī)組汽輪機(jī)高排通風(fēng)閥可靠性分析及改進(jìn)

劉 軍

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽(yáng) 515223)

0 前言

某電廠1 000 MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，汽輪機(jī)型式為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、八級(jí)回?zé)岢槠吞?hào)為N1000-25.0/600/600。汽輪機(jī)采用高壓缸啟動(dòng)方式，在機(jī)組啟動(dòng)或停機(jī)時(shí)，主蒸汽通過(guò)一級(jí)大旁路經(jīng)減壓減溫后進(jìn)入凝汽器。高壓缸排汽管道上沒(méi)有設(shè)置逆止門，只在4號(hào)高壓調(diào)門與高壓缸進(jìn)汽高壓導(dǎo)汽管至凝汽器之間設(shè)置了1只高排通風(fēng)閥(簡(jiǎn)稱VV閥)，在汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)(ETS)中增加了VV閥故障跳閘保護(hù)。

1 VV閥簡(jiǎn)介

1.1 VV閥位置

VV閥現(xiàn)場(chǎng)安裝在4號(hào)高調(diào)閥后與凝汽器之間的導(dǎo)汽管上，如圖1所示，其主要作用是在汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)該閥門開啟，利用高壓缸排汽來(lái)冷卻高壓缸的葉片。

在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，冷段再熱冗余汽倒流入高壓缸，對(duì)整個(gè)高壓通流進(jìn)行充分冷卻，防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鼓風(fēng)葉片超溫，確保轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行，并最終經(jīng)通風(fēng)管路排入凝汽器。

為降低機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中VV閥前后管段的溫度差，設(shè)置了節(jié)流孔板作為VV閥的旁路，可以達(dá)到暖管作用。

圖1 VV閥布置示意

1.2 VV閥的控制原理

VV閥采用雙氣缸的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制回路為單電磁閥控制回路，其控制原理如圖2所示。電磁閥1YV采用110 V DC電源供電，電磁閥帶電時(shí)，經(jīng)減壓過(guò)濾后的儀用壓縮空氣引至氣鎖閥D，將儀用壓縮空氣作為控制氣引入上、下切換閥。當(dāng)電磁閥1YV得電時(shí)，1，2控制氣接通，氣鎖閥D也會(huì)接通，氣鎖閥D1的S，U接通，上氣缸進(jìn)氣，氣鎖閥D2的S，U接通，下氣缸排氣，通風(fēng)閥關(guān)閉。當(dāng)電磁閥1YV失電時(shí)，1，3控制氣接通，電磁閥1YV排氣，氣鎖閥D失氣，切斷上、下切換閥的控制氣，氣鎖閥D，D1，D2閥桿在彈簧的作用力下恢復(fù)原位，氣鎖閥D2的E，U接通，下氣缸進(jìn)氣，氣鎖閥D1的E，U接通，上氣缸排氣，通風(fēng)閥開啟。儲(chǔ)氣罐T配合入口處的逆止閥CV使用，其作用相當(dāng)于蓄能器。當(dāng)控制氣源自逆止閥CV進(jìn)入儲(chǔ)氣罐T后，即便壓縮空氣失去，因逆止閥CV的作用，儲(chǔ)氣罐T內(nèi)會(huì)保持壓縮空氣的壓力不變。儲(chǔ)氣罐T氣源引入下切換閥作為控制氣缸的動(dòng)力氣源。

圖2 VV閥控制原理

為了實(shí)現(xiàn)VV閥的控制功能，其控制邏輯主要設(shè)計(jì)有：

(1) 汽機(jī)跳閘，自動(dòng)打開VV閥，其主要作用是快速排出高壓缸的高溫蒸汽，防止因高壓缸超溫導(dǎo)致高壓轉(zhuǎn)子葉片過(guò)熱而損壞；

(2) 汽機(jī)掛閘，自動(dòng)關(guān)閉VV閥，其主要作用是切斷高溫蒸汽直接排入凝汽器，保證機(jī)組正常運(yùn)行的需要；

(3) 機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，VV閥就地異常開啟，機(jī)組跳閘，其主要作用是防止VV異常開啟導(dǎo)致高溫高壓蒸汽直接排到凝汽器而損壞鈦管；

（4）為了防止運(yùn)行人員誤操作，只設(shè)計(jì)VV閥的邏輯聯(lián)鎖功能，不提供VV閥的畫面操作功能，以絕后患。

1.3 VV閥的保護(hù)邏輯

在ETS系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有VV閥故障跳汽輪機(jī)保護(hù)功能，VV閥故障由DCS系統(tǒng)綜合判斷后發(fā)出送至ETS系統(tǒng)，最終輸出跳閘信號(hào)。

VV閥故障停機(jī)邏輯原理如圖3所示。

4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥不在關(guān)位或者高壓調(diào)節(jié)閥控制指令大于22 %時(shí)，VV閥無(wú)全關(guān)信號(hào)，發(fā)出“VV閥故障開”停機(jī)信號(hào)。

2 VV閥導(dǎo)致的異常停機(jī)

2.1 VV閥氣缸控制氣源接頭斷裂

2014-09-13T03：15，3號(hào)機(jī)組負(fù)荷700 MW，3號(hào)機(jī)組跳閘，跳閘首出為“VV閥故障開”?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)汽輪機(jī)VV閥就地控制氣源至VV閥氣缸的連接件(氣鎖閥與分氣閥連接處)斷裂，VV閥就地故障開啟。更換接頭后，VV閥開關(guān)正常。

2.2 VV閥控制電磁閥故障

2016-06-08T17：25，3號(hào)機(jī)組負(fù)荷700 MW，3號(hào)機(jī)組跳閘，跳閘首出為“VV閥故障開”。檢查發(fā)現(xiàn)VV閥控制用電磁閥燒壞，導(dǎo)致VV閥就地故障開啟，觸發(fā)“VV閥故障開”跳閘邏輯，引起機(jī)組跳閘。更換電磁閥后VV閥開關(guān)正常。

由于在機(jī)組的ETS系統(tǒng)中引入了VV閥故障跳汽輪機(jī)保護(hù)的條件，VV閥作為一個(gè)單一的設(shè)備無(wú)法做到保護(hù)的冗余設(shè)置，因此如何提高VV閥運(yùn)行的可靠性，以保障機(jī)組的安全運(yùn)行是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

3 VV閥的可靠性分析

原VV閥的控制管路及部件全部安裝在閥體上部，采用不銹鋼管硬連接方式。VV閥閥體前后分別為4號(hào)高壓導(dǎo)汽管以及凝汽器，前后的壓差大，導(dǎo)致管道及閥體振動(dòng)大，閥體溫度最高達(dá)到250 ℃。長(zhǎng)期的高溫環(huán)境及振動(dòng)不利于熱控設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。正常運(yùn)行時(shí)，VV閥為失氣開啟，其氣動(dòng)控制回路中任何一個(gè)地方發(fā)生故障，均有可能造成氣缸失氣，VV故障開啟。

圖3 VV閥故障停機(jī)邏輯

2014-09-13，3號(hào)機(jī)組VV閥氣源管接頭斷裂VV閥非正常開啟，導(dǎo)致機(jī)組非正常停運(yùn)。其主要原因就是隨閥門配供的控制氣源管路連接件(位于氣鎖閥與分氣鎖閥連接處)強(qiáng)度不足，運(yùn)行中疲勞損壞斷裂，VV閥氣缸無(wú)法進(jìn)氣，閥門在彈簧力作用下自動(dòng)開啟，在沒(méi)有開指令的情況下，導(dǎo)致汽輪機(jī)“VV閥故障開”保護(hù)動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘。

汽輪機(jī)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，VV閥控制用電磁閥處于長(zhǎng)期帶電狀態(tài)，電磁閥接線松動(dòng)、電纜斷裂或線圈燒毀等原因均可能造成電磁閥失電，導(dǎo)致氣鎖閥D無(wú)氣壓輸出，下切換閥通氣，上切換閥排氣，閥桿在彈簧的作用力下恢復(fù)原位，使VV閥開啟，引起機(jī)組跳閘。如2016-06-08，3號(hào)機(jī)組VV閥電磁閥線圈燒毀，導(dǎo)致VV閥非正常開啟，再次導(dǎo)致機(jī)組非正常停運(yùn)。

4 VV閥控制系統(tǒng)的改進(jìn)

4.1 控制回路的改進(jìn)

本著“減少誤動(dòng)，防止拒動(dòng)”的原則，為了防止異常時(shí)VV閥不能正常開啟，在保留VV閥失氣開啟功能的基礎(chǔ)上，改動(dòng)了控制回路，其控制原理如圖4所示。

(1) 將VV閥原有的“失電開”控制方式改為“帶電開”，再以并聯(lián)方式增加1個(gè)電磁閥2YV。在正常運(yùn)行時(shí)，只要2個(gè)電磁閥有1個(gè)帶電就可以使VV閥正常開啟。這種方式既可以減少電磁閥長(zhǎng)期帶電運(yùn)行故障導(dǎo)致的VV閥非正常開啟風(fēng)險(xiǎn)，又能避免由單個(gè)電磁閥故障導(dǎo)致的VV閥拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 并聯(lián)的2個(gè)電磁閥1YV，2YV同時(shí)接受DEH系統(tǒng)控制，新增的電磁閥同時(shí)接受操作臺(tái)硬手操控制。任何1個(gè)電磁閥帶電都將開啟閥門。原有的電磁閥控制電源保留，仍取自DEH系統(tǒng)110 V DC電源，新增電磁閥控制電源獨(dú)立取自電氣直流饋線柜。由于2個(gè)電磁閥的110 V DC電源分別來(lái)自不同的電源，其控制指令也是來(lái)自不同的地方，做到了全過(guò)程的冗余設(shè)計(jì)，降低了故障風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)可靠性。

(3) 在原有氣路的基礎(chǔ)上，并聯(lián)增加1路進(jìn)氣氣源及過(guò)濾減壓閥組件，增加前后手動(dòng)門以方便檢修隔離；在2路氣源減壓閥后各增加1個(gè)逆止閥，防止由于過(guò)濾減壓閥組件故障引起VV閥失氣故障開啟。

(4) 就地設(shè)置控制箱，將以上所有控制元件從溫度較高的VV閥閥體上部全部移至控制箱內(nèi)，VV閥本體僅保留氣源管道接頭及行程開關(guān)?？刂葡湮挥赩V閥旁邊的平臺(tái)上。

4.2 “VV閥故障開”保護(hù)邏輯的改進(jìn)

原VV閥全開信號(hào)僅靠1個(gè)行程開關(guān)檢測(cè)，可靠性低。改造后，將VV閥全開信號(hào)設(shè)計(jì)為“3取2”。3個(gè)限位開關(guān)為觸頭式開關(guān)，1個(gè)位于氣缸頂部，靠活塞連桿壓住觸頭，另外2個(gè)安裝于氣缸底部，依靠閥桿上焊接的連桿壓住觸頭。頂部為全開信號(hào)，底部2個(gè)為全關(guān)信號(hào)。全開信號(hào)取非，加上底部2個(gè)全關(guān)信號(hào)。

這3個(gè)信號(hào)中任意2個(gè)信號(hào)出現(xiàn)，才發(fā)出VV閥全關(guān)信號(hào)。由于控制邏輯中VV閥全關(guān)信號(hào)取非（VV閥無(wú)全關(guān)信號(hào)），判斷為VV閥故障開啟狀態(tài)（見(jiàn)圖3），進(jìn)入VV閥故障開啟停機(jī)保護(hù)邏輯?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)VV閥閥體溫度約90 ℃，為了防止高溫直接接觸造成行程開關(guān)的故障，將限位開關(guān)向外移動(dòng)一定距離，并增加管道保溫厚度，同時(shí)在行程開關(guān)和閥體之間增加保溫隔離。這樣將行程開關(guān)處的溫度降至約40 ℃，確保VV閥限位信號(hào)傳遞的可靠性；同時(shí)將3個(gè)信號(hào)均送至DCS系統(tǒng)畫面顯示報(bào)警，便于運(yùn)行人員監(jiān)控，一旦發(fā)生故障可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)立即處理。

圖4 改造后的VV閥控制原理

4.3 VV閥故障監(jiān)視系統(tǒng)的改進(jìn)

在VV閥控制氣源的過(guò)濾減壓閥組件后增加1個(gè)壓力變送器，將控制氣源壓力顯示在DCS畫面，供運(yùn)行人員實(shí)時(shí)監(jiān)視控制氣源壓力；并增加了壓力低報(bào)警，一旦控制氣源發(fā)生輕微泄漏造成壓力低時(shí)，可及時(shí)提醒運(yùn)行人員處理。同時(shí)，將VV閥的3個(gè)限位開關(guān)狀態(tài)顯示至DCS系統(tǒng)畫面，在DCS內(nèi)增加了VV閥3個(gè)限位開關(guān)信號(hào)不匹配的報(bào)警，便于運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除VV閥異常狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

VV閥是東方汽輪機(jī)廠1 000 MW超超臨界機(jī)組取消高排逆止門后為了保護(hù)汽輪機(jī)所做設(shè)計(jì)，而在VV閥設(shè)計(jì)中僅僅考慮工藝上的問(wèn)題，并沒(méi)有考慮保護(hù)的可靠性問(wèn)題，因“VV閥故障開”導(dǎo)致停機(jī)的事件在同類機(jī)組中時(shí)有發(fā)生。通過(guò)對(duì)VV閥的可靠性分析，并對(duì)其控制回路和控制邏輯進(jìn)行有針對(duì)性的冗余改進(jìn)，可有效避免因信號(hào)誤發(fā)或VV閥誤動(dòng)作而導(dǎo)致的機(jī)組停機(jī)事件，并且在啟停機(jī)時(shí)確保VV閥動(dòng)作可靠穩(wěn)定，保障了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。