330 MW汽輪機(jī)盤(pán)車(chē)難投入問(wèn)題的改進(jìn)

李沖國(guó)，陳其忠，劉云雨

(茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名525011)

0 引 言

某廠300 MW汽輪機(jī)為亞臨界一次中間再熱、單軸雙缸雙排汽、凝汽式，2007年5月投產(chǎn)，2014年經(jīng)通流改造擴(kuò)容為330 MW后，8月重新投入商業(yè)運(yùn)行。汽輪機(jī)設(shè)4個(gè)支持軸承，1號(hào)、2號(hào)軸承為可傾瓦軸承，3號(hào)、4號(hào)軸承為橢圓軸承，推力軸承為活支可傾瓦塊型(即密切爾型)，位于高中壓轉(zhuǎn)子后端，成為軸系相對(duì)死點(diǎn)。發(fā)電機(jī)設(shè)2個(gè)支持軸承，5號(hào)、6號(hào)軸承為橢圓軸承，如圖1所示。

圖1 機(jī)組軸承及盤(pán)車(chē)分布圖

盤(pán)車(chē)裝置裝在4號(hào)、5號(hào)軸承之間靠近汽輪機(jī)側(cè)，配額定電壓為380 V、功率為22 kW、額定電流為47.4 A的三角形接線(xiàn)的盤(pán)車(chē)馬達(dá)，盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值為4.10 r/min。降壓軟起動(dòng)控制器為ABB PSS44/76型。

該機(jī)組自通流改造重新投入商業(yè)運(yùn)行后，盤(pán)車(chē)一直投運(yùn)正常，因電網(wǎng)深度調(diào)峰需要，機(jī)組啟停頻繁[1-2]。2018年4月后，機(jī)組在停機(jī)后轉(zhuǎn)子惰走到零轉(zhuǎn)速，卻難以正常投入盤(pán)車(chē)，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全性。

1 盤(pán)車(chē)難投入現(xiàn)象

在2018年4月后該機(jī)組的7次停機(jī)過(guò)程中，有6次盤(pán)車(chē)未能正常投入，但機(jī)組缸溫下降到150 ℃以下時(shí)，盤(pán)車(chē)可正常投入。

熱態(tài)投入盤(pán)車(chē)過(guò)程中，啟動(dòng)盤(pán)車(chē)電機(jī)時(shí)，啟動(dòng)電流峰值最高達(dá)到200 A，電氣人員就地測(cè)量與表計(jì)顯示一致，啟動(dòng)電流持續(xù)時(shí)間達(dá)到了13 s。盤(pán)車(chē)熱態(tài)投入時(shí),機(jī)組相關(guān)參數(shù)[3]如表1所示。

表1 機(jī)組相關(guān)參數(shù)

結(jié)合表1與現(xiàn)場(chǎng)操作情況，總結(jié)該機(jī)組停機(jī)時(shí)投入盤(pán)車(chē)情況如下：

1)兩年來(lái)12次停機(jī)軸封溫度最高225 ℃，最低103 ℃。

2)汽缸內(nèi)缸內(nèi)壁上缸溫最高445 ℃，最低302 ℃；汽缸內(nèi)缸內(nèi)壁下缸溫最高426 ℃，最低308 ℃；汽缸內(nèi)缸外壁上缸溫最高445 ℃，最低301 ℃；汽缸內(nèi)缸外壁下缸溫最高450 ℃，最低308 ℃。

3)高壓脹差最大2.6 mm，最小-0.5 mm；低壓脹差最大7.6 mm，最小4.8 mm。

4)在2017年，4次投入盤(pán)車(chē)都一次性成功，未出現(xiàn)問(wèn)題；2018年8次投入盤(pán)車(chē)中只有1次是一次性投入成功，其他7次均需要手動(dòng)盤(pán)車(chē)方能投入成功。

5)頂軸油A泵從2017年7月4日運(yùn)行電流94 A、母管壓力18.7 MPa逐漸下降到2018年10月26日運(yùn)行電流84 A、母管壓力16.4 MPa;頂軸油B泵從2017年4月10日運(yùn)行電流63 A上升到2018年6月27日86 A，母管壓力18.2 MPa下降到17.5 MPa。

6)如投運(yùn)盤(pán)車(chē)一次投入成功，則盤(pán)車(chē)電機(jī)啟動(dòng)前后頂軸油壓沒(méi)有變化；如果盤(pán)車(chē)投運(yùn)過(guò)程頂軸油壓有波動(dòng)，則不能一次性成功投入盤(pán)車(chē)。

7)正常投入盤(pán)車(chē)電流與汽輪機(jī)偏心變化不大。2018年以來(lái)停機(jī)投盤(pán)車(chē)過(guò)程因啟動(dòng)電流大，過(guò)流跳閘多次，經(jīng)手動(dòng)盤(pán)車(chē)后才能正常投入電動(dòng)盤(pán)車(chē)[4-6]。

2 原因分析

1)歷次投入盤(pán)車(chē)操作均按相同的操作票執(zhí)行，不存在操作不當(dāng)?shù)那闆r。兩年來(lái),停機(jī)時(shí)各參數(shù)無(wú)明顯異常情況，不存在汽缸變形機(jī)械嚴(yán)重卡澀的情況。

2)啟動(dòng)頂軸油泵后，確信轉(zhuǎn)子已頂起方可進(jìn)行盤(pán)車(chē)投入，潤(rùn)滑油壓大于0.158 MPa、頂軸母管油壓大于9.8 MPa，不存在油壓低閉鎖盤(pán)車(chē)啟動(dòng)的情況。檢查未發(fā)現(xiàn)有機(jī)組軸承巴氏合金在供油不充分情況下引起磨損的情況。

3)投盤(pán)車(chē)后，測(cè)量轉(zhuǎn)子偏心度0.019 5 mm，與轉(zhuǎn)子偏心度原始記錄值0.019 1 mm相比較，其變化量不超過(guò)0.03 mm。同時(shí)，監(jiān)聽(tīng)通流部分無(wú)摩擦聲。用機(jī)械式轉(zhuǎn)子彎曲測(cè)量?jī)x測(cè)得的轉(zhuǎn)子偏心度即外圓跳動(dòng)值，結(jié)果為0.019 7 mm，小于0.02 mm。判斷轉(zhuǎn)子沒(méi)有發(fā)生彎曲，不存在轉(zhuǎn)子變形嚴(yán)重的情況。

4)發(fā)現(xiàn)2018年后頂軸油壓較2017年有下降現(xiàn)象，頂軸油A泵從2017年7月4日運(yùn)行電流94 A、母管壓力18.7 MPa，逐漸下降到2018年10月26日運(yùn)行電流84 A、母管壓力16.4 MPa;頂軸油B泵從2017年4月10日運(yùn)行電流63 A上升到2018年6月27日86 A，母管壓力18.2 MPa下降到17.5 MPa。2017年的單臺(tái)油泵運(yùn)行母管油壓基本在18 MPa以上，2018年后單臺(tái)泵運(yùn)行的母管油壓則在16～17 MPa之間。

盤(pán)車(chē)投運(yùn)過(guò)程頂軸油壓有波動(dòng)則不能一次性成功投入盤(pán)車(chē)。因?yàn)轫斴S油壓下降導(dǎo)致盤(pán)車(chē)初始啟動(dòng)力矩增大，具體表現(xiàn)在機(jī)組大軸頂起的高度不夠或者機(jī)組大軸在某一個(gè)位置時(shí)頂起高度不夠，造成啟動(dòng)力矩增大。

嘗試轉(zhuǎn)子停定前先啟動(dòng)多1臺(tái)頂軸油泵，2臺(tái)頂軸油泵運(yùn)行時(shí)頂軸油壓力達(dá)18 MPa，也不能正常啟動(dòng)盤(pán)車(chē)，對(duì)頂軸油壓進(jìn)行調(diào)整并試驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，熱態(tài)時(shí)3號(hào)軸承頂軸油壓是8 MPa，冷態(tài)時(shí)是12 MPa。3號(hào)軸承的頂起高度是0.02 mm，判斷3號(hào)軸承的頂起高度影響了盤(pán)車(chē)熱態(tài)啟動(dòng)。

5)盤(pán)車(chē)軟啟動(dòng)時(shí)，設(shè)定的啟動(dòng)電壓偏小，啟動(dòng)力矩過(guò)小，未能有效拉動(dòng)。啟動(dòng)盤(pán)車(chē)電機(jī)時(shí)，啟動(dòng)電流達(dá)到150～200 A(電氣人員就地測(cè)量)，持續(xù)時(shí)間達(dá)到了十幾秒(就地盤(pán)車(chē)電機(jī)電流表75 A頂表)。啟動(dòng)電流持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)則一次回路軟啟動(dòng)器熱積累保護(hù)躲不過(guò)啟動(dòng)電流，假如第1次能夠投入，熱積累保護(hù)沒(méi)有跳開(kāi)則投入成功；假如上次熱積累保護(hù)積累的熱量沒(méi)有消失，再次投入盤(pán)車(chē)裝置時(shí)熱積累保護(hù)動(dòng)作，易造成投入不成功。

6)盤(pán)車(chē)裝置齒輪偶合間隙大或某一位置耦合不到位造成傳遞力矩增大，產(chǎn)生過(guò)流跳開(kāi)盤(pán)車(chē)。目前盤(pán)車(chē)采用經(jīng)軟啟動(dòng)器延時(shí)切換至旁路的方式，整個(gè)啟動(dòng)流程未有效配合好，盤(pán)車(chē)未正常時(shí)已甩開(kāi)。

3 改進(jìn)方案

1)對(duì)頂軸油壓進(jìn)行調(diào)整，重新測(cè)量調(diào)整大軸的頂起高度，冷態(tài)進(jìn)行盤(pán)車(chē)試驗(yàn)時(shí)根據(jù)盤(pán)車(chē)啟動(dòng)電流考慮熱態(tài)影響。機(jī)組于2018年11月7日停機(jī)后對(duì)頂軸油系統(tǒng)進(jìn)行了軸頸頂起高度檢查。檢查結(jié)果是：3號(hào)軸頸頂起高度0.02 mm，4號(hào)軸頸頂起高度0.01 mm，5號(hào)軸頸頂起高度0.07 mm，6號(hào)軸頸頂起高度0.068 mm，A、B頂軸油泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)各軸頸的頂起高度一致。盤(pán)車(chē)投運(yùn)試驗(yàn)一次成功，現(xiàn)場(chǎng)觀察盤(pán)車(chē)裝置嚙合到位后，從按下盤(pán)車(chē)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行按鈕到電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，用時(shí)約5 s，過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)發(fā)出低沉的由小到大的響聲。對(duì)各軸頸頂軸油壓進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后，各軸頸頂起高度是：3號(hào)軸頸頂起高度0.03 mm，4號(hào)軸頸頂起高度0.02 mm，5號(hào)軸頸頂起高度0.08 mm，6號(hào)軸頸頂起高度0.08 mm，A、B頂軸油泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)各軸頸的頂起高度基本一致，盤(pán)車(chē)投運(yùn)一次成功?，F(xiàn)場(chǎng)觀察，盤(pán)車(chē)裝置嚙合到位后，從按下盤(pán)車(chē)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行按鈕到電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，用時(shí)約3 s，電動(dòng)機(jī)發(fā)出低沉的由小到大的響聲。

2)保留原降壓?jiǎn)?dòng)的設(shè)計(jì)，增加工頻旁路直接采用100%電壓?jiǎn)?dòng)功能：根據(jù)頂軸油壓后啟動(dòng)盤(pán)車(chē)的試驗(yàn)結(jié)果，機(jī)組熱態(tài)時(shí)盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)矩要比冷態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)矩大。由于電源側(cè)變壓器容量為1 600 kVA，電動(dòng)機(jī)功率為22 kW，額定電流為47.4 A，按電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)電流為額定電流7倍計(jì)算，核算Ist/In≤0.75+Sn/4Pn，式中：Ist表示電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流，A；In表示電動(dòng)機(jī)的額定電流，A；Sn表示電力變壓器的容量，kVA；Pn表示電動(dòng)機(jī)的容量，kW。電動(dòng)機(jī)可直接起動(dòng)。通過(guò)加裝軟啟動(dòng)和工頻啟動(dòng)控制切換開(kāi)關(guān)BK，在啟動(dòng)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際工況實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)模式的選擇。當(dāng)轉(zhuǎn)由旁路起動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)盤(pán)車(chē)按鈕，KM4直接合閘。新增的控制按鈕如圖2所示。

圖2 新增的控制按鈕圖

3)因改旁路用工頻直接啟動(dòng)后，啟動(dòng)電流增大，由軟啟動(dòng)約200 A增大到約300 A。原KM2、KM3、KM4直接分合啟動(dòng)電流，為保證觸頭可靠性，更換為開(kāi)關(guān)能力更強(qiáng)的LCD1-95接觸器。盤(pán)車(chē)電氣一次圖如圖3所示。當(dāng)轉(zhuǎn)由旁路起動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)盤(pán)車(chē)按鈕，KM4直接合閘。

圖3 盤(pán)車(chē)電氣一次圖

4)采用工頻啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)避免頻繁啟動(dòng)，同時(shí)注意電機(jī)本體的溫度，防止燒電機(jī)。

5)建議運(yùn)行操作人員在停機(jī)時(shí)做好不能投入盤(pán)車(chē)裝置的預(yù)想，轉(zhuǎn)子停定后不能投入盤(pán)車(chē)裝置時(shí)，應(yīng)馬上手動(dòng)盤(pán)車(chē)，感覺(jué)到阻力變小后再投電動(dòng)盤(pán)車(chē)，由熟練和有經(jīng)驗(yàn)的值班員操作，提高成功率。

4 改造效果

機(jī)組盤(pán)車(chē)裝置改造后冷態(tài)盤(pán)車(chē)裝置正常，機(jī)組2018年11月25日重新啟動(dòng)，2019年機(jī)組調(diào)峰頻繁，4次停機(jī)中，二次熱態(tài)投入盤(pán)車(chē)采用原降壓程控軟啟動(dòng)可一次投入成功，無(wú)須手動(dòng)盤(pán)車(chē)且無(wú)須使用旁路全壓?jiǎn)?dòng)。頂軸油壓調(diào)整效果良好。另外2次，先改用旁路啟動(dòng)，亦一次成功，啟動(dòng)電流約135 A，歷時(shí)2 s后返回。不用旁路，用降壓程控軟啟動(dòng)再啟動(dòng)，同樣可成功，啟動(dòng)電流值最大為226 A，啟動(dòng)電流大的原因?yàn)闆](méi)用旁路時(shí)，ABB PSS44/76型控制器采取的是自動(dòng)降壓?jiǎn)?dòng)，同樣的啟動(dòng)力矩，啟動(dòng)電流自動(dòng)增大。盤(pán)車(chē)正常運(yùn)行電流為26 A。電氣回路改造同樣起到良好效果。

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)頂軸油的調(diào)整和盤(pán)車(chē)控制回路的改造，解決了該機(jī)組熱態(tài)盤(pán)車(chē)不能正常投入從而不能開(kāi)機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全可能性和經(jīng)濟(jì)性。