關(guān)于汽輪機(jī)主盤車控制柜控制功能離線驗(yàn)證的研究

楊 徽

（福建福清核電有限公司 維修一處，福建 福清 350300）

0 引言

汽輪機(jī)主盤車裝置是汽輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)前及停機(jī)后帶動(dòng)軸系旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，其主要作用是在機(jī)組沖轉(zhuǎn)前和停機(jī)后連續(xù)盤車。沖轉(zhuǎn)前，盤車可以檢查動(dòng)靜摩擦，減小機(jī)組啟動(dòng)時(shí)蒸汽沖轉(zhuǎn)啟動(dòng)力矩，避免摩擦力太大損壞軸承；停機(jī)時(shí)，盤車可以確保轉(zhuǎn)子受熱均勻，避免轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲、變形[1-3]。目前，由東方汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)的法國ALSTOM 技術(shù)半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)，已應(yīng)用于多個(gè)百萬kW級核電機(jī)組。其主盤車設(shè)備均采用SSS 公司生產(chǎn)的電液操作低速自動(dòng)盤車裝置，盤車轉(zhuǎn)速為8.3r/min[4]。

1 主盤車工作原理及運(yùn)行

1.1 主盤車結(jié)構(gòu)

主盤車裝置主要由盤車電機(jī)（45kW，380V，750rpm）、液力聯(lián)軸器、減速離合器、盤車大齒輪等主要部件，以及主盤車控制器、軟啟動(dòng)器、電磁閥、轉(zhuǎn)速探測器、嚙合/脫開位置開關(guān)等輔助部件組成[1]。

減速離合器是主盤車裝置的主體部分，由減速器（一組減速比為29.5:1 的蝸輪蝸桿）和離合器（帶有螺旋滑道的盤車軸及軸上的離合器小齒輪）兩部分組成，盤車電機(jī)通過聯(lián)軸器與蝸桿連接，蝸桿旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)盤車軸和軸上的離合器小齒輪旋轉(zhuǎn)。液力聯(lián)軸器由液力聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器組成，配備有監(jiān)控聯(lián)軸器溫度的測溫探頭。盤車大齒輪安裝在高中壓轉(zhuǎn)子端部，通過與離合器小齒輪的嚙合而盤動(dòng)轉(zhuǎn)子，是盤車裝置與轉(zhuǎn)子間的接口。電磁閥控制著嚙合動(dòng)力油的通斷。轉(zhuǎn)速探測器共包括大齒輪轉(zhuǎn)速探測器P1、P2 和盤車電機(jī)轉(zhuǎn)速探測器P3 共3 個(gè)。位置開關(guān)S2、S3 分別用于檢測離合器是否嚙合、脫開到位。盤車軟啟動(dòng)器可以保證盤車平穩(wěn)啟動(dòng)，不會(huì)對上游母線造成大的壓降，可實(shí)現(xiàn)20s 內(nèi)將電機(jī)電壓逐漸達(dá)到額定電壓[5]。

主盤車控制器控制整個(gè)盤車裝置的每一步運(yùn)行[6]。收集各個(gè)探測器（P1、P2、P3、P4、S2、S3）采集到的信號，判斷盤車的狀態(tài)，并以此發(fā)出每一步的執(zhí)行信號，控制盤車電動(dòng)機(jī)啟停、電磁閥通斷。主盤車控制器接受DCS 的啟停命令并向DCS 反饋盤車運(yùn)行狀態(tài)，顯示盤車運(yùn)行狀態(tài)及故障代碼，其顯示的故障代碼為故障的分析與處理提供了很大幫助[7]。

1.2 主盤車工作原理

1.2.1 主盤車嚙合

如圖1 主盤車結(jié)構(gòu)圖所示，電磁閥帶電打開，嚙合動(dòng)力油通過電磁閥進(jìn)入推力環(huán)形腔室并推動(dòng)離合器小齒輪沿著螺旋滑道朝嚙合方向移動(dòng)，使合裝在小齒輪上的相位齒輪與盤車大齒輪端面接觸。當(dāng)盤車旋轉(zhuǎn)使相位齒輪與盤車大齒輪的齒輪與齒槽相互對上時(shí)，小齒輪在嚙合動(dòng)力油的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)與盤車大齒輪初步嚙合。隨后，電磁閥失電關(guān)閉，嚙合動(dòng)力油被切斷，盤車旋轉(zhuǎn)引起的螺旋滑道上的力矩，使得盤車小齒輪繼續(xù)軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)離合器完全嚙合，嚙合位置開關(guān)動(dòng)作，盤車正常投入，帶動(dòng)汽輪機(jī)大軸旋轉(zhuǎn)。

1.2.2 主盤車脫開

圖1 主盤車結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the main crank

圖2 主盤車控制流程圖Fig.2 Flow chart of main crank control

如圖1 主盤車結(jié)構(gòu)圖所示，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過盤車轉(zhuǎn)速時(shí)，盤車大齒輪對離合器小齒輪有一個(gè)反向力矩，使得小齒輪沿著螺旋滑道朝脫開方向移動(dòng)并脫離嚙合。當(dāng)小齒輪從大齒輪脫離接觸后，由于小齒輪本身內(nèi)部腔室有來自潤滑油系統(tǒng)的持續(xù)供油，推動(dòng)小齒輪持續(xù)軸向移動(dòng)至脫開位置，實(shí)現(xiàn)完全脫開，脫開位置開關(guān)動(dòng)作。持續(xù)供油還保證了小齒輪上的相位齒輪與大齒輪之間端部有足夠的安全間距，絕不接觸。

1.3 主盤車運(yùn)行

1.3.1 機(jī)組停止?fàn)顟B(tài)投盤車

主盤車控制器接收來自電站主控室啟動(dòng)盤車指令時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)速探測器（P1、P2、P3）確認(rèn)汽輪機(jī)及盤車轉(zhuǎn)速均為0，判斷汽輪機(jī)及盤車處于停止?fàn)顟B(tài)，經(jīng)15s 延時(shí)后電磁閥帶電打開，嚙合動(dòng)力油推動(dòng)小齒輪沿著螺旋滑道朝嚙合方向移動(dòng)并預(yù)嚙合；電磁閥動(dòng)作后，再經(jīng)30s 延時(shí)，盤車電機(jī)啟動(dòng)，電磁閥失電（嚙合動(dòng)力油斷開），最后在盤車力矩作用下實(shí)現(xiàn)完全嚙合，嚙合開關(guān)動(dòng)作，盤車投入運(yùn)行。當(dāng)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)，主盤車會(huì)由于反向力矩自動(dòng)脫開。當(dāng)汽輪機(jī)升速至1350r/min 時(shí)，主盤車會(huì)收到主控的停運(yùn)命令，停止運(yùn)行[6]。

1.3.2 機(jī)組降速過程投盤車

當(dāng)汽輪機(jī)降速至1350r/min 時(shí)，頂軸油泵自動(dòng)啟動(dòng)延時(shí)15s 后盤車電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)并維持在8.3r/min；當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至7.5r/min 時(shí)，電磁閥帶電，動(dòng)力油將小齒輪推向大齒輪嚙合，初步嚙合之后電磁閥失電，最后小齒輪與大齒輪完全嚙合，帶動(dòng)軸系穩(wěn)定在8.3r/min 旋轉(zhuǎn)。

1.3.3 機(jī)組臨時(shí)升速后，轉(zhuǎn)速回落投盤車

若機(jī)組只是臨時(shí)升速，轉(zhuǎn)速回落后到盤車轉(zhuǎn)速仍可按照上述降速過程中投入盤車。

2 主盤車控制柜功能離線驗(yàn)證

福建某核電項(xiàng)目在1 號機(jī)組汽輪機(jī)在停機(jī)過程中，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至20rpm 左右時(shí)，主盤車控制柜1GGR001AR內(nèi)P1 卡件在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至20rpm 左右時(shí)，多次出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，導(dǎo)致主盤車在汽輪機(jī)降至8rpm 時(shí)無法正常投運(yùn)。為了在P1 卡件更換后驗(yàn)證不占用大修工期，投運(yùn)驗(yàn)證時(shí)能夠一次成功，經(jīng)過分析研究，制定出一種離線主盤車控制柜功能離線驗(yàn)證的方法，在P1 卡件更換后，對主盤車控制柜功能進(jìn)行了離線驗(yàn)證正常，從而保障了主盤車真實(shí)投運(yùn)一次成功。

2.1 模擬汽機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的盤車啟動(dòng)嚙合

根據(jù)圖3 盤車控制柜內(nèi)端子排接線圖，對1GGR001AR進(jìn)出線端子排1-11,19-39 端子外部接線拆除，采用可插拔式接線將端子23、24 短接（模擬脫離信號），將EOC 控制器3、5 端子進(jìn)行短接（在電機(jī)啟動(dòng)命令發(fā)出后模擬電機(jī)運(yùn)行信號），將信號發(fā)生器FLUKE744 紅表筆接在2 端子，黑表筆分別接在1 端子上，并將FLUKE744 設(shè)置電壓9V，矩形波，16Hz（僅是設(shè)置，不啟動(dòng)輸出）。

將1GGR001AR 控制柜電源開關(guān)由OFF 轉(zhuǎn)至ON 位，P1 卡件顯示“Ready”，并對端子進(jìn)行測量并記錄，使用短接線將端子30、31 短接（模擬主盤車啟動(dòng)命令），拔出23、24 端子短接線（模擬脫離信號消失）。

當(dāng)P1 卡件顯示“VALUE ON”時(shí)，對端子進(jìn)行測量并記錄（此步驟應(yīng)30s 內(nèi)完成）。

當(dāng)P1 卡件顯示“MOTOR ON”時(shí)，對端子進(jìn)行測量并記錄；短接20、21 端子（模擬主盤車嚙合信號），觀察P1卡件應(yīng)顯示“ETG RUNNING”。

圖3 盤車控制柜內(nèi)端子排接線圖Fig.3 Wiring diagram of the terminal block in the crank control cabinet

啟動(dòng)信號發(fā)生器輸出，觀察P1 卡件顯示約8.3RPM，對端子進(jìn)行測量并記錄。

將30、31 之間的短接線拆除（模擬主盤車停運(yùn)命令）；觀察P1 卡件顯示主盤車停運(yùn)；拆除20、21 短接線（模擬主盤車嚙合信號消失）；將1GGR001AR 控制柜電源開關(guān)由ON 轉(zhuǎn)至OFF 位。

2.2 模擬停機(jī)降速過程中的盤車啟動(dòng)并在8RPM時(shí)嚙合

根據(jù)圖3 盤車控制柜內(nèi)端子排接線圖，使用短接線將端子1、5 短接；使用短接線將端子2、6 短接；將1 號信號發(fā)生器FLUKE744 紅表筆接在2 端子，黑表筆接在1 端子上，設(shè)置電壓9V，矩形波，25Hz，步長0.1Hz，啟動(dòng)輸出，P1、P2 卡件顯示約12.9rpm；將2 號信號發(fā)生器FLUKE744 紅表筆接在10 端子，黑表筆接在9 端子上，設(shè)置電壓9V，矩形波，12.5Hz（僅是設(shè)置，不啟動(dòng)輸出），采用可插拔式接線將端子23、24 短接（模擬脫離信號）。

表1 模擬汽機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的盤車啟動(dòng)嚙合時(shí)數(shù)據(jù)測量參考標(biāo)準(zhǔn)表Table 1 Reference standard table for data measurement when cranking the cranking gear in the stationary state of the simulated steam turbine

將1GGR001AR 控制柜電源開關(guān)由OFF 轉(zhuǎn)至ON 位，對端子測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

使用短接線將端子30、31 短接（模擬主盤車啟動(dòng)命令），在P1 卡件顯示“ENGAGE@7.5”時(shí)，并對端子測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

啟動(dòng)2 號信號發(fā)生器輸出，觀察P3 卡件顯示8.3rpm，手動(dòng)降低1 號信號發(fā)生器輸出頻率直至P1 卡件顯示7.4RPM，觀察P1 卡件顯示“VALUE ON”，并對端子測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

拔出23、24 端子短接線（模擬脫離信號消失），短接20、21 端子（模擬嚙合信號觸發(fā)），觀察P1 卡件應(yīng)顯示“ETG RUNNING”，并對端子測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

將30、31 之間的短接線拆除（模擬主盤車停運(yùn)命令），觀察P1 卡件顯示主盤車停運(yùn)，拆除20、21 短接線（模擬嚙合信號消失）。

3 結(jié)束語

主盤車裝置是汽輪機(jī)設(shè)備的重要配套設(shè)備之一，主盤車運(yùn)行的好壞直接影響到核電汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。本文提出一種汽輪機(jī)主盤車控制柜控制功能離線驗(yàn)證的方法，該方法能在主盤車控制柜調(diào)試以及P1 卡件等重要備件更換后，通過模擬汽機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的盤車啟動(dòng)嚙合和模擬停機(jī)降速過程中的盤車啟動(dòng)并在8rpm 時(shí)嚙合，對控制柜功能進(jìn)行離線驗(yàn)證，并能提前識別出主盤車控制柜的故障點(diǎn)并進(jìn)行處理，從而保障在真實(shí)帶動(dòng)汽輪機(jī)大軸進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)一次成功，從而有效縮短調(diào)試工期或大修主線。

表2 模擬停機(jī)降速過程中的盤車啟動(dòng)并在8rpm時(shí)嚙合數(shù)據(jù)測量參考標(biāo)準(zhǔn)表Table 2 Reference standard table for cranking start and engagement data measurement at 8rpm during simulated shutdown and speed reduction