全廠停電事故下汽輪機(jī)安全停運(yùn)措施探討

查治龍，付忠廣

(1.國(guó)家能源集團(tuán)銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 230051；2.華北電力大學(xué)，北京 102200)

1 機(jī)組事故情況

某電廠共2臺(tái)上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的N630-24.2/566/566型630 MW汽輪機(jī)；東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司制造的DG1900/25.4-Ⅱ1鍋爐；上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的QFSN-630-2三相同步汽輪發(fā)電機(jī)；發(fā)電機(jī)出口經(jīng)720 MVA主變壓器接入500 kV系統(tǒng)。

500 kV配電裝置采用3/2母線接線方式，啟備變由I母線接入，作為1，2 號(hào)機(jī)組6 kV廠用電備用電源。1，2 號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)廠用電運(yùn)行方式見圖1和圖2，6 kV廠用電系統(tǒng)分別由1A，2A高廠變帶。01A，01B啟備變空載運(yùn)行；1，2 號(hào)機(jī)6 kV段聯(lián)絡(luò)開關(guān)在熱備用狀態(tài)。1，2 號(hào) 機(jī)組保安系統(tǒng)各設(shè)置 380 V 保安 EMCCA、EMCCB 段母線，工作電源分別取至相應(yīng)機(jī)組汽機(jī)PCA，PCB 段，備用電源分別取至相應(yīng)機(jī)組鍋爐 PCB，PCA 段，同時(shí)1，2 號(hào)機(jī)組還分別設(shè)置一臺(tái)額定容量為 1 320 kW 快速自啟動(dòng)的柴油發(fā)電機(jī)組作為本單元機(jī)組的應(yīng)急保安電源，防止發(fā)電廠有可能發(fā)生全廠停電事故，見圖3。

圖1 1號(hào)機(jī)6 kV 1A、6 kV 1B段接線圖

圖2 1號(hào)機(jī)6 kV 1C段接線圖

圖3 1號(hào)機(jī)保安段接線圖

2 故障過程

2019年2月11日14:50，1號(hào)和2號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行。

1號(hào)機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)：負(fù)荷368 MW、給煤量146 t/h、給水流量979 t/h、主蒸汽流量986 t/h、主蒸汽壓力18.91 MPa、主蒸汽溫度569 ℃、再熱蒸汽壓力2.23 MPa、再熱蒸汽溫度567 ℃、背壓2.24/1.5 kPa，1A，1B送風(fēng)機(jī)運(yùn)行，1A，1B引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，1A，1B汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，AGC正常投入。

2號(hào)機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)：負(fù)荷389 MW、給煤量167 t/h、給水流量1 155 t/h、主蒸汽流量1 047 t/h、主蒸汽壓力17.62 MPa、主蒸汽溫度572℃、再熱蒸汽壓力2.4 MPa、溫度563℃、背壓2.46/2.25 kPa，2A，2B送風(fēng)機(jī)運(yùn)行，2A，2B引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，1A，1B汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，AGC正常投入。

14:51永官5337線跳閘。

14:58永山5338線跳閘，1號(hào)和2 號(hào)機(jī)組同時(shí)跳閘，失去廠用電。

1機(jī)組跳閘后，大機(jī)轉(zhuǎn)速升至 3 069 r/min時(shí)，運(yùn)行人員手動(dòng)啟動(dòng)大機(jī)直流油泵，確認(rèn)1A，1B小機(jī)直流潤(rùn)滑油泵、密封油空側(cè)直流油泵自啟。檢查高、中壓主汽門及調(diào)門關(guān)閉，各抽汽逆止閥、高排逆止閥關(guān)閉，進(jìn)汽管通風(fēng)閥開啟，大機(jī)轉(zhuǎn)速升至3 143 r/min后開始下降。因軸封汽不能恢復(fù)，汽機(jī)破壞真空。轉(zhuǎn)速到0投運(yùn)大機(jī)盤車運(yùn)行。就地關(guān)閉1號(hào)，2號(hào)和3號(hào)高加，5號(hào)和6號(hào)低加危急疏水調(diào)門前手動(dòng)門。保安段恢復(fù)供電后立即將大、小機(jī)直流油泵、密封油空側(cè)直流油泵切換為交流油泵運(yùn)行，就地確認(rèn)設(shè)備運(yùn)行正常。2號(hào)機(jī)組跳閘后，大機(jī)轉(zhuǎn)速升至3 068 r/min時(shí)，手動(dòng)啟動(dòng)大機(jī)直流油泵，確認(rèn)2A，2B小機(jī)直流潤(rùn)滑油泵、密封油空側(cè)直流油泵自啟。檢查高、中壓主汽門及調(diào)門關(guān)閉，各抽汽逆止閥、高排逆止閥關(guān)閉，進(jìn)汽管通風(fēng)閥開啟，大機(jī)轉(zhuǎn)速升至3 131 r/min后開始下降。因軸封汽不能恢復(fù)，汽機(jī)破壞真空。轉(zhuǎn)速到0投運(yùn)大機(jī)盤車。就地關(guān)閉1號(hào)，2號(hào)和3號(hào)高加，5號(hào)和6號(hào)低加危急疏水調(diào)門前手動(dòng)門。保安段恢復(fù)供電后立即將大、小機(jī)直流油泵、密封油空側(cè)直流油泵切換為交流油泵運(yùn)行，就地確認(rèn)設(shè)備運(yùn)行正常。

2019年2月12日，1號(hào)機(jī)組并網(wǎng)，2號(hào)機(jī)組因線路原因轉(zhuǎn)入調(diào)停。

3 故障后處理措施分析

3.1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、軸瓦溫升

廠用電失去，熱控電源能夠保證的情況下，機(jī)爐電保護(hù)能夠正常動(dòng)作。此時(shí)，發(fā)電機(jī)因“正功率突降”保護(hù)先動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘首出為“發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作”，1號(hào)鍋爐MFT首出為“負(fù)荷大于120 MW時(shí)汽機(jī)跳閘”，2號(hào)鍋爐MFT首出為“全燃料喪失”。

廠用電失去跳機(jī)后，汽機(jī)轉(zhuǎn)速能否控制，潤(rùn)滑油能否保證供應(yīng)是重中之重，也是運(yùn)行人員第一時(shí)間需要處理的問題。運(yùn)行人員檢查汽輪機(jī)高、中壓主汽門、調(diào)門、抽汽逆止門關(guān)閉嚴(yán)密，密切注意轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)飛升，若轉(zhuǎn)速持續(xù)升高，應(yīng)立即破壞機(jī)組真空。本次事故中1號(hào)和2號(hào)機(jī)大機(jī)轉(zhuǎn)速最高分別達(dá)到3 143，313 r/min，機(jī)組甩負(fù)荷后能控制轉(zhuǎn)速，1號(hào)和2號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)飛升。大機(jī)惰走過程中，運(yùn)行人員試啟盤車電機(jī)，防止盤車裝置故障，預(yù)留處理時(shí)間。

廠用電失去時(shí)，在超速得到控制后，汽機(jī)側(cè)事故處理最為緊急的是保證潤(rùn)滑油供給，1號(hào)機(jī)大機(jī)轉(zhuǎn)速3 068 r/min，運(yùn)行人員手動(dòng)啟動(dòng)大機(jī)直流油泵；2號(hào)機(jī)大機(jī)轉(zhuǎn)速3 069 r/min，運(yùn)行人員手動(dòng)啟動(dòng)大機(jī)直流油泵，第一時(shí)間保證了潤(rùn)滑油供給。在保安段恢復(fù)供電后，運(yùn)行人員啟動(dòng)大、小機(jī)交流油泵，停直流油泵。兩臺(tái)機(jī)組大機(jī)惰走的過程中油溫最高升至60℃，然后逐漸下降，各軸承瓦溫正常。

此次事故處理中，運(yùn)行人員提前啟動(dòng)大機(jī)直流油泵無(wú)疑是正確的，保安段短時(shí)失電，20 s后才能恢復(fù)供電，柴油發(fā)電機(jī)帶保安段運(yùn)行，確保機(jī)組轉(zhuǎn)速下降后潤(rùn)滑油泵能提供潤(rùn)滑油。循環(huán)水中斷，潤(rùn)滑油因無(wú)冷卻水而溫度升高。因此，需盡可能減小潤(rùn)滑油溫升，盡早降低機(jī)組轉(zhuǎn)速。另外，提前啟動(dòng)頂軸油泵，減小因潤(rùn)滑油溫升高，油膜變薄帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。在轉(zhuǎn)速下降期間，密切注意軸瓦溫度變化，若軸瓦溫度升高在正常范圍內(nèi)，則判斷油膜能夠正常建立。判斷油膜正常建立的條件下，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降至0后，可放心投入連續(xù)盤車。若軸瓦溫度升高的幅度明顯偏高，則不能投入連續(xù)盤車，否則，會(huì)給軸瓦帶來(lái)很大損害，此時(shí)，進(jìn)行“悶缸”處理。廠用電可以很快恢復(fù)的情況下，為機(jī)組啟動(dòng)做好準(zhǔn)備，每隔20 min將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)180°。

3.2 密封油與氫氣

發(fā)電機(jī)密封瓦為雙流環(huán)式，分別由氫側(cè)、空側(cè)密封油供給。空側(cè)設(shè)置交、直流油泵各一臺(tái)，氫側(cè)設(shè)置兩臺(tái)交流油泵?？諅?cè)密封油另設(shè)置備用油源，分別是高、低壓備用密封油，高壓備用密封油可以由汽機(jī)主油泵或高壓備用密封油泵供給，低壓備用密封油由交、直流潤(rùn)滑油泵供給[1-3]。

廠用電中斷后，空側(cè)交流油泵跳閘，直流油泵自啟動(dòng)。保安段恢復(fù)供電后，運(yùn)行人員立即啟動(dòng)空側(cè)交流油泵，停空側(cè)直流油泵，啟動(dòng)氫側(cè)交流油泵，恢復(fù)氫側(cè)供油。

總之，廠用電中斷后，必須密切注意密封油壓力，尤其是空側(cè)密封油壓，防止在轉(zhuǎn)子惰走的過程中密封油中斷，威脅機(jī)組安全。

3.3 軸封與真空

杜絕汽缸進(jìn)冷氣。軸封汽失壓后，凝汽器真空70 kPa，運(yùn)行人員立即破壞真空，避免汽缸進(jìn)冷汽。大機(jī)惰走時(shí)間1號(hào)機(jī)：41 min；2號(hào)機(jī)：37 min。機(jī)組跳閘后，軸封壓力幾分鐘后很快至零，該廠軸封系統(tǒng)除自密封外僅一路輔汽的汽源。高壓旁路因無(wú)減溫水不能開啟，只能利用冷再余汽短時(shí)間提供輔汽聯(lián)箱，以盡量維持軸封汽壓力。有同類型機(jī)組相關(guān)經(jīng)驗(yàn)表明，廠用電失去后，利用冷再供輔汽，輔汽聯(lián)箱壓力可以維持1 h。本次事故處理過程中，運(yùn)行人員擔(dān)心冷再至輔汽管路未暖管，故沒有投入，等軸封壓力失去后直接破壞真空。

汽輪機(jī)跳閘后，低壓缸排汽溫度會(huì)上升，主要是大量的蒸汽通過疏水進(jìn)入凝汽器，這些蒸汽因循環(huán)水中斷而不能及時(shí)受到冷卻、凝結(jié)；低壓缸末級(jí)葉片鼓風(fēng)效應(yīng)也會(huì)使排汽溫度上升。在軸封汽能夠供應(yīng)的情況下，盡量推遲破壞真空，以控制低壓缸排汽溫度的升高。在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速低于1 000 r/min時(shí)，汽輪機(jī)在低轉(zhuǎn)速情況下惰走時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，此時(shí)破壞真空比較合理，且真空破壞開始至真空到0還需要大概15 min。

綜上所述，在軸封壓力可以維持的情況下，機(jī)組轉(zhuǎn)速低于1 000 r/min時(shí)破壞真空，若軸封壓力不能維持應(yīng)及時(shí)破壞真空，避免冷空氣進(jìn)入汽缸導(dǎo)致轉(zhuǎn)子、汽缸變形而無(wú)法投入盤車。

3.4 循環(huán)水失去與凝汽器保護(hù)

循環(huán)水泵失電停運(yùn)后，循環(huán)水中斷，低壓缸排汽溫度會(huì)迅速上升，1號(hào)大機(jī)排汽溫度最高113℃，嚴(yán)重威脅凝汽器安全。循環(huán)水系統(tǒng)流程圖見圖4。圖4中，1，2，5，6分別代表循環(huán)水泵進(jìn)水池、循泵、凝汽器、虹吸井，3，4，7，8分別代表循泵出口液控蝶閥、循環(huán)水管路空氣門、凝汽器進(jìn)口門、凝汽器出口門。

圖4 循環(huán)水系統(tǒng)流程圖

本次廠用電中斷，單臺(tái)循泵運(yùn)行跳閘后，運(yùn)行人員檢查循泵出口蝶閥能夠及時(shí)關(guān)閉。循泵出口蝶閥為液控，熱控電源控制柜由UPS供電，故蝶閥關(guān)信號(hào)可正常發(fā)出，蝶閥油站蓄能器可提供關(guān)蝶閥的動(dòng)力。循泵出口蝶閥能夠在幾秒之內(nèi)完成關(guān)閉大部分行程，阻礙循環(huán)水的倒流。若該閥不能關(guān)閉，則在低壓缸排汽溫度達(dá)到最高值以前，凝汽器內(nèi)水會(huì)產(chǎn)生倒虹吸，因?yàn)槌募疽酝庋h(huán)水泵進(jìn)水池水位均低于虹吸井，虹吸井距離凝汽器距離較短，所以凝汽器及其出口水管、虹吸井內(nèi)的水很快被抽完，導(dǎo)致凝汽器水側(cè)無(wú)水，威脅凝汽器安全。循泵出口蝶閥能夠及時(shí)關(guān)閉的情況下，循泵出口至凝汽器這段較長(zhǎng)的管路內(nèi)水可以繼續(xù)通過虹吸作用為凝汽器提供一段時(shí)間冷卻水。為延長(zhǎng)循環(huán)水流動(dòng)時(shí)間，可以適當(dāng)關(guān)小凝汽器出口門。

總之，循環(huán)水失去，應(yīng)第一時(shí)間檢查循泵出口門處于關(guān)閉狀態(tài)，否則，手動(dòng)試著關(guān)閉，以盡量延長(zhǎng)凝汽器水側(cè)流動(dòng)，減少對(duì)凝汽器的損害。

3.5 各閥門狀態(tài)、輔機(jī)跳閘后系統(tǒng)狀態(tài)

廠用電中斷后，DCS、DEH電源由UPS供電，主機(jī)保護(hù)能夠動(dòng)作，汽輪機(jī)、小汽輪機(jī)高中壓主汽門、調(diào)門能夠關(guān)閉。汽輪機(jī)各抽器逆止門因機(jī)組保護(hù)動(dòng)作失氣關(guān)閉；其他氣動(dòng)閥門在儀用氣壓力下降后分為失氣打開、失氣關(guān)閉。運(yùn)行人員要及時(shí)關(guān)閉因失氣打開的主再熱蒸汽管道、汽輪機(jī)本體疏水氣動(dòng)門的手動(dòng)隔離門，防止高壓蒸汽進(jìn)入凝汽器。高壓加熱器及其進(jìn)汽、疏水管內(nèi)尚有一定溫度、壓力的汽、水介質(zhì)，要確認(rèn)高加危急疏水氣動(dòng)門、正常疏水氣動(dòng)門失氣關(guān)閉，否則關(guān)閉相應(yīng)手動(dòng)門，防止高溫高壓汽、水介質(zhì)進(jìn)入凝汽器。運(yùn)行人員應(yīng)密切注意高加汽側(cè)壓力變化，必要時(shí)開啟汽側(cè)防地溝，防止上級(jí)高加介質(zhì)流入或本級(jí)高加筒體余熱加熱作用引起高加汽側(cè)超壓。汽輪機(jī)各電動(dòng)門由汽機(jī)PC段供電，備用電源由保安段供，廠用電失去后汽機(jī)PC段失電，保安段恢復(fù)后，各電動(dòng)門會(huì)重新獲得電源。運(yùn)行人員此時(shí)主要檢查抽汽電動(dòng)門處于或正在關(guān)閉，其他電動(dòng)門根據(jù)需要進(jìn)行開關(guān)。

廠用電中斷后，凝結(jié)水泵跳閘，凝結(jié)水管道內(nèi)的水會(huì)經(jīng)過凝結(jié)水再循環(huán)返回凝汽器，因而凝結(jié)水壓力迅速下降，凝汽器水位上升，但因系統(tǒng)凝結(jié)水量有限，凝汽器水位不會(huì)上升太高。而凝結(jié)水管道失壓后，給水泵內(nèi)的水會(huì)借助除氧器內(nèi)壓力及靜壓倒回凝結(jié)水管道，凝結(jié)水用戶母管內(nèi)因冷熱水混合造成管道振動(dòng)。因此，須關(guān)閉給水泵進(jìn)口門，防止除氧器內(nèi)熱水不斷進(jìn)入凝結(jié)水管道。給水泵跳閘后應(yīng)關(guān)閉出口電動(dòng)門，防止逆止門不嚴(yán)出口高壓水因回流。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 廠用電中斷后汽輪機(jī)事故處理原則

廠用電中斷后給汽輪機(jī)的安全停運(yùn)帶來(lái)的壓力是巨大的。事故發(fā)生后，保護(hù)主機(jī)是第一位的，操作上按照防超速、防斷油燒瓦、防大軸彎曲、防氫氣泄漏、防凝汽器損壞、保護(hù)其他輔機(jī)設(shè)備安全思維流程進(jìn)行。相應(yīng)的主要操作措施具體如下。

(1)確認(rèn)主機(jī)轉(zhuǎn)速下降，高中壓主汽門、調(diào)門、抽汽逆止門關(guān)閉。

(2)確認(rèn)汽機(jī)直流油泵、空側(cè)直流油泵、啟動(dòng)，否則搶投。

(3)確認(rèn)小汽機(jī)轉(zhuǎn)速下降，小機(jī)直流油泵自啟。

(4)柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后，停運(yùn)所有直流油泵，啟動(dòng)交流油泵。

(5)關(guān)注主機(jī)潤(rùn)滑油溫上升情況。

(6)及時(shí)隔絕可能進(jìn)入凝汽器的高溫介質(zhì)。

(7)關(guān)注輔汽壓力變化，適時(shí)破壞機(jī)組真空。

(8)轉(zhuǎn)速至零，及時(shí)投運(yùn)盤車或悶缸。

4.2 改進(jìn)與提高

(1)電廠無(wú)廠用電中斷備用電源，只有500 kV啟備變作為全廠備用電源，500 kV兩條出線線路跳閘后，全廠的廠用電中斷。應(yīng)盡快按照25項(xiàng)反措要求完成外接電源，合理考慮供電容量和供電方式。

(2)柴油發(fā)電機(jī)是失去廠用電后最后一道保障，必須做好日常維護(hù)及試驗(yàn)工作。

(3)在大機(jī)冷油器冷卻水管上引一路可靠水源，以便在循環(huán)水失去情況下盡可能維持大機(jī)油溫，因消防水有柴油消防泵提供，可以接引消防水，以便緊急使用。

(4)冷再至輔汽調(diào)整門前設(shè)置自動(dòng)疏水器，保證冷再隨時(shí)投入，盡量維持輔汽、軸封壓力。

(5)電廠在設(shè)計(jì)中大機(jī)潤(rùn)滑油排煙風(fēng)機(jī)、密封油箱排煙風(fēng)機(jī)電源均取自汽機(jī)MCC段，為避免風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)而聚集氫氣，應(yīng)各一臺(tái)取自保安段。

(6)汽機(jī)房增加儀用儲(chǔ)氣罐，盡可能為氣動(dòng)閥門開關(guān)延長(zhǎng)可操作時(shí)間。