功率運(yùn)行期間單臺(tái)MSR二級(jí)加熱器退出的分析

中核核電運(yùn)行管理有限公司 張海洋

1 概述

2022年4月， 某 電 廠1號(hào) 機(jī) 組1KCO060AR配電盤(pán)由1LKR 切回至1LKF 供電時(shí)，在切換過(guò)程中會(huì)有短暫失電間隔，其下游負(fù)荷1GSS102VV（MSR “A”二級(jí)再熱器103VV 上游電動(dòng)隔離閥）接觸器全開(kāi)限位觸點(diǎn)沒(méi)有預(yù)期恢復(fù)閉合狀態(tài)，導(dǎo)致信號(hào)送至DEH 狀態(tài)為“非全開(kāi)”，根據(jù)邏輯1GSS102VV 非全開(kāi)信號(hào)觸發(fā)后將聯(lián)鎖關(guān)閉1GSS 103VV 和106VV（MSR “A”二級(jí)再熱器加熱蒸汽大/小控制閥）導(dǎo)致MSR A 列二級(jí)加熱退出運(yùn)行。確認(rèn)故障后，主控人員按規(guī)程手動(dòng)控制恢復(fù)加熱器投運(yùn)，期間汽機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)。

本文通過(guò)對(duì)某電廠汽水分離再熱系統(tǒng)（GSS）的介紹，并對(duì)故障的發(fā)生時(shí)對(duì)機(jī)組狀態(tài)變化進(jìn)行分析，分析功率運(yùn)行期間MSR 二級(jí)加熱器退出對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響和改進(jìn)措施，作為同類電廠的參考。

2 汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）介紹

2.1 汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）的功能

從主給水系統(tǒng)來(lái)的水在蒸汽發(fā)生器里被一回路的水加熱，變成飽和蒸汽，然后進(jìn)入汽輪機(jī)中膨脹做功，推動(dòng)汽輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在此過(guò)程中，蒸汽的溫度和壓力會(huì)下降，離開(kāi)高壓缸的末級(jí)葉片時(shí)，排汽濕度已高達(dá)12%左右，如果不采取措施控制排氣濕度，排氣到達(dá)低壓缸末級(jí)時(shí)，濕度將達(dá)24%左右，大大超過(guò)允許值（12%～15%），會(huì)對(duì)低壓缸末級(jí)葉片產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕，同時(shí)也增加了濕汽損失[1]。

為了改善低壓缸的工作條件，減少濕蒸汽對(duì)葉片的侵蝕，同時(shí)為提高汽機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率，在汽輪機(jī)的高、低缸之間設(shè)有汽水分離再熱器，從而使進(jìn)入低壓缸的蒸汽在去濕、再熱后有一定的過(guò)熱度。

2.2 汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）的構(gòu)成

某電廠汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）由2臺(tái)汽水分離再熱器（MSR）、6臺(tái)疏水箱及相應(yīng)的蒸汽和疏水閥門(mén)及管道組成。整個(gè)系統(tǒng)總體上可分為：汽水分離再熱部分和疏水收集回流部分。

2.2.1 汽水分離再熱部分

汽水分離再熱器為雙級(jí)四流程布置。雙級(jí)即低壓管束區(qū)和高壓管束區(qū)。低壓管束的加熱蒸汽來(lái)自高壓缸抽汽，通過(guò)通斷式閥控制；高壓管束的加熱蒸汽來(lái)自主蒸汽，由兩個(gè)調(diào)節(jié)閥控制。四流程即每一級(jí)加熱管束在MSR 殼體內(nèi)往返4次。

每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)汽水分離器再熱器（“A”和“B”），對(duì)稱布置在汽輪機(jī)低壓缸的靠海側(cè)和背海側(cè)。MSR 的組件安裝在圓筒形的殼體內(nèi)。在高壓缸做功后的排氣，從下部進(jìn)入MSR 的殼體側(cè)，然后從兩側(cè)進(jìn)入帶有向下的孔槽的蒸汽分配管。通過(guò)蒸汽分配網(wǎng)板后進(jìn)入高效汽水分離波紋板組件，去除其中的水分。除濕后的蒸汽繼續(xù)向上流動(dòng)，依次經(jīng)過(guò)第一級(jí)和第二級(jí)再熱器的殼側(cè)，被加熱管內(nèi)的蒸汽進(jìn)一步加熱，提高干度，從MSR 頂部的三條管線進(jìn)入汽輪機(jī)低壓缸做功前，變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽[2]。

2.2.2 疏水回流部分

3臺(tái)疏水箱及相應(yīng)的管道和閥門(mén)組成了每臺(tái)MSR 的疏水回流部分。大量的疏水在MSR 在汽水分離和再熱的過(guò)程中產(chǎn)生，通過(guò)GSS 系統(tǒng)的疏水系統(tǒng)進(jìn)行疏排。汽水分離器，第一、二級(jí)再熱器都有各自獨(dú)立的疏水系統(tǒng)[3]。疏水分別由3個(gè)開(kāi)度由各自的疏水箱的水位控制的疏水調(diào)節(jié)閥控制。

2.3 汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）的運(yùn)行

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，來(lái)自高壓缸的抽汽（一級(jí)再熱器的加熱汽源）是不進(jìn)行調(diào)節(jié)的，其溫度隨二回路汽水循環(huán)的溫度變化。進(jìn)汽管線上的兩個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的條件新蒸汽（二級(jí)再熱器的加熱蒸汽）流量，其開(kāi)度由RTC（再熱蒸汽溫度控制器）控制，從而實(shí)現(xiàn)再熱蒸汽溫度的閉環(huán)控制，控制信號(hào)來(lái)自低壓缸進(jìn)口的熱電偶，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制保證兩個(gè)閥門(mén)的開(kāi)啟順序和平穩(wěn)過(guò)渡。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)或二臺(tái)MSR 的一級(jí)或二級(jí)再熱器解列是允許的，但不允許任何一臺(tái)MSR的一級(jí)和二級(jí)再熱器同時(shí)解列。如需同時(shí)解列檢修，則應(yīng)停機(jī)處理。MSR 一級(jí)解列時(shí)應(yīng)注意防止二級(jí)超負(fù)荷，為此應(yīng)控制MSR 二級(jí)出口溫度。此時(shí)，RTC 必須轉(zhuǎn)為手動(dòng)方式，并需要設(shè)置閥門(mén)組合配置和執(zhí)行相應(yīng)的規(guī)程。

2.4 汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）的控制

再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)（RTC）是一個(gè)以O(shè)VATION 為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，RTC 系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入MSR 的主蒸汽流量（二級(jí)加熱蒸汽流量）來(lái)控制低壓缸入口蒸汽溫度。2臺(tái)MSR 各有一套獨(dú)立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，每個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由對(duì)主蒸汽進(jìn)汽閥的調(diào)制控制和對(duì)32個(gè)電動(dòng)閥的聯(lián)鎖通斷式控制兩部分組成[4]。

控制系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為全自動(dòng)方式，并允許操縱員對(duì)所有閥門(mén)進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)，利用電動(dòng)閥的手動(dòng)超越功能可以使操縱員手動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉電動(dòng)閥，利用A/M 站可以進(jìn)行調(diào)節(jié)閥的手動(dòng)控制。在顯示器的相應(yīng)操作窗口中設(shè)有4個(gè)按鍵：HOLD、GO、RAMP UP 和RAMP DOWN。MSR 的運(yùn)行方式由調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)選擇冷啟動(dòng)或熱啟動(dòng)方式，然后根據(jù)選擇結(jié)果生成再熱蒸汽溫度整定值，并以此來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)主蒸汽進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)入第二級(jí)加熱管束的蒸汽量。整定值的遞增或遞減則取決于負(fù)荷和啟動(dòng)方式（冷啟動(dòng)或熱啟動(dòng)）。

3 事件分析

3.1 時(shí)間序列

11:40，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備給1KCO060AR 電源一送電。11:53，操縱員發(fā)現(xiàn)KIT 中觸發(fā)1GSS105MPD（MSR A 二級(jí)再熱器疏水箱疏水流量）低2報(bào)警：小于30T/h；后通過(guò)模擬盤(pán)和DEH 中確認(rèn)1GSS103/106VV關(guān)閉。12:30，在DEH 操作界面中開(kāi)始手動(dòng)按照規(guī)程，進(jìn)行二級(jí)再熱投運(yùn)操作（如圖1所示）。14:00，全開(kāi)1GSS103/106VV 完成投運(yùn)操作。20:34，維修完成對(duì)1GSS102VV 檢修工作。

圖1 DEH 相關(guān)報(bào)警及顯示

3.2 MSR A 二級(jí)再熱器退出的影響

MSR 是汽水循環(huán)中非常重要的一環(huán)，二級(jí)再熱器解列后，由于進(jìn)入低壓缸的蒸汽參數(shù)降低，應(yīng)關(guān)注機(jī)組效率，避免一回路熱功率超限，調(diào)門(mén)開(kāi)度過(guò)大。同時(shí)，由于加熱蒸汽減少，需關(guān)注MSR 殼體疏水箱液位，防止液位高導(dǎo)致低壓缸有進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.1 對(duì)機(jī)組熱效率的影響

MSR A 二級(jí)再熱器退出影響機(jī)組熱效率，汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)大。本次調(diào)門(mén)由44.6%開(kāi)大至49.8%。主回路熱功率變化不明顯（約2%）（如圖2所示）。

圖2 對(duì)機(jī)組熱效率的影響

3.2.2 溫度的變化及影響

由于MSR A 二級(jí)再熱器退出，導(dǎo)致其出口溫度下降，影響了低壓缸進(jìn)氣參數(shù)，導(dǎo)致汽機(jī)脹差、A 列二級(jí)再熱疏水箱水位、7A 高加水位、3A/B 低加疏水水位等發(fā)生變化。

一是MSR A 二級(jí)再熱器出口溫度由約270℃突降至220℃（如圖3所示）。

圖3 MSR A 二級(jí)再熱器出口溫度

二是由于低壓缸進(jìn)氣參數(shù)的變化，導(dǎo)致GEN 側(cè)脹差略有變化，重新投運(yùn)GSS 后，恢復(fù)初始值。缸脹，汽機(jī)側(cè)脹差無(wú)明顯變化（如圖4所示）。

圖4 汽機(jī)參數(shù)變化

三是故障的A 列GSS 二級(jí)疏水箱液位最低下降至200mm，正常疏水閥自動(dòng)全關(guān)。殼側(cè)疏水箱液位有變化，但未觸發(fā)報(bào)警（如圖5所示）。

圖5 A 列GSS 二級(jí)疏水箱液位

四是7A 高加液位最低下降至261mm，正常疏水閥自動(dòng)關(guān)小后，液位恢復(fù)正常（如圖6所示）。由于低壓缸抽氣壓力的變化導(dǎo)致低加殼側(cè)壓力略有下降，殼側(cè)液位略有上漲，3A 和3B 的變化最明顯，自動(dòng)控制開(kāi)大正常疏水閥后，液位恢復(fù)正常（如圖7所示）。

圖6 7A 高加液位

圖7 3號(hào)低加液位

3.3 事件原因

正常情況下1GSS102VV 處于全開(kāi)狀態(tài)。根據(jù)1GSS102VV的接線圖，1GSS102VV 在DEH 中的“全開(kāi)”信號(hào)不是直接來(lái)自閥門(mén)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)限位，而是來(lái)自繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)。閥門(mén)在開(kāi)閥狀態(tài)時(shí)，開(kāi)閥繼電器得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，到DEH 的“全開(kāi)”信號(hào)為“OPEN 1”，主控T 盤(pán)上十字燈“紅燈”亮；開(kāi)閥繼電器失電后，其常開(kāi)觸點(diǎn)打開(kāi)，到DEH 的“全開(kāi)”信號(hào)為“N_OPEN 0”。1KCO060AR 自動(dòng)切回到1LKF 供電，電源切換前后，其他閥門(mén)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為1s，而1GSS102VV 閥門(mén)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間約為40min，未采取任何措施的情況下又恢復(fù)正常。

經(jīng)儀控人員分析，本次事件的直接原因是開(kāi)閥繼電器存在輕微卡澀或觸點(diǎn)接觸阻值過(guò)大。1GSS102VV 電源在1KCO 電動(dòng)閥控制屏上，有定期檢查的PM 項(xiàng)目，但KCO 電動(dòng)閥控制屏在MX 廠房0m，投運(yùn)至今已運(yùn)行20多年，相較于其他配電盤(pán)，KCO 電動(dòng)閥控制屏的運(yùn)行環(huán)境溫度較高，雖然該繼電器的運(yùn)行環(huán)境溫度是-5～50℃，但長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境，將加速線圈老化、觸點(diǎn)氧化，導(dǎo)致繼電器故障。

4 結(jié)論

通過(guò)這次解列發(fā)現(xiàn)單臺(tái)MSR 的二級(jí)再熱退出對(duì)機(jī)組的影響是可以接受的，且通過(guò)機(jī)組的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力能夠補(bǔ)償，但是在夏季效率較差時(shí)，需要關(guān)注機(jī)組效率，避免超功率。在進(jìn)行電源切換時(shí)，要根據(jù)電源負(fù)載做好風(fēng)險(xiǎn)分析，尤其是工作在惡劣環(huán)境下的負(fù)載，設(shè)備狀態(tài)的改變可能導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生瞬態(tài)。鑒于此，電廠維修部門(mén)應(yīng)合理安排預(yù)防性維修。