首臺百萬等級半轉速核電汽輪機調試
——幾個重要過程的回顧

喻 剛 李曦濱 鄧曉暉 張增明 衛棟梁

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

首臺百萬等級半轉速核電汽輪機調試
——幾個重要過程的回顧

喻 剛 李曦濱 鄧曉暉 張增明 衛棟梁

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

文章介紹和回顧了國內首臺百萬級半轉速核電機汽輪機——核電嶺澳二期#3機組汽輪機調試的主要過程， 闡述了核電1000MW級半轉速機型調試運行的重要過程及特點。

核電； 調試； 1000MW半轉速

0 引言

嶺澳二期#3機組的汽輪機是國內首次制造的大功率半轉速核電汽輪機， 是東汽與ALSTOM合作生產的機組。該機組是由一個高中壓合缸、兩個雙分流低壓缸依次串聯組成的單軸系機組，汽輪機部分總長約40m， 低壓缸最寬處為12.06m， 轉子末葉直徑達Φ5635mm， 是東汽目前供應并商運的機組中組裝尺寸最大、重量最重的機組。嶺澳二期#3機組于2010年9月20日投入商業運行， 它的成功并網發電對東汽在多方面具有里程碑式的作用，也預示著東汽開始掌握了百萬千瓦級核電站的相關技術，具有了設備制造國產化的能力，為核電設備設計自主化打下了夯實的基礎。

嶺澳#3機組在完成安裝、 各子系統調試過程后，具備了首次啟動的條件。在各方的努力下，機組經歷了沖轉、超速試驗、并網、甩負荷試驗、接帶負荷試驗， 進入168h運行試驗， 最后完成了性能考核試驗。

1 沖轉

沖轉是啟動操作的第一個關鍵階段，沖轉也是汽輪機由冷態到熱態，由靜止到轉動的開始，沖轉過程中的轉子振動及轉速升高是監測的重點。

1.1 沖轉步驟

2010年6月25日9時50分， 嶺澳核電站二期1號機汽輪機首次沖轉試驗一次獲得成功，汽輪機達到額定轉速1500r/min， 標志著該機組常規島首次實現整體啟動并試運行，也標志著該項目汽輪機設備及輔助系統成功啟動。沖轉經歷幾個重要步驟：潤滑油頂軸油系統投入、數十小時的汽輪機轉子盤車、軸封系統投入、凝汽器真空建立、疏水系統投入、 沖轉并逐步加速、 定速1500r/min。

1.2 沖轉數據分析

首次沖轉， 轉子升速首先至50r/min， 經100r/ min、 250r/min、 500r/min、 1250r/min、 1300r/min停留檢查， 最后定速1500r/min。 整個過程見圖1。對沖轉和打閘停機過程進行監測，獲得了首次沖轉過臨界轉速的數據 （見表1）。

圖1 首次沖轉，轉速-時間曲線圖

表1 首次沖轉過臨界轉速時的軸系振動情況

以實際沖轉數據做參考，汽輪機轉子臨界轉速實際和理論的誤差見表2。

表2 轉子臨界轉速實際和理論的誤差 （%）

表2表明， 臨界轉速實際值和理論計算基本吻合，同時也證明了該半轉速汽輪機組過臨界轉速時整個軸系振動良好。

2 超速試驗

汽輪機組超速試驗的目的就是檢驗超速保護裝置，以防止一旦機組甩負荷，汽輪機產生的主力矩和發電機產生的反力矩不匹配 （失衡）造成的汽輪機轉速飛升。當機組安裝或大修后、機組連續運行6個月、 停機1個月后再啟動等情況下都需做超速試驗。

嶺澳二期采用的是電超速裝置，安全完整性等級為SIL3。 超速試驗邏輯上設定機組沖轉到超過額定轉速10%后跳閘， 即機組沖轉到1650r/min后自動跳閘。

2010年7月3日凌晨1∶34， 該機組第3次沖轉，機組在200r/min暖機1個多小時后， 于凌晨2∶58定速1500r/min， 3:25超速試驗至1650r/min后機組邏輯打閘， 降速至1330r/min后機組重新掛閘后再重新定速1500r/min， 之后進行電氣等其他試驗。 此次超速試驗在該機組第3次沖轉后一氣呵成完成，超速過程中軸系振動平穩，其他各項參數穩定，并且均在允許范圍之內，表明該汽輪機超速試驗獲得成功。

嶺澳二期#3機組汽輪機超速試驗的成功， 為該機組成功并網創造了條件。

3 機組并網和接帶負荷

發電機并網就是通過發電機出口開關的合閘，把發電機和電網聯接起來，讓電能源源不斷地輸送出去。發電機并網有三個條件：發電機的頻率、電壓、相位必須與電網的頻率、電壓、相位保持一致， 才能并網發電。 （三個條件完全一樣叫同期；有一點偏差，但是在允許的范圍內叫準同期）。 在征得國家核安全局的同意后， 2010年7月15日#3機組進行了首次接帶負荷， 初始負荷為5%。 期間接帶10%、 20%、 40%、 50%的負荷。 8月9日至15日， 機組接帶60%～70%負荷運行， 8月16日升至87%負荷運行。 在完成相關的試驗后，機組于2010年8月26日首次滿負荷 （核功率約98%～99%）運行， 并開始滿功率運行下的相關試驗。

通過所獲得的數據來看，整個調試階段汽輪發電機組在所有穩定工況下 （轉速為額定值）運行時，在任何軸頸上所測得的雙振幅相對振動值（峰-峰值）均遠小于ISO 7919規定的100μm,任何穩定條件下各軸承的溫度均未超過報警值115℃。

首次滿功率運行時，發電機端出力約1061MW。 機組各個軸承振動指標優異， 各監視指標均在設計范圍內。 表3、 表4分別為首次滿核功率運行時各軸承振動及各軸承溫度情況。

表3 第一次滿核功率 （電機輸出1061MW）運行時各軸承振動情況

表4 第一次滿核功率 （電機輸出1061MW）運行時各軸承溫度情況

4 機組甩負荷試驗

甩負荷試驗的目的是檢查汽輪機調速系統的動態特性，即檢查汽輪機在甩掉全部負荷后，轉速能否保持在設定轉速動作以內，同時測取甩負荷瞬間最高轉速以及最后的穩定轉速等，以便鑒定其特性是否滿足其設計性能的要求。

由于核電汽輪機入口為飽和蒸汽，因此其尺寸和結構均與常規汽輪機有很大差別。在同等功率條件下，核電汽輪機尺寸要大得多，而且由于除濕和提高汽輪機效率的需要，需設置龐大的汽水分離再熱器 （MSR）。 這樣的結構特點進一步增大了核電汽輪機甩負荷超速的危險性：一方面，即使在主汽閥全關的條件下，設備龐大的容積所含的蒸汽也會繼續做功；另一方面，由于濕蒸汽汽輪機本身的特點 （結構、 配置等）， 汽輪機甩負荷過程中壓力下降， 疏水（飽和水）發生閃蒸而產生額外的蒸汽，部分額外蒸汽會進入汽輪機做功。

通過多次甩負荷試驗，證明機組符合設計要求。 調試期間機組進行了50%甩負荷、 87%負荷階躍、 100%甩負荷試驗。

4.1 機組甩50%負荷試驗

根據電力部建設協調司審核通過的 《汽輪機甩負荷試驗導則》 中5.2章節： 凝汽式或背壓式汽輪機甩負荷試驗， 一般按甩50%、 100%額定負荷兩級進行。 當甩50%額定負荷后， 轉速超調量大于或等于5%時， 則應中斷試驗， 不再進行甩100%負荷試驗。

2010年8月3日成功進行了50%負荷的甩負荷試驗 。 試驗中 轉速飛升 最高到 1538r/min， 超 速2.53%， 顯然本機組甩50%額定負荷小于規定值，在監測其他參數正常的前提下，可以判定本次甩50%負荷時機組完全合格。

4.2 機組87%負荷平臺試驗

機組電功率87%負荷平臺， 為驗證核堆控制系統的一些穩定性能，一般要做一個階躍降試驗，這個試驗過程主要是在非常短的時間內降低較大負荷， 比如1分鐘降10%負荷的速率。 嶺澳二期#3機組做了87%平臺的階躍試驗。 試驗于2010年8月16日進行。

這個過程主要監測了汽輪機轉子的超速情況，在這個試驗過程中，轉子轉速飛升到最大僅為1512.7r/min， 超速0.85%， 期間密切監視， 檢查相關參數，各軸承振動情況穩定，各軸承潤滑油溫在報警值以下。

4.3 機組甩100%滿負荷試驗

滿負荷試驗于2010年9月5日進行， 甩負荷時最高轉速到了1582.5r/min， 超速不到6%， 甩100%負荷過程中，檢查軸承振動及潤滑油溫情況均在允許值以下，符合規范要求。

嶺澳二期#3機組50%、 87%和100%工況下的甩負荷試驗均取得了成功， 為整套機組進入168h運行及商業運行創造了條件。

5 168試運行

按目前火電機組的要求，在機組安裝完成，經過調試并網發電以后，為了考核機組運行的可靠性而進行的一項試驗， 即機組需要經過168h不間斷滿負荷運行，沒有大的故障或缺陷，再停機檢修后即可交付生產單位 （業主）進入商業運行。如果由于機組自身原因停機或低于約定平均負荷，則可靠性運行考核時間重新計算。 168試運行是電廠非常重要的一個試驗工作。

根據常規火電機組經驗， 嶺澳二期#3機組雖然沒有強制性的168試運行要求， 但還是做了一個這樣的參考試驗。

168h運行期間， 要保證任何時刻負荷不低于50%， 并且平均負荷不低于87%， 作為宣布商運的前提條件。

順利完成該項考驗，最終宣布商運開始。圖2為在電廠穩定運行的汽輪發電機組的實況。

圖2 核電汽輪機機房運行現場

6 性能考核試驗

2010年11月， 中廣核工程公司依據ASMEPTC1996(簡化試驗) 對嶺澳二期#3機組MCR、SCR工況進行了熱力性能考核試驗， 根據中廣核工程公司給出的試驗結果， 嶺澳#3機組MCR工況及SCR工況修正后發電機端出力均高于保證值， 機組的性能優異。汽輪機組的振動、噪音等指標也都滿足設計要求。

7 結束語

嶺澳二期#3機組順利完成了從沖轉到商運的所有調試工作，充分證明了東汽負責供貨的核電汽輪機的設計精良，性能優異。為國內核電汽輪機的設計、制造和調試等提供了寶貴經驗。

[1]電力工業部建設協調司. 汽輪機甩負荷試驗導則[S],1996

[2]蔡頤年,王璧玉. 汽輪機裝置[M]. 北京: 機械工業出版社，1989

Som e Im portant Testing Process for the First 1000MW Class Half-speed Nuclear Steam Turbine

Yu Gang， Li Xibin， Deng Xiaohui， Zhang Zengming， Wei Dongliang
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

The article introduces and reviews some primary test processes of the first 1000MW class half-speed nuclear steam turbine unit 3 of LA Ⅱ Nuclear Plant,expounds the most important process and feature of the test and operation in 1000MW class half-speed nuclear turbine unit.

nuclear,test,1000MW class half-speed

喻剛 （1971-）， 男， 碩士研究生， 2010年畢業于西安交通大學能動學院熱力工程專業， 現從事技術、 營銷管理工作。