西門子超超臨界機組汽輪機ATT試驗存在問題及其防范措施

鄭渭建，謝尉揚，顧偉飛

(浙江浙能技術研究院有限公司，杭州 310005)

西門子超超臨界機組汽輪機ATT試驗存在問題及其防范措施

鄭渭建，謝尉揚，顧偉飛

(浙江浙能技術研究院有限公司，杭州 310005)

針對西門子超超臨界機組ATT試驗發生的異常，從試驗過程和控制油系統進行分析，找出在線ATT試驗引起機組跳閘的原因和存在的不足。從提高機組運行安全可靠性出發，綜合分析ATT試驗的必要性以及異常處理過程中可能存在的問題和風險，并針對存在的隱患和不足提出建議和防范措施。

超超臨界；ATT；機組；跳閘

ATT試驗（汽輪機汽門活動試驗）是汽輪機組正常運行期間的重要在線活動試驗之一，機組通過在線活動試驗可以定期驗證各汽門能否正常關閉、閥門是否卡澀、跳閘電磁閥是否能夠正常動作，以確保機組跳閘或停機工況下能夠安全遮斷。對此，機組運行規程中也明確要求每月完成一次ATT試驗，特別是高、中壓主汽門正常運行中處于全開，其活動狀態無法驗證，如果長期未進行機組ATT在線試驗不僅違反運規要求，也使機組存在安全隱患。

1 存在的問題及現狀

浙江省有數臺西門子超超臨界機組曾經發生過ATT試驗導致汽輪機跳閘的事件。

（1）中調門活動試驗過程導致汽輪機跳閘。

某660 MW西門子超超臨界機組按規定進行機組ATT試驗，當進行至2號中調門快關試驗時，該調門2號跳閘電磁閥重新得電后因卡澀沒有正常回座，調門控制油仍然與泄油回路聯通：當開啟伺服閥進油后，導致EH（液壓控制）母管直接泄油，期間因EH油母管壓力低，EH備用油泵自啟，后因電機過載熱繼電器保護動作跳閘，母管壓力進一步下降，導致EH低油壓保護動作，汽輪機跳閘。

（2）高調門活動試驗過程導致汽輪機跳閘。

某1 000 MW超超臨界機組按規定進行機組ATT試驗，當進行至2號高調門快關試驗時，該調門1號跳閘電磁閥重新得電后因卡澀沒有正?；刈?，調門控制油仍然與泄油回路聯通：當開啟伺服閥進油后，導致EH母管直接泄油，期間因EH油母管壓力低，EH備用油泵自啟，因泄油量大，母管壓力進一步下降，導致EH低油壓保護動作，汽輪機跳閘。事后更換相關電磁閥，汽輪機沖轉后，手動進行主汽門調門的活動性試驗，所有調門動作正常，EH油壓沒有大的波動。

上述機組跳閘案例均是在西門子超超臨界汽輪機組完成高、中壓調門ATT試驗時，因調門跳閘電磁閥卡澀而導致汽機EH油直接通至回油油路，引起EH油大量內泄，從而造成了油壓快速下降到機組跳閘值，導致機組跳閘。據了解，國內有不少同類型機組在基建調試階段或正常運行期間發生過類似異常。為避免類似事件發生，部分機組在正常運行期間停止進行ATT試驗，僅在機組啟停時完成ATT試驗，這對確保長時間連續運行機組的安全性不利。

2 故障原因分析與處理

2.1 系統概述和ATT試驗說明

西門子超超臨界汽輪機EH油系統為機組閥門執行機構提供高壓油源，滿足機組DEH系統調節和保安的需求。EH油經油泵升壓后，經出口濾網、隔離閥，分5路向外供油，分別是1號高壓閥組、2號高壓閥組、1號中壓閥組、2號中壓閥組、補汽閥。EH油進入5路閥門組后，分別回油進入回油母管。在EH油系統上配置有蓄能器、再生裝置、冷卻風扇等附屬設備。EH油進入主汽門執行機構后，1路由先導電磁閥進入油動機作為動力油，1路由跳閘電磁閥（2只）提供該主汽門的安全油。在機組正常運行時，2只跳閘電磁閥得電開啟，建立安全油；先導電磁閥失電開啟，提供動力油。跳閘電磁閥得電后接通壓力油，確保荷載閥關閉，保證閥門油動機進壓力油，因此，跳閘電磁閥得電為系統提供了安全油，而先導閥和伺服閥是為油動機提供控制油。

目前，上汽西門子超超臨界機組DEH控制系統常規采用西門子T-3000控制系統，ATT試驗采用順控邏輯實現，同側主汽門和調門的活動試驗在同一順控子組中，操作員站可通過監控畫面選定相應的步序順控進行或手操跳步進行[1]。以高壓主汽門（調門）A為例，試驗開始后，各設備動作情況如圖1所示。

2.2 原因分析

根據圖1的試驗過程，引起異常主要是在第3，7，9，10這4個步驟，邏輯設定跳閘電磁閥已得電，若由于油質或電磁閥原因使電磁閥沒有正?；刈?，實際油路仍然通回油，同時邏輯指令已要求先導閥失電（主汽門）、伺服閥開（調門），系統接通壓力油路，因此導致EH油泄漏。

圖1 ATT試驗流程

2.2.1 主汽門活動試驗環節

步驟3和9針對主汽門試驗，從制造廠了解到：主汽門控制油路設計了有效的節流措施，即使試驗時發生卡澀，少量油泄漏也不會引起機組EH油的異常。對某1 000 MW西門子機組進行了在線模擬機組高、中壓主汽門跳閘電磁閥卡澀的故障試驗，試驗數據說明該故障情況下EH油壓稍有下降，但不影響機組安全運行，試驗相關數據見表1和表2。

表1 1 000 MW機組高壓主汽門A動作試驗數據

表2 1 000 MW機組中壓主汽門A動作試驗數據

2.2.2 調門試驗環節

步驟7和10針對調門試驗，為保證正常調節的快速響應，調門的進油管內縮通徑大（經與廠家確認，調門的進油管內縮通徑幾乎是主門的8倍），導致異常時泄油量大，若沒有及時隔斷相應閥門的進油管路，將引起機組EH油異常，導致機組跳閘。因此ATT試驗的主要風險是在調門試驗，據了解，目前西門子超超臨界機組ATT試驗時引起機組跳閘都是發生在該步驟。

根據系統油路和邏輯分析可知，無論跳閘電磁閥得電與否、得電后是否順利回座切斷油路都無法取到反饋信號，這為試驗狀態的判斷和異常的防范帶來了一定的難度；在機組正常運行時，如果因電磁閥或回路原因失電，不僅本汽門關閉，而且會因為油路泄漏而使機組存在安全隱患。從上述分析可知：

（1）異常的發生主要是機組控制油路設計特點造成的。

（2）調門的進油管內縮通徑大，導致EH油大量泄漏。

（3）故障狀態難以判斷，無法實現邏輯閉鎖。

（4）主汽門活動試驗過程中，相應調門也完成活動驗證，調門活動試驗主要驗證跳閘電磁閥。

3 異常處理方法

從原因分析可知，汽門ATT試驗并不存在直接導致機組跳閘的隱患,主要風險是調門試驗時可能發生油泄漏，如果電磁閥卡澀時及時關閉進油隔離閥，就可以杜絕機組EH油大量泄漏，避免影響機組安全運行。因此，當試驗時發生電磁閥卡澀后的在線處理階段，需要注意以下問題：

（1）汽輪機單側運行工況下的運行安全保證。

（2）目前各汽門的回油管路相通，無隔離措施，處理過程中機組因其他原因跳閘，所有的油動機都在泄油，可能存在噴油的風險。

由汽輪機廠家設計規范知：當高、中壓缸一路進汽遮斷，兩側進汽管的溫度差低于17℃，汽輪機可以較長時間單側運行（沒有明確時間限制）；兩側進汽管的溫度差超過28℃，汽輪機單側運行時間不超過15 min，同時監視振動和金屬溫度等運行數據。根據設備結構和運行情況，兩側進汽管的溫度差可以通過控制相應汽門的疏水閥來保證。對于處理過程中的噴油的風險控制，關鍵是回油管路的有效隔離和縮短處理時間。

主汽門活動試驗過程中已驗證調門活動，主要驗證跳閘電磁閥；以現有的油路布置進行在線試驗有風險隱患，考慮到跳閘電磁閥反邏輯設計且冗余配置，回路可靠性高；異常工況下，調門控制指令能夠快速伺服下關，綜合機組的安全性和試驗迫切性考慮，調門的活動試驗可在機組啟、停過程中完成，但跳閘電磁閥無法定期驗證。若要安全可靠定期完成調門ATT試驗，則需要對調門回油管路進行優化，在回油油路上增加隔離閥以及旁路，旁路設計有效節流，可以保證即使發生泄漏也不影響整個EH油系統，正常情況下隔離閥全開，試驗時將隔離閥關閉。同時增加相應的邏輯判據：試驗過程中指令與反饋偏差大報警，延時30 s后將指令切至-2%，切斷進油油路。

4 結論及建議

4.1 結論

結合機組實際運行和ATT試驗情況，分析得出以下結論：

（1）西門子超超臨界機組正常運行期間，按照運行規程要求，恢復高、中壓主汽門的定期活動試驗。綜合考慮機組的安全性和試驗的迫切性，調門的活動試驗可在機組啟、停過程完成。

（2）主汽門試驗過程中，調門也已活動，調門試驗主要是驗證電磁失電跳閘性能；考慮跳閘電磁閥反邏輯設計且冗余配置，可靠性高；當發生異常工況時，若主汽門能夠正常遮斷，調門還可以通過伺服指令下關，相對來說安全性要求不是很迫切。

4.2 建議

（1）以目前的油路狀況，調門跳閘電磁閥試驗有一定的風險隱患，建議調門的活動試驗可在機組啟、停過程完成。若要在線驗證跳閘電磁閥性能，建議對調門的回油油路增加旁路和和節流控制。試驗過程中若發生電磁閥卡澀，應及時更換。

（2）各汽門EH油回油管路上增設手動隔離閥，機組正常運行期間隔離閥全開并上鎖，當需要隔離時，解鎖手動關閉，由運行專人管理。

（3）待機組停機檢修期間，聯系廠家，完成以下邏輯優化和檢查確認工作：

增加試驗異常判斷邏輯：在主汽門AAT試驗過程中，DEH發出跳閘電磁閥得電指令，延遲5 s，汽門開反饋小于20%開度，觸發該汽門控制油路異常報警。

檢查確認DEH檢測調門跳閘電磁閥斷電信號，該信號聯鎖將相應調門伺服閥指令切到-2%（或0%），切斷壓力油的油路；DEH觸發快關調門指令，該指令同時也將相應調門伺服閥指令切到-2%（或0%），切斷壓力油的油路[3]。

4.3 防范措施

為確保西門子超超臨界機組在線ATT試驗正常，保證機組的安全、穩定運行，建議采取以下防范措施：

（1）加強EH油的管理，增加EH油更換頻率，防止過度老化。

（2）做好故障處理準備工作，盡可能縮短汽輪機單側進汽運行時間；汽輪機單側運行的操作與監視應嚴格按照運規要求進行。

（3）制定專門的ATT試驗事故預案：試驗時運行與維護人員到位，EH油泵旁有運行人員，確保聯絡通暢；汽門無法啟閉時，快速判斷原因，確認為電磁閥卡澀造成EH油大量內泄時，快速關閉相應汽門的EH油至試驗閥組隔離門，切斷壓力油進油[4]。

（4）確保電磁閥備品，故障電磁閥應以更換為主，避免現場清洗，盡可能縮短EH油系統開口時間，防止更換過程中其它意外的發生。

（5）更換時，關閉相應的回油隔離門，確保電磁閥油路隔離。

（6）更換后，完成試驗確認并及時恢復系統。

[1]謝尉揚.西門子超超臨界汽輪機問題分析與改進[J].汽輪機技術，2015，57（02）∶86-88.

[2]張寶林，賈建波.350 MW機組主汽門活動試驗對機組運行的影響[J].華北電力技術.2005（02）∶39-40

[3]李鈞建.上海1000MW汽輪機ATT試驗導致機組跳閘分析[J].科技風，2014（18）∶105.

[4]葉紹義.華能玉環電廠1 000 MW超超臨界汽輪機調試出現的問題及對策[J].電力建設，2007，28（11）∶76-80.

（本文編輯：徐 晗）

Analysis and Countermeasure for ATT Test of Siemens Ultra-supercritical Steam Turbine

ZHENG Weijian，XIE Weiyang，GU Weifei
（Zhejiang Energy Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310005，China）

Through test process and oil control system，the paper analyzes abnormities in ATT of Siemens ultra-supercritical units and detects tripping causes of online ATT and the disadvantages.For improvement of units operation reliability，the paper comprehensively analyzes necessity of ATT as well as problems and risks in abnormity handling；besides，it puts forward suggestions and countermeasures for potential hazards and shortcomings.

ultra-supercritical；ATT；units；tripping

TK39

B

1007-1881（2015）12-0061-03

2015-10-19

鄭渭建（1973），男，高級工程師，從事熱工技術管理和自動化應用研究。