某汽輪機高調門異常動作全過程分析

阮圣奇

摘要：某機組在啟動加負荷過程中，運行人員為快速增負荷，縮短啟動時間，誤將主蒸汽壓力調整過高，導致高調門快速關小，機組負荷大幅波動。本文以卸荷閥動作原理以及高調門流量特性為基點，從事件發展先后順序，全過程深度剖析此次高調門異常動作原因。

關鍵詞：主蒸汽壓力、卸荷閥、流量特性

中圖分類號： TM712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）9（b）-0000-00

引言

某電廠1號汽輪機為哈爾濱汽輪機，1號汽輪機機組啟動期間，運行人員為快速并網并提高機組負荷，機組負荷226MW，鍋爐四臺磨煤機運行，主汽壓力22.1MPa，調節級壓力6.5MPa，機組主控處于手動控制狀態，DEH為單閥控制方式，各高調門指令及開度均為20%左右，突然1至4號高調門先后快速關至12%左右，機組負荷大幅波動，18時34分調門開度突然迅速恢復，機組負荷恢復。

此次調門異常動作引起電廠高度重視，專門組織設備專工以及電力研究院技術人員研究討論，以下為該事件全過程分析。

1 調門異常動作前機組主要參數

1號汽輪機高調門動作前，發電機功率224.12MW，主蒸汽要阿里22.16 MPa，調節級壓力6.48 MPa，1～4號調門開度分別為19.85%、20.29%、20.35%和20.35%。

2 調門異常動作第1階段

時間：2015年，10月26日，18：19：19～18：21：01

現象：

（1）1～4號調門分別從從18：19：19、18：20：06、18：19：26和18：19：41開始突然快速關小，并穩定在12%左右。

（2）發電機負荷降為零；主汽壓持續升高，最高升至28.8MPa。

（3）由于高調門突然關小，DEH迅速做出反應，調整高調門伺服閥輸入電流，發出開調門信號，但在第1階段調門無法打開。

原因分析：

（1）高調閥兩端主蒸汽壓力和調節級壓力偏差過大（壓差為15.7 MPa），同時調門開度都維持在20%左右，巨大的蒸汽下壓力作用于調節閥閥芯，通過杠桿結構作用于油動機下油缸內EH油，油壓傳遞至卸荷閥先導閥芯，最終克服先導閥芯彈簧作用力，開啟先導閥，EH油通過阻尼孔至先導閥，流向回油管路，阻尼孔導致杯型滑閥上部壓力降低，上下壓差使杯型滑閥上移，并最終打開卸荷閥卸油通道，調門迅速關小。

卸荷閥作用原理圖如圖1[1]。

（2）阻尼孔導致杯型滑閥上部壓力降低后，先導閥芯前壓力同時降低，在彈簧作用下，先導閥復原，EH油不再通過阻尼孔流動，導致杯型滑閥上下部分油壓相同，杯型滑閥下移復原，阻斷卸油通道。

（3）調門迅速關小并穩定后，主蒸汽壓力繼續上升，在閥芯的蒸汽下壓力作用下，伺服閥雖然接受正向電流，不能實現下油缸充油過程，高調閥無法打開[3]。

3 調門異常動作第2階段

時間：2015年，10月26日，18：21：02-18：34：00

現象：

發電機功率為零后，經歷157秒，功率重新上升，最高至113.4MW，過程持續134秒后發電機功率降為零；又重新經歷167秒，功率上升，最高至76.2MW，過程持續149秒后發電機功率降為零。

上述兩個過程如圖2所示。

原因分析：

（1）高調閥在10～15%之間存在調門流量特性曲線的拐點，拐點前后流量特性曲線斜率急劇變化，此時1～4號高調門均處在拐點附近，拐點前后流量變化明顯[4]。

同時，高壓蒸汽對閥芯和閥桿產生類似卡門渦街效應，高調門開度產生156～167秒的準周期性變化，也即156～167秒后在蒸汽作用力下調門開度跨越流量特性拐點，汽輪機進汽量增大，發電機功率上升。

同時在經歷134～149的另外一個準周期后，調門開度重回流量特性拐點范圍內，汽輪機進汽量顯著減小，發電機出力為零，甚至逆功率。

（2）發電機重新帶負荷過程，電廠原先懷疑為高加內部飽和水汽化所致，通過分析，排除該可能性：

首先，高加內部汽化無法產生足夠的能量，使得發電機發出約113.4MW功率，其次，該過程發電機功率呈現兩次上升過程，而高加汽化過程不會停歇，最后，發電機負荷上升過程，高加進汽壓力和調節級壓力同步升高，同時高加出水溫度也同步升高，只能是蒸汽進入汽輪機高壓缸和1、2、3號高加，導致給水溫度升高。因而排除高加汽化導致發電機重新帶負荷的可能性。

4 調門異常動作第3階段

時間：2015年，10月26日，18：34：01開始

現象：

主蒸汽繼續降低至16.2MPa，調門突然開啟，發電機負荷升高；

原因分析：

（1）首先，仍然是卡門渦街效應，經歷167秒準周期后，此時主蒸汽壓力已經降低至16.2MPa，調門開度越過流量特新拐點，汽輪機進汽量增大，調節級壓力升高，主蒸汽壓力絕對值和調閥前后壓差下降使得蒸汽下壓力大幅降低，EH油重新進入下油缸，調節閥打開。

5 結論

（1）此次調門異常動作主要原因為運行人員未按照運行規程中，關于機組啟動運行參數要求，導致主蒸汽壓力嚴重偏大。

（2）汽輪機控制油系統高調門卸荷閥，在危急遮斷系統未動作情況下，仍可能發生卸油，關鍵原因在于卸荷閥內部油壓超標，導致卸荷閥被動卸油。

（3）汽輪機高調門卸荷閥先導閥芯設計而言，建議將該針形閥和對應彈簧設計余量加大，考慮由于機組偏離設計參數的惡劣情況下不發生誤動。

參考文獻

[1] 上海新華控制技術（集團）有限公司.電站汽輪機數字式電液控制系統[M].北京：中國電力出版社，2005：24-29.

[2] 數字電液控制系統說明書，哈爾濱汽輪機有限公司.

[3] 鄭展友.汽輪機高壓調節汽閥提升力不足原因分析及對策[J].工業技術，2006，25：14.

[4] 周長偉，朱曉靜，宋紹偉.汽輪機高壓調門函數設置與流量特性的匹配[J].發電設備，2012，26[6]：413-415.