帶旋轉(zhuǎn)隔板汽輪機(jī)熱工保護(hù)優(yōu)化與損壞預(yù)防

李霞

（大唐太原第二熱電廠，山西太原，030041）

帶旋轉(zhuǎn)隔板汽輪機(jī)熱工保護(hù)優(yōu)化與損壞預(yù)防

李霞

（大唐太原第二熱電廠，山西太原，030041）

某些特殊汽輪機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)仍有較大完善空間。以上海汽輪機(jī)廠某帶旋轉(zhuǎn)隔板汽輪機(jī)為例，基于其運(yùn)行過程，分析了抽汽系統(tǒng)保護(hù)機(jī)理，并進(jìn)一步提出了汽輪機(jī)本體保護(hù)設(shè)置的優(yōu)化策略，以及預(yù)防通流部分發(fā)生損壞的措施。研究表明，該汽輪機(jī)抽汽系統(tǒng)控制過程穩(wěn)定可靠，對高壓、低壓和高溫環(huán)境均具有相應(yīng)的保護(hù)措施；汽輪機(jī)本體軸向位移、振動(dòng)、脹差保護(hù)的優(yōu)化有助于提高運(yùn)行品質(zhì)；汽輪機(jī)通流部分的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)機(jī)理復(fù)雜，易發(fā)生損壞，應(yīng)重視其預(yù)防。相關(guān)策略能夠?yàn)橥愋蜋C(jī)組研制行業(yè)提供技術(shù)支持。

旋轉(zhuǎn)隔板；汽輪機(jī)；熱工保護(hù)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；抽汽系統(tǒng)

引言

目前國內(nèi)新建燃煤供熱發(fā)電機(jī)組熱工保護(hù)控制系統(tǒng)已經(jīng)趨于完善[1-4]，但對于為了增加供汽量而專門研制的特殊型汽輪機(jī)，例如上海汽輪機(jī)廠的CCZK330-16.7/1.0/0.4/538/538型330 MW中間再熱抽汽凝汽式汽輪機(jī)，由于其帶有旋轉(zhuǎn)隔板，實(shí)際投運(yùn)經(jīng)驗(yàn)較少，機(jī)組在控制和保護(hù)系統(tǒng)方面設(shè)計(jì)也不夠完善。

為此，本文對其保護(hù)設(shè)置進(jìn)行分析和優(yōu)化，并提出防止汽輪機(jī)通流部分發(fā)生損壞的措施。

1 汽輪機(jī)及其抽汽系統(tǒng)

1.1 汽輪機(jī)

上海汽輪機(jī)廠CCZK330-16.7/1.0/0.4/538/538型汽輪機(jī)屬于亞臨界、單軸、一次中間再熱、三缸兩排汽，可調(diào)整抽汽、凝汽式汽輪機(jī)。采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，既可供熱網(wǎng)抽汽（可調(diào)整的壓力范圍為0.4～0.6 MPa），又可供工業(yè)抽汽用汽（可調(diào)整的壓力范圍為0.8～1.3 MPa）。汽輪機(jī)高、中壓部分采用分缸結(jié)構(gòu)，低壓部分采用雙流反向結(jié)構(gòu)。

1.2 抽汽系統(tǒng)

汽輪機(jī)抽汽閥門、管道的布置如圖1所示。

圖1 抽汽閥門、管道布置示意圖

進(jìn)入中壓缸的蒸汽通過中壓缸前幾級后，一部分經(jīng)過可控制的旋轉(zhuǎn)隔板進(jìn)入后側(cè)中壓缸通流部分，另一部分經(jīng)過抽汽壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)入中壓缸抽汽系統(tǒng)。中壓缸的排汽一部分經(jīng)過可控制的連通管閥門進(jìn)入低壓缸，另一部分經(jīng)過低壓抽汽壓力調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入低壓抽汽系統(tǒng)。

為確保抽汽機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，兩路調(diào)整抽汽均采用雙控調(diào)節(jié)模式。通過對旋轉(zhuǎn)隔板（ICV）與中壓抽汽壓力調(diào)節(jié)閥（IEV）的雙控調(diào)節(jié)，保證中壓缸抽汽量達(dá)到額定值；通過對連通管壓力調(diào)節(jié)閥（LCV）與低壓抽汽壓力調(diào)節(jié)閥（LEV）的雙控調(diào)節(jié)，保證低壓缸抽汽量達(dá)到額定值。兩路抽汽系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)隔板（ICV）和連通管壓力調(diào)節(jié)閥（LCV）均采用油動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，確保控制過程穩(wěn)定可靠。

2 抽汽系統(tǒng)保護(hù)

2.1 調(diào)整抽汽投入條件

當(dāng)機(jī)組在純凝汽工況運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)隔板和連通管壓力調(diào)節(jié)閥全開，抽汽管道的壓力調(diào)節(jié)閥全關(guān)。如要投入抽汽工況運(yùn)行，必須先判斷是否具備投入條件。通過特征點(diǎn)的壓力（高壓調(diào)節(jié)級后壓力）來確定各調(diào)整抽汽是否允許投入。以低壓調(diào)整抽汽為例：當(dāng)特征點(diǎn)壓力小于規(guī)定數(shù)值時(shí)，若有抽汽投入，則發(fā)出報(bào)警信號，運(yùn)行畫面提示運(yùn)行人員增加主汽流量和負(fù)荷；反之，允許抽汽投入，之后通過調(diào)整抽汽管上的壓力調(diào)節(jié)閥和連通管壓力調(diào)節(jié)閥的開度，使抽汽壓力值滿足要求。

如果要同時(shí)投入中壓調(diào)整抽汽和低壓調(diào)整抽汽，則需特征點(diǎn)的壓力同時(shí)滿足兩段抽汽的投入條件。兩段抽汽單獨(dú)調(diào)節(jié)，互不干涉。

2.2 抽汽壓力保護(hù)

為保證機(jī)組安全運(yùn)行，對抽汽壓力（旋轉(zhuǎn)隔板或抽汽蝶閥前壓力）高和低分別設(shè)置報(bào)警、自動(dòng)降負(fù)荷或抽汽解列兩檔保護(hù)。

高壓保護(hù)措施：一是報(bào)警：抽汽壓力達(dá)到高報(bào)警值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，同時(shí)打開旋轉(zhuǎn)隔板或抽汽調(diào)節(jié)閥，以降低抽汽壓力；二是自動(dòng)降負(fù)荷：抽汽壓力達(dá)到高報(bào)警值時(shí)，機(jī)組自動(dòng)降負(fù)荷，直至壓力低于報(bào)警值。

低壓保護(hù)措施：為了保證葉片的安全可靠性，在投入抽汽時(shí)，抽汽壓力也不得太低。保障方法如下：

（1）報(bào)警：抽汽壓力達(dá)到低報(bào)警值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，通過調(diào)整抽汽管道上的控制閥門（IEV 或者LEV）節(jié)流，以減少抽汽量；

（2）抽汽解列：若調(diào)節(jié)閥全關(guān)仍無法提高抽汽壓力，達(dá)到低報(bào)警值時(shí)，延遲30 s后抽汽自動(dòng)解列。

2.3 抽汽溫度保護(hù)

主要是指在高溫時(shí)進(jìn)行保護(hù)。分別設(shè)置報(bào)警、跳機(jī)兩檔。

（1）報(bào)警：抽汽溫度達(dá)到高報(bào)警值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，同時(shí)應(yīng)增加主汽流量或降低抽汽壓力，以降低抽汽溫度；

（2）跳機(jī)：抽汽溫度達(dá)到高報(bào)警值時(shí)，打開調(diào)節(jié)閥，降低抽汽壓力，如調(diào)節(jié)閥全開溫度仍維持高值，延遲1 min后機(jī)組跳機(jī)。

3 汽輪機(jī)本體保護(hù)及優(yōu)化

汽輪機(jī)本體保護(hù)主要包括：軸向位移、振動(dòng)、脹差等TSI（汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)）輸出保護(hù)；軸瓦溫度和推力瓦溫保護(hù)；抽汽系統(tǒng)保護(hù)等，本章以代表性的TSI輸出保護(hù)為例進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 軸向位移保護(hù)

目前軸向位移有兩路測量保護(hù)裝置——（1A、1B）與（2A、2B）。1A、1B在一個(gè)支架，2A、2B在一個(gè)支架，每個(gè)支架上的信號對應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的TSI卡件。TSI中各送一路遮斷信號至ETS（跳閘保護(hù)系統(tǒng)），在ETS中實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)遮斷功能。TSI中設(shè)置 1s延時(shí)，有報(bào)警抑制功能；ETS中無延時(shí)。

優(yōu)化方案：在TSI中取消延時(shí)和報(bào)警抑制功能，避免特殊工況信號突變導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)。在推力軸承工作面安裝軸向位移測量保護(hù)裝置，根據(jù)實(shí)際推力間隙進(jìn)行定位。

3.2 軸振大保護(hù)

TSI中每一路軸振各輸出一個(gè)報(bào)警和一個(gè)跳閘信號至ETS，在ETS中實(shí)現(xiàn)遮斷功能，出現(xiàn)任一遮斷信號或兩個(gè)報(bào)警信號則迅速跳機(jī)。TSI中有3 s延時(shí)，有報(bào)警抑制功能。

優(yōu)化方案：增加并網(wǎng)前汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)階段任一軸振超過遮斷值時(shí)跳機(jī)的功能，并網(wǎng)后保護(hù)邏輯維持不改，同時(shí)取消報(bào)警抑制功能。

3.3 高低壓缸脹差保護(hù)

原高低壓缸脹差均設(shè)計(jì)為單點(diǎn)，未設(shè)置自動(dòng)保護(hù)功能，僅要求運(yùn)行人員根據(jù)脹差數(shù)值和機(jī)組其他參數(shù)判斷手動(dòng)停機(jī)。

優(yōu)化方案：高低壓缸各增加一個(gè)脹差測點(diǎn)，保護(hù)配置修改為“二取二”，取消報(bào)警抑制功能，“二取二”后延時(shí)3 s跳機(jī)。

4 汽輪機(jī)通流部分損壞預(yù)防

汽輪機(jī)通流部分連通管上的壓力調(diào)節(jié)閥與旋轉(zhuǎn)隔板的控制系統(tǒng)的可靠性將直接影響汽輪機(jī)安全運(yùn)行。因此，本章從調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)兩個(gè)方面提出以下防止供熱汽輪機(jī)通流部分發(fā)生損壞的措施。

4.1 調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

（1）確定連通管上的壓力調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)隔板的實(shí)際開度：檢查其與數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）顯示是否一致，防止閥門開關(guān)動(dòng)作相反，造成機(jī)組啟動(dòng)過程中通流不暢或通流部分損壞。

（2）檢查連通管上的壓力調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)隔板：在DEH斷電情況下，伺服閥機(jī)械零偏和閥門開啟或關(guān)閉的設(shè)置與設(shè)計(jì)要求是否一致。

（3）檢查DEH控制功能：保證機(jī)組在開閘情況下，連通管上的壓力調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)隔板是否能夠按照設(shè)計(jì)要求動(dòng)作。

（4）測試連通管上的壓力調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)隔板控制系統(tǒng)的LVDT反饋、伺服閥指令、伺服卡等：在故障情況下，設(shè)備動(dòng)作方向是否與系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求一致。

（5）檢查測試DEH抽汽系統(tǒng)的邏輯功能：保證閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)合格，以及聯(lián)鎖保護(hù)邏輯可靠投入。

（6）完善其它邏輯功能：包括抽汽系統(tǒng)壓力和溫度超限報(bào)警的邏輯，以及切除汽輪機(jī)遙控方式和降負(fù)荷的邏輯。

4.2 保護(hù)系統(tǒng)

（1）汽輪機(jī)主保護(hù)過程開關(guān)量信號應(yīng)采用“三取二”配置。對于過程模擬量輸入的保護(hù)信號與保護(hù)輸出為同一DPU的系統(tǒng)，輸入信號經(jīng)模擬/開關(guān)量轉(zhuǎn)換后實(shí)現(xiàn)“三取二”配置；對于兩者為不同DPU的系統(tǒng)，輸入信號經(jīng)模擬/開關(guān)量轉(zhuǎn)換后通過硬接線送入保護(hù)機(jī)柜，實(shí)現(xiàn)“三取二”配置。

（2）汽輪機(jī)主保護(hù)信號輸入的一次元件、取樣管、輸入模件均應(yīng)相互獨(dú)立；汽輪機(jī)主保護(hù)邏輯均應(yīng)考慮信號壞質(zhì)量的情況，避免因信號壞質(zhì)量導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)。

（3）TSI系統(tǒng)應(yīng)配置兩路可靠接地的冗余電源模塊，并實(shí)現(xiàn)電源模塊的無擾切換；TSI系統(tǒng)中軸向位移、振動(dòng)、脹差等信號必須設(shè)置有聲光報(bào)警功能。

（4）汽輪機(jī)軸向位移保護(hù)應(yīng)采取“四取二”或“三取二”保護(hù)方式，且必須可靠投入；TSI系統(tǒng)軸向位移卡件參數(shù)和功能設(shè)置必須保證特殊工況下軸向位移瞬間突變超量程或壞質(zhì)量的保護(hù)動(dòng)作。

（5）汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)需根據(jù)保護(hù)機(jī)理和信號可靠性研究確定保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式，并制定防止保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的措施。

（6）汽輪機(jī)脹差保護(hù)應(yīng)在測量系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的情況下投入，同時(shí)必須有防止因單一測點(diǎn)、回路故障而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的技術(shù)措施[5]。

5 結(jié)論

本文對上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的一種特殊供熱式汽輪機(jī)的抽汽系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)分析了該抽汽系統(tǒng)的運(yùn)行模式以及相關(guān)的保護(hù)設(shè)置，提出了汽輪機(jī)本體保護(hù)的優(yōu)化措施，并提出了防止供熱汽輪機(jī)通流部分發(fā)生損壞的措施，對同類型機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行有較強(qiáng)的參考價(jià)值。

[1]國家能源局. 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（國能安全[2014]161號）[Z]. 2014.

[2]上海電氣上海汽輪機(jī)廠. 汽輪機(jī)抽汽閥控制[Z]. OP.2.26.02C-01.

[3]中國大唐集團(tuán)公司. 中國大唐集團(tuán)公司提高火電廠主設(shè)備熱工保護(hù)及自動(dòng)裝置可靠性指導(dǎo)意見（安生[2009]66號）[Z].

[4]國家能源局. 火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性評估技術(shù)導(dǎo)則: DL/T 261-2012 [S]. 2012.

[5]城市建設(shè)理論研究（電子版）[J]. 2013(25).

Thermal Protection Optimization and Damage Prevention on Steam Turbine with Rotating Separator

LI Xia
(Datang Taiyuan No.2 Thermal Power Plant, Taiyuan, Shanxi,030041, China)

Protection system for some special steam turbines still has great potential for improvement. A steam turbine with rotating separator manufactured by Shanghai Steam Turbine Plant is taken as an example for analysis on its protection mechanism of steam bleeding system, proposal of optimization strategy on protection option on its main body, and damage prevention on its flow part, which are all on the basis of its operation procedure. Related research shows that, such a steam turbine is stable and reliable on its controlling process, and has corresponding protection measures for environments such as high pressure, low pressure and high temperature; protection optimization on vibration, axial displacement, and differential expansion of the main body of steam turbine helps to improve the operation quality; the flow part of steam turbine is complex in the regulating control system and protection system, making it prone to damage and corresponding prevention should be paid attention to. Related strategies can provide technical support for the development of the same type of unit.

Rotating Separator; Steam Turbine; Thermal Protection; Optimum Design; Steam Bleeding System

TK269

A

2095-8412 (2016) 06-1167-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.030

李霞(1982-)，女，工程師。研究方向：熱控安全管理。Email: lihaixia0207@163.com