1000 WM核電汽輪機組危急保安系統常見故障分析研究

羅振琨，王丹丹

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

汽輪機組超速保護控制方法一般由三部分組成：（1）機組轉速超過額定轉速的103%，OPC（Overspeed protection controller，超速保護）電磁閥帶電，油動機卸荷閥動作，閥門迅速關閉控制轉速；（2）轉速超過額定轉速的 110%，AST（Automatic shift trip，危急遮斷）電磁閥失電，油動機卸荷閥動作關閉主汽閥、調節閥，機組跳機；（3）轉速超過額定轉速的112%時，機械超速危急遮斷器觸發，泄掉薄膜閥上腔油壓，機組跳機，或者超速保護電磁閥組失電，油動機卸荷閥動作關閉主汽閥、調節閥，機組跳機[1]。

就第三部分控制方法而言，國內常規火電汽輪機組超速保護裝置配置趨向于以電超速保護裝置取代機械超速危急遮斷裝置。但大功率汽輪機機組特別是核電汽輪機還是會配置機械超速保護裝置，以兩種超速保護模式來實現汽輪機保護的多冗余、高可靠性控制。由于機械超速危急遮斷器及其附屬部套（即危急保安系統，見圖1）的零部件較多且對安裝調試要求較高，所以在機組前期安裝調試過程中可能會出現各種故障。

本文針對國內1 000 MW核電汽輪機組前箱危急保安系統中常見的遠方掛閘問題、危急遮斷器問題作出分析研究，并提出其具體的解決方法，為汽輪機的安裝、調試提供指導幫助。

圖1 危急保安系統原理圖

1 遠方掛閘問題

某電廠3號核電汽輪機組進行掛閘試驗（危急保安油壓建立后，通過扳動就地掛閘手柄或遠方試驗電磁閥帶電3 s的方式，使扳機靠近危急遮斷器，頂起撞擊子并使撞擊子復位的過程）時發現：扳動就地掛閘手柄，壓力表顯示（見圖1）為0.7 MPa，危急遮斷油壓值正常，可以實現掛閘。通過遠方試驗電磁閥帶電方式掛閘，壓力表顯示為零，掛閘失敗。

圖2 遠方掛閘裝置安裝圖

針對以上問題，首先進行電磁閥通、斷電試驗，結果壓縮空氣通、斷正常，排除了電磁閥故障的原因。初步分析為掛閘氣缸本身活塞尺寸及安裝問題（見圖2）或氣源壓力問題。測量氣缸的安裝位置并拆下掛閘氣缸檢查，發現氣缸均符合圖紙的設計尺寸要求，且油缸不存在卡澀及活塞出力不夠的現象；實測壓縮空氣氣源壓力為0.95 MPa，稍大于0.93 MPa的設計壓力值，符合設計要求；最后，在進行電磁閥通、斷電試驗時，通過檢查掛閘手柄及連接桿，發現當進行手動掛閘時，掛閘手柄的轉動行程相對遠方掛閘時稍長一些，導致氣缸活塞運行全行程并未將掛閘手柄頂起到位。

將氣缸活塞運行全行程后扳動掛閘手柄，掛閘連桿頭與氣缸活塞桿頭間間隙為3 mm.

分析問題原因為，連接桿在安裝過程中，未按設計規范要求進行長度調整。遠方掛閘過程中，雖氣缸全行程運行，但行程通過連接桿傳導到掛閘滑閥時并未實現杯閥完全右移封住回油口（見圖1），建立起危急遮斷油壓，導致掛閘失敗。最終，將連接桿兩端鎖緊螺母旋松，適當調整連接桿長度（加長4 mm）。電磁閥帶電，掛閘成功。

2 危急遮斷器問題

某電廠1號核電汽輪機組在沖轉成功并定速1 500 r/min，帶25% ～30%負荷3 h，在做機械超速試驗過程中，汽輪機在1 626 r/min（撞擊子動作設計值為1 642.5 r/min~1 657.5 r/min）時危急遮斷器動作，機組跳機[2]。

1000 MW核電汽輪機超速保護與常規火電汽輪機組有所不同。OPC動作值為107.5%（1 612.5 r/min），機械超速動作值為110%（1 650 r/min），電超速動作值為111%（1 665 r/min）[3]。根據上述現象，可以判斷撞擊子是由于未到達動作值就彈出。究其原因是汽輪機在前期安裝、調試過程中，工作人員未按照調試規范要求對撞擊子調整螺母進行調整，導致撞擊子彈簧（見圖3上）預緊力未達到工況要求，彈簧預緊力偏小。

圖3 危急遮斷器裝配圖

結合以下計算公式對撞擊子進行分析[4]：

離心力計算公式：C=Gω2x/g；撞擊子飛出要求方程式：C-FA≥ F0.

計算分析可得：撞擊子調整螺母旋轉45°適當增大、減小大彈簧的預緊力，轉速可對應變化10 r/min左右。

根據實際動作值1 626 r/min與設計動作值1 650 r/min的比較，相差24轉。用專用工具順時針旋動調整螺母（見圖3下）112°.重新進行超速試驗，汽輪機在1 648r/min時動作，機組跳機。機械超速試驗順利完成[5]。

3 結束語

近些年來，隨著國家節能減排的號召，國內核電項目日趨增多。眾所周知，核電機組對其安全性、可靠性的控制要求是及其嚴格的。機械超速危急遮斷裝置作為汽輪機超速保護一道重要防線，要求必須保證較高的加工精度及安裝、調試的準確性，要嚴格按照安裝調試規程完成安裝調試工作，保證其功能實現的萬無一失。

[1]郭鈺峰，徐志強，于達仁.汽輪機調節原理[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2]關盼龍.汽輪機超速的原因分析及對策[J].發電設備，2013，27（4）：267-269.

[3]王運民.電廠汽輪機原理[M].北京：中國電力出版社，2013.

[4]程衛國，楊 明，陸文華.汽輪機超速保護的可靠性探討[J].發電設備，1998（2）：38-39.

[5]覃 超，謝延梅，董 川，等.超臨界汽輪機超速保護系統分析[J].電站系統工程，2007，23（1）：57-58.