1?000?MW機組汽輪機高排通風(fēng)閥可靠性分析及改進

劉 軍

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223)

0 前言

某電廠1 000 MW超超臨界機組汽輪機由東方汽輪機廠生產(chǎn)，汽輪機型式為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、八級回?zé)岢槠吞枮镹1000-25.0/600/600。汽輪機采用高壓缸啟動方式，在機組啟動或停機時，主蒸汽通過一級大旁路經(jīng)減壓減溫后進入凝汽器。高壓缸排汽管道上沒有設(shè)置逆止門，只在4號高壓調(diào)門與高壓缸進汽高壓導(dǎo)汽管至凝汽器之間設(shè)置了1只高排通風(fēng)閥(簡稱VV閥)，在汽輪機跳閘保護系統(tǒng)(ETS)中增加了VV閥故障跳閘保護。

1 VV閥簡介

1.1 VV閥位置

VV閥現(xiàn)場安裝在4號高調(diào)閥后與凝汽器之間的導(dǎo)汽管上，如圖1所示，其主要作用是在汽輪機停機時該閥門開啟，利用高壓缸排汽來冷卻高壓缸的葉片。

在機組甩負荷時，冷段再熱冗余汽倒流入高壓缸，對整個高壓通流進行充分冷卻，防止汽輪機轉(zhuǎn)子鼓風(fēng)葉片超溫，確保轉(zhuǎn)子的安全運行，并最終經(jīng)通風(fēng)管路排入凝汽器。

為降低機組運行過程中VV閥前后管段的溫度差，設(shè)置了節(jié)流孔板作為VV閥的旁路，可以達到暖管作用。

圖1 VV閥布置示意

1.2 VV閥的控制原理

VV閥采用雙氣缸的氣動執(zhí)行機構(gòu)，控制回路為單電磁閥控制回路，其控制原理如圖2所示。電磁閥1YV采用110 V DC電源供電，電磁閥帶電時，經(jīng)減壓過濾后的儀用壓縮空氣引至氣鎖閥D，將儀用壓縮空氣作為控制氣引入上、下切換閥。當(dāng)電磁閥1YV得電時，1，2控制氣接通，氣鎖閥D也會接通，氣鎖閥D1的S，U接通，上氣缸進氣，氣鎖閥D2的S，U接通，下氣缸排氣，通風(fēng)閥關(guān)閉。當(dāng)電磁閥1YV失電時，1，3控制氣接通，電磁閥1YV排氣，氣鎖閥D失氣，切斷上、下切換閥的控制氣，氣鎖閥D，D1，D2閥桿在彈簧的作用力下恢復(fù)原位，氣鎖閥D2的E，U接通，下氣缸進氣，氣鎖閥D1的E，U接通，上氣缸排氣，通風(fēng)閥開啟。儲氣罐T配合入口處的逆止閥CV使用，其作用相當(dāng)于蓄能器。當(dāng)控制氣源自逆止閥CV進入儲氣罐T后，即便壓縮空氣失去，因逆止閥CV的作用，儲氣罐T內(nèi)會保持壓縮空氣的壓力不變。儲氣罐T氣源引入下切換閥作為控制氣缸的動力氣源。

圖2 VV閥控制原理

為了實現(xiàn)VV閥的控制功能，其控制邏輯主要設(shè)計有：

(1) 汽機跳閘，自動打開VV閥，其主要作用是快速排出高壓缸的高溫蒸汽，防止因高壓缸超溫導(dǎo)致高壓轉(zhuǎn)子葉片過熱而損壞；

(2) 汽機掛閘，自動關(guān)閉VV閥，其主要作用是切斷高溫蒸汽直接排入凝汽器，保證機組正常運行的需要；

(3) 機組正常運行時，VV閥就地異常開啟，機組跳閘，其主要作用是防止VV異常開啟導(dǎo)致高溫高壓蒸汽直接排到凝汽器而損壞鈦管；

（4）為了防止運行人員誤操作，只設(shè)計VV閥的邏輯聯(lián)鎖功能，不提供VV閥的畫面操作功能，以絕后患。

1.3 VV閥的保護邏輯

在ETS系統(tǒng)中設(shè)計有VV閥故障跳汽輪機保護功能，VV閥故障由DCS系統(tǒng)綜合判斷后發(fā)出送至ETS系統(tǒng)，最終輸出跳閘信號。

VV閥故障停機邏輯原理如圖3所示。

4個高壓調(diào)節(jié)閥不在關(guān)位或者高壓調(diào)節(jié)閥控制指令大于22 %時，VV閥無全關(guān)信號，發(fā)出“VV閥故障開”停機信號。

2 VV閥導(dǎo)致的異常停機

2.1 VV閥氣缸控制氣源接頭斷裂

2014-09-13T03：15，3號機組負荷700 MW，3號機組跳閘，跳閘首出為“VV閥故障開”。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)3號汽輪機VV閥就地控制氣源至VV閥氣缸的連接件(氣鎖閥與分氣閥連接處)斷裂，VV閥就地故障開啟。更換接頭后，VV閥開關(guān)正常。

2.2 VV閥控制電磁閥故障

2016-06-08T17：25，3號機組負荷700 MW，3號機組跳閘，跳閘首出為“VV閥故障開”。檢查發(fā)現(xiàn)VV閥控制用電磁閥燒壞，導(dǎo)致VV閥就地故障開啟，觸發(fā)“VV閥故障開”跳閘邏輯，引起機組跳閘。更換電磁閥后VV閥開關(guān)正常。

由于在機組的ETS系統(tǒng)中引入了VV閥故障跳汽輪機保護的條件，VV閥作為一個單一的設(shè)備無法做到保護的冗余設(shè)置，因此如何提高VV閥運行的可靠性，以保障機組的安全運行是一個急需解決的問題。

3 VV閥的可靠性分析

原VV閥的控制管路及部件全部安裝在閥體上部，采用不銹鋼管硬連接方式。VV閥閥體前后分別為4號高壓導(dǎo)汽管以及凝汽器，前后的壓差大，導(dǎo)致管道及閥體振動大，閥體溫度最高達到250 ℃。長期的高溫環(huán)境及振動不利于熱控設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。正常運行時，VV閥為失氣開啟，其氣動控制回路中任何一個地方發(fā)生故障，均有可能造成氣缸失氣，VV故障開啟。

圖3 VV閥故障停機邏輯

2014-09-13，3號機組VV閥氣源管接頭斷裂VV閥非正常開啟，導(dǎo)致機組非正常停運。其主要原因就是隨閥門配供的控制氣源管路連接件(位于氣鎖閥與分氣鎖閥連接處)強度不足，運行中疲勞損壞斷裂，VV閥氣缸無法進氣，閥門在彈簧力作用下自動開啟，在沒有開指令的情況下，導(dǎo)致汽輪機“VV閥故障開”保護動作，汽輪機跳閘。

汽輪機機組正常運行時，VV閥控制用電磁閥處于長期帶電狀態(tài)，電磁閥接線松動、電纜斷裂或線圈燒毀等原因均可能造成電磁閥失電，導(dǎo)致氣鎖閥D無氣壓輸出，下切換閥通氣，上切換閥排氣，閥桿在彈簧的作用力下恢復(fù)原位，使VV閥開啟，引起機組跳閘。如2016-06-08，3號機組VV閥電磁閥線圈燒毀，導(dǎo)致VV閥非正常開啟，再次導(dǎo)致機組非正常停運。

4 VV閥控制系統(tǒng)的改進

4.1 控制回路的改進

本著“減少誤動，防止拒動”的原則，為了防止異常時VV閥不能正常開啟，在保留VV閥失氣開啟功能的基礎(chǔ)上，改動了控制回路，其控制原理如圖4所示。

(1) 將VV閥原有的“失電開”控制方式改為“帶電開”，再以并聯(lián)方式增加1個電磁閥2YV。在正常運行時，只要2個電磁閥有1個帶電就可以使VV閥正常開啟。這種方式既可以減少電磁閥長期帶電運行故障導(dǎo)致的VV閥非正常開啟風(fēng)險，又能避免由單個電磁閥故障導(dǎo)致的VV閥拒動風(fēng)險。

(2) 并聯(lián)的2個電磁閥1YV，2YV同時接受DEH系統(tǒng)控制，新增的電磁閥同時接受操作臺硬手操控制。任何1個電磁閥帶電都將開啟閥門。原有的電磁閥控制電源保留，仍取自DEH系統(tǒng)110 V DC電源，新增電磁閥控制電源獨立取自電氣直流饋線柜。由于2個電磁閥的110 V DC電源分別來自不同的電源，其控制指令也是來自不同的地方，做到了全過程的冗余設(shè)計，降低了故障風(fēng)險，提高了系統(tǒng)可靠性。

(3) 在原有氣路的基礎(chǔ)上，并聯(lián)增加1路進氣氣源及過濾減壓閥組件，增加前后手動門以方便檢修隔離；在2路氣源減壓閥后各增加1個逆止閥，防止由于過濾減壓閥組件故障引起VV閥失氣故障開啟。

(4) 就地設(shè)置控制箱，將以上所有控制元件從溫度較高的VV閥閥體上部全部移至控制箱內(nèi)，VV閥本體僅保留氣源管道接頭及行程開關(guān)。控制箱位于VV閥旁邊的平臺上。

4.2 “VV閥故障開”保護邏輯的改進

原VV閥全開信號僅靠1個行程開關(guān)檢測，可靠性低。改造后，將VV閥全開信號設(shè)計為“3取2”。3個限位開關(guān)為觸頭式開關(guān)，1個位于氣缸頂部，靠活塞連桿壓住觸頭，另外2個安裝于氣缸底部，依靠閥桿上焊接的連桿壓住觸頭。頂部為全開信號，底部2個為全關(guān)信號。全開信號取非，加上底部2個全關(guān)信號。

這3個信號中任意2個信號出現(xiàn)，才發(fā)出VV閥全關(guān)信號。由于控制邏輯中VV閥全關(guān)信號取非（VV閥無全關(guān)信號），判斷為VV閥故障開啟狀態(tài)（見圖3），進入VV閥故障開啟停機保護邏輯。現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)VV閥閥體溫度約90 ℃，為了防止高溫直接接觸造成行程開關(guān)的故障，將限位開關(guān)向外移動一定距離，并增加管道保溫厚度，同時在行程開關(guān)和閥體之間增加保溫隔離。這樣將行程開關(guān)處的溫度降至約40 ℃，確保VV閥限位信號傳遞的可靠性；同時將3個信號均送至DCS系統(tǒng)畫面顯示報警，便于運行人員監(jiān)控，一旦發(fā)生故障可以及時發(fā)現(xiàn)立即處理。

圖4 改造后的VV閥控制原理

4.3 VV閥故障監(jiān)視系統(tǒng)的改進

在VV閥控制氣源的過濾減壓閥組件后增加1個壓力變送器，將控制氣源壓力顯示在DCS畫面，供運行人員實時監(jiān)視控制氣源壓力；并增加了壓力低報警，一旦控制氣源發(fā)生輕微泄漏造成壓力低時，可及時提醒運行人員處理。同時，將VV閥的3個限位開關(guān)狀態(tài)顯示至DCS系統(tǒng)畫面，在DCS內(nèi)增加了VV閥3個限位開關(guān)信號不匹配的報警，便于運行人員及時發(fā)現(xiàn)并消除VV閥異常狀態(tài)。

5 結(jié)束語

VV閥是東方汽輪機廠1 000 MW超超臨界機組取消高排逆止門后為了保護汽輪機所做設(shè)計，而在VV閥設(shè)計中僅僅考慮工藝上的問題，并沒有考慮保護的可靠性問題，因“VV閥故障開”導(dǎo)致停機的事件在同類機組中時有發(fā)生。通過對VV閥的可靠性分析，并對其控制回路和控制邏輯進行有針對性的冗余改進，可有效避免因信號誤發(fā)或VV閥誤動作而導(dǎo)致的機組停機事件，并且在啟停機時確保VV閥動作可靠穩(wěn)定，保障了機組安全穩(wěn)定運行。