高壓缸應(yīng)力大造成機(jī)組跳閘分析與處理

劉永友

(安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232089)

0 引言

某電廠3期2×1 000 MW機(jī)組使用北重阿爾斯通(北京)電氣裝備有限公司(ALSTOM)生產(chǎn)的四缸、四排汽、一次再熱反動(dòng)式凝汽汽輪機(jī)，其控制系統(tǒng)采用ALSTOM的P320-V4系統(tǒng)。高壓缸有2個(gè)高壓主汽截止閥、2個(gè)高壓主調(diào)節(jié)閥、2個(gè)過載閥；中壓缸有2個(gè)中聯(lián)主汽截止閥、2個(gè)調(diào)節(jié)閥。

金屬部件若受熱不均，會(huì)出現(xiàn)溫差，產(chǎn)生熱應(yīng)力；溫差越大，熱應(yīng)力也越大。部件高溫部分受到壓縮應(yīng)力，低溫部分受到拉伸應(yīng)力，而壓縮和拉伸應(yīng)力交錯(cuò)循環(huán)將會(huì)導(dǎo)致金屬產(chǎn)生疲勞裂紋，消耗設(shè)備的使用壽命；裂紋逐漸擴(kuò)大，直到設(shè)備斷裂失效。汽輪機(jī)在非穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子表面溫度變化優(yōu)先于轉(zhuǎn)子中心溫度變化，由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)子應(yīng)力變化。轉(zhuǎn)子應(yīng)力除了與溫度有關(guān)外，還與轉(zhuǎn)子的幾何尺寸、材質(zhì)等相關(guān)。ALSTOM的汽輪機(jī)不僅將應(yīng)力計(jì)算應(yīng)用于汽輪機(jī)啟停及升降負(fù)荷過程中，而且將應(yīng)力作為汽輪機(jī)的重要保護(hù)項(xiàng)目直接作用在汽輪機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)。

1 故障簡(jiǎn)述

2016-11-27T21:34:36，電廠6號(hào)機(jī)組負(fù)荷從961.6 MW降至893.5 MW，高壓缸熱應(yīng)力溫度從461.1 ℃升至476.2 ℃，高壓缸實(shí)際應(yīng)力從2.2 %升至65.8 %，升負(fù)荷裕度由100 %降至79.5 %，高排壓力從4.98 MPa降至4.59 MPa。

21:52:36，6號(hào)機(jī)組負(fù)荷降至829.5 MW，熱應(yīng)力溫度升至495.7 ℃，高壓缸實(shí)際應(yīng)力從65.8 %升至103.2 %，升負(fù)荷裕度降至-7.4 %，汽輪機(jī)熱應(yīng)力強(qiáng)制甩負(fù)荷動(dòng)作，高調(diào)閥流量指令由78 %開始下降。

21:54:44，高調(diào)閥指令降至25.8 %，負(fù)荷降至312 MW，鍋爐給水流量低，鍋爐MFT動(dòng)作，聯(lián)鎖汽輪機(jī)跳閘。

2 檢查過程

2.1 邏輯動(dòng)作

汽輪機(jī)高壓缸應(yīng)力大于102 %，對(duì)應(yīng)的汽輪機(jī)升負(fù)荷裕度小于-5 %，高壓缸應(yīng)力大強(qiáng)制甩負(fù)荷到0條件觸發(fā)，甩負(fù)荷速率20 %/min；汽輪機(jī)高壓調(diào)閥快速關(guān)閉，機(jī)組給水流量不足，給水流量低條件觸發(fā)鍋爐MFT。

2.2 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)檢查

對(duì)高壓缸應(yīng)力溫度測(cè)量回路進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，該溫度元件為3支，趨勢(shì)顯示一致且無突變或壞點(diǎn)現(xiàn)象，排除元件及測(cè)量回路故障。因探頭測(cè)量實(shí)際溫度顯示偏低，檢查溫度探頭校驗(yàn)記錄，U601A檢修該應(yīng)力溫度元件校驗(yàn)合格。

3 原因分析

圖1 高壓缸應(yīng)力溫度組件安裝示意

高壓缸應(yīng)力溫度測(cè)點(diǎn)安裝在高壓缸內(nèi)缸進(jìn)汽口處，應(yīng)力溫度組件通過高壓缸內(nèi)缸和外缸之間的套筒安裝在內(nèi)缸壁上，安裝示意如圖1所示。套筒頭部圓形密封，探頭頭部與高壓內(nèi)缸內(nèi)表面的距離為5 mm，高壓缸內(nèi)壁與高壓缸進(jìn)汽直接接觸，該測(cè)點(diǎn)溫度近似于高壓缸轉(zhuǎn)子表面溫度。溫度探頭安裝到位后，將溫度探頭和彈簧盤焊接在一起，防止探頭在套管內(nèi)晃動(dòng)(在第1次安裝時(shí)確認(rèn))。在彈簧盤后元件有一個(gè)S彎，防止探頭因高壓缸內(nèi)外缸膨脹或收縮而損壞。S彎出口焊接在法蘭盤上，法蘭盤固定在高壓外缸上。

第1次安裝調(diào)整后，彈簧盤處點(diǎn)焊固定，即彈簧盤至探頭端部距離固定。正常時(shí)高壓缸內(nèi)外缸間間隙固定，探頭端部與高壓缸內(nèi)缸壁可靠接觸，溫度測(cè)量準(zhǔn)確。若探頭未緊貼內(nèi)缸壁，探頭測(cè)量溫度將降低且受套管內(nèi)氣體溫度影響。若套管密封不嚴(yán)，高壓缸排汽將影響探頭測(cè)量，造成探頭溫度降低，且在工況變化時(shí)溫度變化幅度更大，從而造成應(yīng)力大幅變化。

結(jié)合機(jī)組MFT前高壓缸應(yīng)力溫度變化趨勢(shì)分析，確認(rèn)高壓缸應(yīng)力溫度探頭未緊貼高壓內(nèi)缸內(nèi)壁，造成溫度測(cè)量值偏低且負(fù)荷變化時(shí)應(yīng)力溫度波動(dòng)大，從而造成此次變負(fù)荷過程中高壓缸應(yīng)力值大于102 %。

4 處理措施

機(jī)組停運(yùn)后，測(cè)量高壓缸應(yīng)力測(cè)點(diǎn)相關(guān)參數(shù)，測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示。測(cè)量高壓缸應(yīng)力探頭彈簧盤至探頭頂部距離A為395 mm；測(cè)量高壓缸彈簧固定面至最深處距離F為13 mm，算得應(yīng)力探頭彈簧至探頭頂部距離G為382 mm。實(shí)際測(cè)量該值為375 mm，小于G值7 mm，因此高壓缸應(yīng)力探頭頂部不能觸及內(nèi)缸內(nèi)壁，無法準(zhǔn)確反映高壓缸應(yīng)力實(shí)際變化。

拆除應(yīng)力探頭后，發(fā)現(xiàn)密封組件內(nèi)5個(gè)圓墊片與1個(gè)密封環(huán)裝反。測(cè)量套筒頂部到外缸法蘭面距離B為51 mm，套筒長(zhǎng)度為230 mm，C為290 mm，計(jì)算D為9 mm，符合標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 高壓缸應(yīng)力測(cè)點(diǎn)相關(guān)參數(shù)測(cè)量

將高壓缸應(yīng)力探頭密封組件重新調(diào)整，保持D值不變。安裝后測(cè)得F為21 mm，算得G為374 mm，應(yīng)力探頭可達(dá)到底部，可以準(zhǔn)確反映高壓缸應(yīng)力變化。按此標(biāo)準(zhǔn)安裝后，高壓缸應(yīng)力測(cè)量準(zhǔn)確，機(jī)組運(yùn)行正常。

5 結(jié)束語

ALSTOM汽輪機(jī)應(yīng)力控制模型，在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)了一定的優(yōu)越性：在應(yīng)力不超過允許值的情況下，加快了汽輪機(jī)啟停和負(fù)荷變動(dòng)的速度，縮短了機(jī)組啟停時(shí)間，減少了機(jī)組啟停及大幅度變負(fù)荷過程中對(duì)汽輪機(jī)材質(zhì)的損害，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，提高了機(jī)組的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

此次高壓缸應(yīng)力值大造成機(jī)組跳閘的根本原因是應(yīng)力探頭安裝不到位，反映出機(jī)組檢修時(shí)對(duì)應(yīng)力探頭的安裝不規(guī)范、驗(yàn)證不到位。為此，升級(jí)了應(yīng)力探頭安裝文件版本，明確安裝標(biāo)準(zhǔn)，確保一次元件測(cè)量可靠。同時(shí)，機(jī)組在正常變負(fù)荷過程中高壓缸應(yīng)力溫度出現(xiàn)如此大的波動(dòng)，可以確定應(yīng)力溫度測(cè)量不準(zhǔn)確；此時(shí)應(yīng)解除相關(guān)應(yīng)力溫度保護(hù)后對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢查，并加強(qiáng)相關(guān)參數(shù)監(jiān)視。