關(guān)于汽輪機(jī)主盤(pán)車(chē)控制柜控制功能離線(xiàn)驗(yàn)證的研究

楊 徽

（福建福清核電有限公司 維修一處，福建 福清 350300）

0 引言

汽輪機(jī)主盤(pán)車(chē)裝置是汽輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)前及停機(jī)后帶動(dòng)軸系旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，其主要作用是在機(jī)組沖轉(zhuǎn)前和停機(jī)后連續(xù)盤(pán)車(chē)。沖轉(zhuǎn)前，盤(pán)車(chē)可以檢查動(dòng)靜摩擦，減小機(jī)組啟動(dòng)時(shí)蒸汽沖轉(zhuǎn)啟動(dòng)力矩，避免摩擦力太大損壞軸承；停機(jī)時(shí)，盤(pán)車(chē)可以確保轉(zhuǎn)子受熱均勻，避免轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲、變形[1-3]。目前，由東方汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)的法國(guó)ALSTOM 技術(shù)半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)，已應(yīng)用于多個(gè)百萬(wàn)kW級(jí)核電機(jī)組。其主盤(pán)車(chē)設(shè)備均采用SSS 公司生產(chǎn)的電液操作低速自動(dòng)盤(pán)車(chē)裝置，盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速為8.3r/min[4]。

1 主盤(pán)車(chē)工作原理及運(yùn)行

1.1 主盤(pán)車(chē)結(jié)構(gòu)

主盤(pán)車(chē)裝置主要由盤(pán)車(chē)電機(jī)（45kW，380V，750rpm）、液力聯(lián)軸器、減速離合器、盤(pán)車(chē)大齒輪等主要部件，以及主盤(pán)車(chē)控制器、軟啟動(dòng)器、電磁閥、轉(zhuǎn)速探測(cè)器、嚙合/脫開(kāi)位置開(kāi)關(guān)等輔助部件組成[1]。

減速離合器是主盤(pán)車(chē)裝置的主體部分，由減速器（一組減速比為29.5:1 的蝸輪蝸桿）和離合器（帶有螺旋滑道的盤(pán)車(chē)軸及軸上的離合器小齒輪）兩部分組成，盤(pán)車(chē)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與蝸桿連接，蝸桿旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)盤(pán)車(chē)軸和軸上的離合器小齒輪旋轉(zhuǎn)。液力聯(lián)軸器由液力聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器組成，配備有監(jiān)控聯(lián)軸器溫度的測(cè)溫探頭。盤(pán)車(chē)大齒輪安裝在高中壓轉(zhuǎn)子端部，通過(guò)與離合器小齒輪的嚙合而盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)子，是盤(pán)車(chē)裝置與轉(zhuǎn)子間的接口。電磁閥控制著嚙合動(dòng)力油的通斷。轉(zhuǎn)速探測(cè)器共包括大齒輪轉(zhuǎn)速探測(cè)器P1、P2 和盤(pán)車(chē)電機(jī)轉(zhuǎn)速探測(cè)器P3 共3 個(gè)。位置開(kāi)關(guān)S2、S3 分別用于檢測(cè)離合器是否嚙合、脫開(kāi)到位。盤(pán)車(chē)軟啟動(dòng)器可以保證盤(pán)車(chē)平穩(wěn)啟動(dòng)，不會(huì)對(duì)上游母線(xiàn)造成大的壓降，可實(shí)現(xiàn)20s 內(nèi)將電機(jī)電壓逐漸達(dá)到額定電壓[5]。

主盤(pán)車(chē)控制器控制整個(gè)盤(pán)車(chē)裝置的每一步運(yùn)行[6]。收集各個(gè)探測(cè)器（P1、P2、P3、P4、S2、S3）采集到的信號(hào)，判斷盤(pán)車(chē)的狀態(tài)，并以此發(fā)出每一步的執(zhí)行信號(hào)，控制盤(pán)車(chē)電動(dòng)機(jī)啟停、電磁閥通斷。主盤(pán)車(chē)控制器接受DCS 的啟停命令并向DCS 反饋盤(pán)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，顯示盤(pán)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)及故障代碼，其顯示的故障代碼為故障的分析與處理提供了很大幫助[7]。

1.2 主盤(pán)車(chē)工作原理

1.2.1 主盤(pán)車(chē)嚙合

如圖1 主盤(pán)車(chē)結(jié)構(gòu)圖所示，電磁閥帶電打開(kāi)，嚙合動(dòng)力油通過(guò)電磁閥進(jìn)入推力環(huán)形腔室并推動(dòng)離合器小齒輪沿著螺旋滑道朝嚙合方向移動(dòng)，使合裝在小齒輪上的相位齒輪與盤(pán)車(chē)大齒輪端面接觸。當(dāng)盤(pán)車(chē)旋轉(zhuǎn)使相位齒輪與盤(pán)車(chē)大齒輪的齒輪與齒槽相互對(duì)上時(shí)，小齒輪在嚙合動(dòng)力油的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)與盤(pán)車(chē)大齒輪初步嚙合。隨后，電磁閥失電關(guān)閉，嚙合動(dòng)力油被切斷，盤(pán)車(chē)旋轉(zhuǎn)引起的螺旋滑道上的力矩，使得盤(pán)車(chē)小齒輪繼續(xù)軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)離合器完全嚙合，嚙合位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作，盤(pán)車(chē)正常投入，帶動(dòng)汽輪機(jī)大軸旋轉(zhuǎn)。

1.2.2 主盤(pán)車(chē)脫開(kāi)

圖1 主盤(pán)車(chē)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the main crank

圖2 主盤(pán)車(chē)控制流程圖Fig.2 Flow chart of main crank control

如圖1 主盤(pán)車(chē)結(jié)構(gòu)圖所示，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速時(shí)，盤(pán)車(chē)大齒輪對(duì)離合器小齒輪有一個(gè)反向力矩，使得小齒輪沿著螺旋滑道朝脫開(kāi)方向移動(dòng)并脫離嚙合。當(dāng)小齒輪從大齒輪脫離接觸后，由于小齒輪本身內(nèi)部腔室有來(lái)自潤(rùn)滑油系統(tǒng)的持續(xù)供油，推動(dòng)小齒輪持續(xù)軸向移動(dòng)至脫開(kāi)位置，實(shí)現(xiàn)完全脫開(kāi)，脫開(kāi)位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作。持續(xù)供油還保證了小齒輪上的相位齒輪與大齒輪之間端部有足夠的安全間距，絕不接觸。

1.3 主盤(pán)車(chē)運(yùn)行

1.3.1 機(jī)組停止?fàn)顟B(tài)投盤(pán)車(chē)

主盤(pán)車(chē)控制器接收來(lái)自電站主控室啟動(dòng)盤(pán)車(chē)指令時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)速探測(cè)器（P1、P2、P3）確認(rèn)汽輪機(jī)及盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速均為0，判斷汽輪機(jī)及盤(pán)車(chē)處于停止?fàn)顟B(tài)，經(jīng)15s 延時(shí)后電磁閥帶電打開(kāi)，嚙合動(dòng)力油推動(dòng)小齒輪沿著螺旋滑道朝嚙合方向移動(dòng)并預(yù)嚙合；電磁閥動(dòng)作后，再經(jīng)30s 延時(shí)，盤(pán)車(chē)電機(jī)啟動(dòng)，電磁閥失電（嚙合動(dòng)力油斷開(kāi)），最后在盤(pán)車(chē)力矩作用下實(shí)現(xiàn)完全嚙合，嚙合開(kāi)關(guān)動(dòng)作，盤(pán)車(chē)投入運(yùn)行。當(dāng)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)，主盤(pán)車(chē)會(huì)由于反向力矩自動(dòng)脫開(kāi)。當(dāng)汽輪機(jī)升速至1350r/min 時(shí)，主盤(pán)車(chē)會(huì)收到主控的停運(yùn)命令，停止運(yùn)行[6]。

1.3.2 機(jī)組降速過(guò)程投盤(pán)車(chē)

當(dāng)汽輪機(jī)降速至1350r/min 時(shí)，頂軸油泵自動(dòng)啟動(dòng)延時(shí)15s 后盤(pán)車(chē)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)并維持在8.3r/min；當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至7.5r/min 時(shí)，電磁閥帶電，動(dòng)力油將小齒輪推向大齒輪嚙合，初步嚙合之后電磁閥失電，最后小齒輪與大齒輪完全嚙合，帶動(dòng)軸系穩(wěn)定在8.3r/min 旋轉(zhuǎn)。

1.3.3 機(jī)組臨時(shí)升速后，轉(zhuǎn)速回落投盤(pán)車(chē)

若機(jī)組只是臨時(shí)升速，轉(zhuǎn)速回落后到盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速仍可按照上述降速過(guò)程中投入盤(pán)車(chē)。

2 主盤(pán)車(chē)控制柜功能離線(xiàn)驗(yàn)證

福建某核電項(xiàng)目在1 號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)在停機(jī)過(guò)程中，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至20rpm 左右時(shí)，主盤(pán)車(chē)控制柜1GGR001AR內(nèi)P1 卡件在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速降至20rpm 左右時(shí)，多次出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，導(dǎo)致主盤(pán)車(chē)在汽輪機(jī)降至8rpm 時(shí)無(wú)法正常投運(yùn)。為了在P1 卡件更換后驗(yàn)證不占用大修工期，投運(yùn)驗(yàn)證時(shí)能夠一次成功，經(jīng)過(guò)分析研究，制定出一種離線(xiàn)主盤(pán)車(chē)控制柜功能離線(xiàn)驗(yàn)證的方法，在P1 卡件更換后，對(duì)主盤(pán)車(chē)控制柜功能進(jìn)行了離線(xiàn)驗(yàn)證正常，從而保障了主盤(pán)車(chē)真實(shí)投運(yùn)一次成功。

2.1 模擬汽機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的盤(pán)車(chē)啟動(dòng)嚙合

根據(jù)圖3 盤(pán)車(chē)控制柜內(nèi)端子排接線(xiàn)圖，對(duì)1GGR001AR進(jìn)出線(xiàn)端子排1-11,19-39 端子外部接線(xiàn)拆除，采用可插拔式接線(xiàn)將端子23、24 短接（模擬脫離信號(hào)），將EOC 控制器3、5 端子進(jìn)行短接（在電機(jī)啟動(dòng)命令發(fā)出后模擬電機(jī)運(yùn)行信號(hào)），將信號(hào)發(fā)生器FLUKE744 紅表筆接在2 端子，黑表筆分別接在1 端子上，并將FLUKE744 設(shè)置電壓9V，矩形波，16Hz（僅是設(shè)置，不啟動(dòng)輸出）。

將1GGR001AR 控制柜電源開(kāi)關(guān)由OFF 轉(zhuǎn)至ON 位，P1 卡件顯示“Ready”，并對(duì)端子進(jìn)行測(cè)量并記錄，使用短接線(xiàn)將端子30、31 短接（模擬主盤(pán)車(chē)啟動(dòng)命令），拔出23、24 端子短接線(xiàn)（模擬脫離信號(hào)消失）。

當(dāng)P1 卡件顯示“VALUE ON”時(shí)，對(duì)端子進(jìn)行測(cè)量并記錄（此步驟應(yīng)30s 內(nèi)完成）。

當(dāng)P1 卡件顯示“MOTOR ON”時(shí)，對(duì)端子進(jìn)行測(cè)量并記錄；短接20、21 端子（模擬主盤(pán)車(chē)嚙合信號(hào)），觀(guān)察P1卡件應(yīng)顯示“ETG RUNNING”。

圖3 盤(pán)車(chē)控制柜內(nèi)端子排接線(xiàn)圖Fig.3 Wiring diagram of the terminal block in the crank control cabinet

啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器輸出，觀(guān)察P1 卡件顯示約8.3RPM，對(duì)端子進(jìn)行測(cè)量并記錄。

將30、31 之間的短接線(xiàn)拆除（模擬主盤(pán)車(chē)停運(yùn)命令）；觀(guān)察P1 卡件顯示主盤(pán)車(chē)停運(yùn)；拆除20、21 短接線(xiàn)（模擬主盤(pán)車(chē)嚙合信號(hào)消失）；將1GGR001AR 控制柜電源開(kāi)關(guān)由ON 轉(zhuǎn)至OFF 位。

2.2 模擬停機(jī)降速過(guò)程中的盤(pán)車(chē)啟動(dòng)并在8RPM時(shí)嚙合

根據(jù)圖3 盤(pán)車(chē)控制柜內(nèi)端子排接線(xiàn)圖，使用短接線(xiàn)將端子1、5 短接；使用短接線(xiàn)將端子2、6 短接；將1 號(hào)信號(hào)發(fā)生器FLUKE744 紅表筆接在2 端子，黑表筆接在1 端子上，設(shè)置電壓9V，矩形波，25Hz，步長(zhǎng)0.1Hz，啟動(dòng)輸出，P1、P2 卡件顯示約12.9rpm；將2 號(hào)信號(hào)發(fā)生器FLUKE744 紅表筆接在10 端子，黑表筆接在9 端子上，設(shè)置電壓9V，矩形波，12.5Hz（僅是設(shè)置，不啟動(dòng)輸出），采用可插拔式接線(xiàn)將端子23、24 短接（模擬脫離信號(hào)）。

表1 模擬汽機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的盤(pán)車(chē)啟動(dòng)嚙合時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量參考標(biāo)準(zhǔn)表Table 1 Reference standard table for data measurement when cranking the cranking gear in the stationary state of the simulated steam turbine

將1GGR001AR 控制柜電源開(kāi)關(guān)由OFF 轉(zhuǎn)至ON 位，對(duì)端子測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

使用短接線(xiàn)將端子30、31 短接（模擬主盤(pán)車(chē)啟動(dòng)命令），在P1 卡件顯示“ENGAGE@7.5”時(shí)，并對(duì)端子測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

啟動(dòng)2 號(hào)信號(hào)發(fā)生器輸出，觀(guān)察P3 卡件顯示8.3rpm，手動(dòng)降低1 號(hào)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率直至P1 卡件顯示7.4RPM，觀(guān)察P1 卡件顯示“VALUE ON”，并對(duì)端子測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

拔出23、24 端子短接線(xiàn)（模擬脫離信號(hào)消失），短接20、21 端子（模擬嚙合信號(hào)觸發(fā)），觀(guān)察P1 卡件應(yīng)顯示“ETG RUNNING”，并對(duì)端子測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

將30、31 之間的短接線(xiàn)拆除（模擬主盤(pán)車(chē)停運(yùn)命令），觀(guān)察P1 卡件顯示主盤(pán)車(chē)停運(yùn)，拆除20、21 短接線(xiàn)（模擬嚙合信號(hào)消失）。

3 結(jié)束語(yǔ)

主盤(pán)車(chē)裝置是汽輪機(jī)設(shè)備的重要配套設(shè)備之一，主盤(pán)車(chē)運(yùn)行的好壞直接影響到核電汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。本文提出一種汽輪機(jī)主盤(pán)車(chē)控制柜控制功能離線(xiàn)驗(yàn)證的方法，該方法能在主盤(pán)車(chē)控制柜調(diào)試以及P1 卡件等重要備件更換后，通過(guò)模擬汽機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的盤(pán)車(chē)啟動(dòng)嚙合和模擬停機(jī)降速過(guò)程中的盤(pán)車(chē)啟動(dòng)并在8rpm 時(shí)嚙合，對(duì)控制柜功能進(jìn)行離線(xiàn)驗(yàn)證，并能提前識(shí)別出主盤(pán)車(chē)控制柜的故障點(diǎn)并進(jìn)行處理，從而保障在真實(shí)帶動(dòng)汽輪機(jī)大軸進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)一次成功，從而有效縮短調(diào)試工期或大修主線(xiàn)。

表2 模擬停機(jī)降速過(guò)程中的盤(pán)車(chē)啟動(dòng)并在8rpm時(shí)嚙合數(shù)據(jù)測(cè)量參考標(biāo)準(zhǔn)表Table 2 Reference standard table for cranking start and engagement data measurement at 8rpm during simulated shutdown and speed reduction