全廠停電事故下汽輪機安全停運措施探討

查治龍，付忠廣

(1.國家能源集團銅陵發電有限公司，安徽 銅陵 230051；2.華北電力大學，北京 102200)

1 機組事故情況

某電廠共2臺上海汽輪機有限公司生產的N630-24.2/566/566型630 MW汽輪機；東方鍋爐(集團)股份有限公司制造的DG1900/25.4-Ⅱ1鍋爐；上海汽輪發電機有限公司生產的QFSN-630-2三相同步汽輪發電機；發電機出口經720 MVA主變壓器接入500 kV系統。

500 kV配電裝置采用3/2母線接線方式，啟備變由I母線接入，作為1，2 號機組6 kV廠用電備用電源。1，2 號機組正常運行時廠用電運行方式見圖1和圖2，6 kV廠用電系統分別由1A，2A高廠變帶。01A，01B啟備變空載運行；1，2 號機6 kV段聯絡開關在熱備用狀態。1，2 號 機組保安系統各設置 380 V 保安 EMCCA、EMCCB 段母線，工作電源分別取至相應機組汽機PCA，PCB 段，備用電源分別取至相應機組鍋爐 PCB，PCA 段，同時1，2 號機組還分別設置一臺額定容量為 1 320 kW 快速自啟動的柴油發電機組作為本單元機組的應急保安電源，防止發電廠有可能發生全廠停電事故，見圖3。

圖1 1號機6 kV 1A、6 kV 1B段接線圖

圖2 1號機6 kV 1C段接線圖

圖3 1號機保安段接線圖

2 故障過程

2019年2月11日14:50，1號和2號機組正常運行。

1號機組主要運行參數：負荷368 MW、給煤量146 t/h、給水流量979 t/h、主蒸汽流量986 t/h、主蒸汽壓力18.91 MPa、主蒸汽溫度569 ℃、再熱蒸汽壓力2.23 MPa、再熱蒸汽溫度567 ℃、背壓2.24/1.5 kPa，1A，1B送風機運行，1A，1B引風機運行，1A，1B汽動給水泵運行，AGC正常投入。

2號機組主要運行參數：負荷389 MW、給煤量167 t/h、給水流量1 155 t/h、主蒸汽流量1 047 t/h、主蒸汽壓力17.62 MPa、主蒸汽溫度572℃、再熱蒸汽壓力2.4 MPa、溫度563℃、背壓2.46/2.25 kPa，2A，2B送風機運行，2A，2B引風機運行，1A，1B汽動給水泵運行，AGC正常投入。

14:51永官5337線跳閘。

14:58永山5338線跳閘，1號和2 號機組同時跳閘，失去廠用電。

1機組跳閘后，大機轉速升至 3 069 r/min時，運行人員手動啟動大機直流油泵，確認1A，1B小機直流潤滑油泵、密封油空側直流油泵自啟。檢查高、中壓主汽門及調門關閉，各抽汽逆止閥、高排逆止閥關閉，進汽管通風閥開啟，大機轉速升至3 143 r/min后開始下降。因軸封汽不能恢復，汽機破壞真空。轉速到0投運大機盤車運行。就地關閉1號，2號和3號高加，5號和6號低加危急疏水調門前手動門。保安段恢復供電后立即將大、小機直流油泵、密封油空側直流油泵切換為交流油泵運行，就地確認設備運行正常。2號機組跳閘后，大機轉速升至3 068 r/min時，手動啟動大機直流油泵，確認2A，2B小機直流潤滑油泵、密封油空側直流油泵自啟。檢查高、中壓主汽門及調門關閉，各抽汽逆止閥、高排逆止閥關閉，進汽管通風閥開啟，大機轉速升至3 131 r/min后開始下降。因軸封汽不能恢復，汽機破壞真空。轉速到0投運大機盤車。就地關閉1號，2號和3號高加，5號和6號低加危急疏水調門前手動門。保安段恢復供電后立即將大、小機直流油泵、密封油空側直流油泵切換為交流油泵運行，就地確認設備運行正常。

2019年2月12日，1號機組并網，2號機組因線路原因轉入調停。

3 故障后處理措施分析

3.1 汽輪機轉速、軸瓦溫升

廠用電失去，熱控電源能夠保證的情況下，機爐電保護能夠正常動作。此時，發電機因“正功率突降”保護先動作，汽輪機跳閘首出為“發變組保護動作”，1號鍋爐MFT首出為“負荷大于120 MW時汽機跳閘”，2號鍋爐MFT首出為“全燃料喪失”。

廠用電失去跳機后，汽機轉速能否控制，潤滑油能否保證供應是重中之重，也是運行人員第一時間需要處理的問題。運行人員檢查汽輪機高、中壓主汽門、調門、抽汽逆止門關閉嚴密，密切注意轉速動態飛升，若轉速持續升高，應立即破壞機組真空。本次事故中1號和2號機大機轉速最高分別達到3 143，313 r/min，機組甩負荷后能控制轉速，1號和2號機組轉速動態飛升。大機惰走過程中，運行人員試啟盤車電機，防止盤車裝置故障，預留處理時間。

廠用電失去時，在超速得到控制后，汽機側事故處理最為緊急的是保證潤滑油供給，1號機大機轉速3 068 r/min，運行人員手動啟動大機直流油泵；2號機大機轉速3 069 r/min，運行人員手動啟動大機直流油泵，第一時間保證了潤滑油供給。在保安段恢復供電后，運行人員啟動大、小機交流油泵，停直流油泵。兩臺機組大機惰走的過程中油溫最高升至60℃，然后逐漸下降，各軸承瓦溫正常。

此次事故處理中，運行人員提前啟動大機直流油泵無疑是正確的，保安段短時失電，20 s后才能恢復供電，柴油發電機帶保安段運行，確保機組轉速下降后潤滑油泵能提供潤滑油。循環水中斷，潤滑油因無冷卻水而溫度升高。因此，需盡可能減小潤滑油溫升，盡早降低機組轉速。另外，提前啟動頂軸油泵，減小因潤滑油溫升高，油膜變薄帶來的風險。在轉速下降期間，密切注意軸瓦溫度變化，若軸瓦溫度升高在正常范圍內，則判斷油膜能夠正常建立。判斷油膜正常建立的條件下，機組轉速下降至0后，可放心投入連續盤車。若軸瓦溫度升高的幅度明顯偏高，則不能投入連續盤車，否則，會給軸瓦帶來很大損害，此時，進行“悶缸”處理。廠用電可以很快恢復的情況下，為機組啟動做好準備，每隔20 min將轉子轉動180°。

3.2 密封油與氫氣

發電機密封瓦為雙流環式，分別由氫側、空側密封油供給?？諅仍O置交、直流油泵各一臺，氫側設置兩臺交流油泵。空側密封油另設置備用油源，分別是高、低壓備用密封油，高壓備用密封油可以由汽機主油泵或高壓備用密封油泵供給，低壓備用密封油由交、直流潤滑油泵供給[1-3]。

廠用電中斷后，空側交流油泵跳閘，直流油泵自啟動。保安段恢復供電后，運行人員立即啟動空側交流油泵，?？諅戎绷饔捅?，啟動氫側交流油泵，恢復氫側供油。

總之，廠用電中斷后，必須密切注意密封油壓力，尤其是空側密封油壓，防止在轉子惰走的過程中密封油中斷，威脅機組安全。

3.3 軸封與真空

杜絕汽缸進冷氣。軸封汽失壓后，凝汽器真空70 kPa，運行人員立即破壞真空，避免汽缸進冷汽。大機惰走時間1號機：41 min；2號機：37 min。機組跳閘后，軸封壓力幾分鐘后很快至零，該廠軸封系統除自密封外僅一路輔汽的汽源。高壓旁路因無減溫水不能開啟，只能利用冷再余汽短時間提供輔汽聯箱，以盡量維持軸封汽壓力。有同類型機組相關經驗表明，廠用電失去后，利用冷再供輔汽，輔汽聯箱壓力可以維持1 h。本次事故處理過程中，運行人員擔心冷再至輔汽管路未暖管，故沒有投入，等軸封壓力失去后直接破壞真空。

汽輪機跳閘后，低壓缸排汽溫度會上升，主要是大量的蒸汽通過疏水進入凝汽器，這些蒸汽因循環水中斷而不能及時受到冷卻、凝結；低壓缸末級葉片鼓風效應也會使排汽溫度上升。在軸封汽能夠供應的情況下，盡量推遲破壞真空，以控制低壓缸排汽溫度的升高。在汽輪機轉速低于1 000 r/min時，汽輪機在低轉速情況下惰走時不會產生大量的熱量，此時破壞真空比較合理，且真空破壞開始至真空到0還需要大概15 min。

綜上所述，在軸封壓力可以維持的情況下，機組轉速低于1 000 r/min時破壞真空，若軸封壓力不能維持應及時破壞真空，避免冷空氣進入汽缸導致轉子、汽缸變形而無法投入盤車。

3.4 循環水失去與凝汽器保護

循環水泵失電停運后，循環水中斷，低壓缸排汽溫度會迅速上升，1號大機排汽溫度最高113℃，嚴重威脅凝汽器安全。循環水系統流程圖見圖4。圖4中，1，2，5，6分別代表循環水泵進水池、循泵、凝汽器、虹吸井，3，4，7，8分別代表循泵出口液控蝶閥、循環水管路空氣門、凝汽器進口門、凝汽器出口門。

圖4 循環水系統流程圖

本次廠用電中斷，單臺循泵運行跳閘后，運行人員檢查循泵出口蝶閥能夠及時關閉。循泵出口蝶閥為液控，熱控電源控制柜由UPS供電，故蝶閥關信號可正常發出，蝶閥油站蓄能器可提供關蝶閥的動力。循泵出口蝶閥能夠在幾秒之內完成關閉大部分行程，阻礙循環水的倒流。若該閥不能關閉，則在低壓缸排汽溫度達到最高值以前，凝汽器內水會產生倒虹吸，因為除夏季以外循環水泵進水池水位均低于虹吸井，虹吸井距離凝汽器距離較短，所以凝汽器及其出口水管、虹吸井內的水很快被抽完，導致凝汽器水側無水，威脅凝汽器安全。循泵出口蝶閥能夠及時關閉的情況下，循泵出口至凝汽器這段較長的管路內水可以繼續通過虹吸作用為凝汽器提供一段時間冷卻水。為延長循環水流動時間，可以適當關小凝汽器出口門。

總之，循環水失去，應第一時間檢查循泵出口門處于關閉狀態，否則，手動試著關閉，以盡量延長凝汽器水側流動，減少對凝汽器的損害。

3.5 各閥門狀態、輔機跳閘后系統狀態

廠用電中斷后，DCS、DEH電源由UPS供電，主機保護能夠動作，汽輪機、小汽輪機高中壓主汽門、調門能夠關閉。汽輪機各抽器逆止門因機組保護動作失氣關閉；其他氣動閥門在儀用氣壓力下降后分為失氣打開、失氣關閉。運行人員要及時關閉因失氣打開的主再熱蒸汽管道、汽輪機本體疏水氣動門的手動隔離門，防止高壓蒸汽進入凝汽器。高壓加熱器及其進汽、疏水管內尚有一定溫度、壓力的汽、水介質，要確認高加危急疏水氣動門、正常疏水氣動門失氣關閉，否則關閉相應手動門，防止高溫高壓汽、水介質進入凝汽器。運行人員應密切注意高加汽側壓力變化，必要時開啟汽側防地溝，防止上級高加介質流入或本級高加筒體余熱加熱作用引起高加汽側超壓。汽輪機各電動門由汽機PC段供電，備用電源由保安段供，廠用電失去后汽機PC段失電，保安段恢復后，各電動門會重新獲得電源。運行人員此時主要檢查抽汽電動門處于或正在關閉，其他電動門根據需要進行開關。

廠用電中斷后，凝結水泵跳閘，凝結水管道內的水會經過凝結水再循環返回凝汽器，因而凝結水壓力迅速下降，凝汽器水位上升，但因系統凝結水量有限，凝汽器水位不會上升太高。而凝結水管道失壓后，給水泵內的水會借助除氧器內壓力及靜壓倒回凝結水管道，凝結水用戶母管內因冷熱水混合造成管道振動。因此，須關閉給水泵進口門，防止除氧器內熱水不斷進入凝結水管道。給水泵跳閘后應關閉出口電動門，防止逆止門不嚴出口高壓水因回流。

4 結語

4.1 廠用電中斷后汽輪機事故處理原則

廠用電中斷后給汽輪機的安全停運帶來的壓力是巨大的。事故發生后，保護主機是第一位的，操作上按照防超速、防斷油燒瓦、防大軸彎曲、防氫氣泄漏、防凝汽器損壞、保護其他輔機設備安全思維流程進行。相應的主要操作措施具體如下。

(1)確認主機轉速下降，高中壓主汽門、調門、抽汽逆止門關閉。

(2)確認汽機直流油泵、空側直流油泵、啟動，否則搶投。

(3)確認小汽機轉速下降，小機直流油泵自啟。

(4)柴油發電機啟動后，停運所有直流油泵，啟動交流油泵。

(5)關注主機潤滑油溫上升情況。

(6)及時隔絕可能進入凝汽器的高溫介質。

(7)關注輔汽壓力變化，適時破壞機組真空。

(8)轉速至零，及時投運盤車或悶缸。

4.2 改進與提高

(1)電廠無廠用電中斷備用電源，只有500 kV啟備變作為全廠備用電源，500 kV兩條出線線路跳閘后，全廠的廠用電中斷。應盡快按照25項反措要求完成外接電源，合理考慮供電容量和供電方式。

(2)柴油發電機是失去廠用電后最后一道保障，必須做好日常維護及試驗工作。

(3)在大機冷油器冷卻水管上引一路可靠水源，以便在循環水失去情況下盡可能維持大機油溫，因消防水有柴油消防泵提供，可以接引消防水，以便緊急使用。

(4)冷再至輔汽調整門前設置自動疏水器，保證冷再隨時投入，盡量維持輔汽、軸封壓力。

(5)電廠在設計中大機潤滑油排煙風機、密封油箱排煙風機電源均取自汽機MCC段，為避免風機長時間停運而聚集氫氣，應各一臺取自保安段。

(6)汽機房增加儀用儲氣罐，盡可能為氣動閥門開關延長可操作時間。