雙水內冷汽輪發電機組掛閘系統改進探討

楊鵬

（山西京能呂臨發電有限公司，山西 呂梁 033200）

1 改進前的系統

1.1 設備概述

某廠2×350MW超臨界發電機組新建工程，汽輪機為上海汽輪機廠制造，型號為NZK350-24.2/566/566，型式為超臨界、單軸、一次中間再熱、二缸二排汽、直接空冷凝汽式汽輪機；發電機配套上海電氣集團上海電機廠有限公司制造的雙水內冷發電機組；控制系統采用南京科遠集團股份有限公司的NT6000數字電液調節系統。主機潤滑油系統主要由延伸軸上的主油泵、交流潤滑油泵、直流潤滑油泵、高壓啟動油泵等組成。EH油系統配備兩臺變容量高壓柱塞泵，一運一備。

在機組啟動時，首先，要啟動高壓啟動油泵，供給低壓安全油；同時還要啟動汽輪機EH油系統，供給EH高壓油。然后復位汽輪機，關閉遮斷滑閥使機械超速和手動遮斷總管沒有泄漏點，在隔膜閥上腔建立油壓（低壓安全油），使隔膜閥關閉。汽輪機掛閘，關閉4個AST電磁閥。在隔膜閥和4個AST電磁閥共同作用下，截斷無壓回油通道，建立AST油壓開啟汽輪機中壓主汽門，汽輪機掛閘成功。

汽輪機跳閘通過兩種途徑來實現，一種是汽輪機配置的各項熱工保護，達到預設的保護動作條件時開啟AST電磁閥，泄去AST油壓，關閉汽輪機主汽門停機；另一種是在就地向遮斷方向拉動停機手柄或者機械超速保護動作，使遮斷滑閥導通排掉低壓安全油，打開隔膜閥，泄去AST油壓，關閉汽輪機主汽門停機。

1.2 高壓啟動油泵的作用

在氫冷汽輪發電機組中，高壓啟動油泵主要有兩個作用：一是為機組啟動掛閘過程中提供低壓保安油，關閉隔膜閥用于建立啟動油壓；二是為密封油系統提供第二路備用油源，在密封油泵故障時向發電機密封瓦供油，防止發電機內氫氣泄漏。但在該廠雙水內冷汽輪發電機組中，沒有氫氣系統，故無此作用。三是正常運行中低壓安全油壓力不足時，啟動高壓啟動油泵保證低壓安全油壓力正常。運行中低壓安全油壓力低說明主油泵工作異常或潤滑油系統出現問題，不能正常向隔膜閥上腔供油；或者汽輪機出現問題轉速降低造成，不論哪種情況，都應該停運汽輪機，啟動高壓啟動油泵運行意義不大。

1.3 隔膜閥的作用

該廠在機組啟動時，向隔膜閥上腔注油，隔膜閥和AST電磁閥一起關閉，保證建立AST油壓機組掛閘正常。機組運行時，隔膜閥關閉維持AST油壓保證機組正常運行。事故情況下，可以在就地將停機手柄打到遮斷位置，開啟遮斷滑閥，瀉去低壓安全油，使隔膜閥打開，泄去AST油壓停機。特殊情況下，機組轉速飛升，電超速保護失靈時機械超速保護動作，飛錘飛出使遮斷滑閥開啟，如上所述泄去AST油壓使汽輪機跳閘，作為防止發生汽輪機超速事故的最后一道保障。在進行超速、甩負荷的危險性高的試驗時，可以安排人員在就地做好打閘準備降低風險。

2 當前系統存在的問題

圖1 某廠改進前掛閘系統

在該廠調試過程中，高壓啟動油泵有很多的調試工作，包括電氣開關的傳動、保護傳動、電機的試轉、高壓啟動油泵的試轉等。在整套啟動時，曾發生高壓油泵故障不能啟動，泵啟動后出口壓力低的情況影響了機組的調試進度。每次啟動汽輪機，均需要提前啟動高壓啟動油泵，對泵體進行注油排空。啟動過程中，高壓啟動油泵和隔膜閥故障均會使機組的啟動時間拖長或直接使啟動中斷，而發現它們故障時，往往是在鍋爐啟動一段時間蒸汽達到沖轉參數以后，延長啟動時間或中斷啟動均會帶來較大的經濟損失。汽輪機沖轉過程中，低壓安全油由高壓啟動油泵供油切換為主油泵供油時，易出現高壓啟動油泵逆止門卡澀、不嚴的情況導致高壓啟動油泵憋泵，同時也會對高壓啟動油泵的溢油閥造成損傷，而這種工況不容易被發現，一旦造成設備損害，將影響下次機組的正常啟動。在機組運行中，隔膜閥的工作情況、高壓啟動油泵的備用情況都需要運行人員進行巡回檢查和監視。在啟動和正常運行中都給運行人員帶來了一定的工作量。而這些設備的存在，增加了發生故障的可能性，使系統的可靠性降低。在機組大小修時，在日常的設備維護中，也增加了維護工作量。

3 改進方案

3.1 改進后的系統

改進方案由EH高壓油系統引一路油源供給低壓安全油，保留了隔膜閥和機械超速系統以及注油試驗裝置，增加了一個壓力調節閥。遮斷滑閥排油至EH油無壓回油管道，最終回到EH油箱，取消了高壓啟動油泵和主油泵供低壓安全油系統。

圖2 方案一改造后掛閘系統

3.2 改進后系統運行方式的變化

改進后機組掛閘和跳閘方式不變。啟動時先運行EH油系統，汽輪機復位關閉遮斷滑閥。EH高壓油經過調閥調節到合適油壓后，供油至隔膜閥上腔，使隔膜閥關閉。掛閘操作不變，仍然是關閉4個AST電磁閥，在隔膜閥和4個AST電磁閥的共同作用下，截斷無壓回油通道，建立AST油壓，開啟汽輪機中壓主汽門汽輪機掛閘成功。汽輪機跳閘還是通過兩種途徑：一是 AST電磁閥動作跳機，二是遮斷滑閥導通排掉低壓安全油打開隔膜閥，泄去AST油壓跳機。隔膜閥用油量只有在啟動、試驗、手動打閘、機械超速時才會有變化，而且腔室用油量較小，EH油泵為變容量高壓柱塞泵，在不影響正常運行的前提下，完全可以滿足隔膜閥用油要求。

改進后汽輪機運行過程中潤滑油壓低開啟隔膜閥跳機的保護失去，但潤滑油系統的保護配置較全，可以滿足機組穩定運行和安全停機的需要。參考東方汽輪機有限公司的汽輪機組潤滑油系統的運行方式（大多沒有隔膜閥，潤滑油系統和EH油系統分開），改進后對潤滑油系統可靠性沒有影響。

3.3 改進的優點

（1）減少投資降低成本。改進后，相比去掉的高壓啟動油泵、主油泵供低壓安全油系統、相關的電機、電氣開關、電纜以及DCS邏輯的精簡，雖然增加了一個調節閥，整體投資是減少的。

（2）優化啟動程序，減少運行操作量。取消高壓啟動油泵系統，設備數量減少，簡化了汽輪機的啟動操作，減少了運行中巡視檢查項目和相關的定期工作，降低了運行操作量。

（3）降低維護量節約成本。設備數量減少，簡化了系統，減少了可能發生故障的概率；日常維護、檢修工作量減少，而且減少了備品、備件的庫存，降低了資金占用。

（4）提高了汽輪機啟動的可靠性。改造后避免了機組啟動時，高壓啟動油泵故障影響汽輪機的復位或中斷啟動程序，減少了高壓啟動油泵和主油泵向低壓安全油供油切換步驟，進一步降低了發生異常的可能性。EH油系統運行穩定，EH油泵一運一備提高了汽輪機啟動和運行的可靠性。

（5）降低了機組啟動時的耗電量。由于高壓啟動油泵在機組啟動過程中一直處于運行狀態，連續耗電。改造由EH油泵供低壓安全油后，因EH油泵本就是連續運行設備，沒有增加額外的電耗，取消了高壓啟動油泵的電耗。因此，改造后降低了機組啟動時的耗電量。

4 結語

本方案對汽輪機掛閘系統的改造，現場改進工作量小，管道連接簡單，便于施工，施工費用少。改造不涉及原則性問題，降低了運行、維護工作量，提高了設備運行的可靠性，具有一定的實際意義，希望本文能給業界同行提供一個新的思路。