淺析1000MW超超臨界機組高旁故障快開風險及處理

夏鵬遠

（國家能源集團泰州發電有限公司，江蘇 泰州 215300）

1 系統設備概述

某廠二期1000MW超超臨界機組的三級串聯旁路系統是由100%BMCR高壓旁路+50%中壓旁路+65%低壓旁路組成。其中高壓旁路安裝在鍋爐側，由4組25%BMCR閥組組成，如圖1超超臨界機組三級旁路系統圖所示[1]。

圖1 1000MW超超臨界機組三級旁路系統圖

高壓旁路兩側分別從鍋爐出口主蒸汽支管上接出，在接入鍋爐側一次冷再蒸汽支管的過程中要先經歷減溫減壓等一系列措施，以便保護爐內一次再熱的換熱器。

中壓旁路與低壓旁路設置在汽輪機側。中壓旁路由2組旁路閥組成，分別從一次再熱蒸汽管道接出，期間經過減溫減壓后接入二次再熱冷端蒸汽母管。低壓旁路則由2組旁路閥組成，分別從二次再熱蒸汽管道接出，期間通過減溫減壓后接入凝汽器喉部。

高壓、中壓、低壓旁路分別設置一套液壓油站以便提供一定壓力的液壓油，作為旁路以及旁路減溫水閥門的動力源。

高壓旁路閥內有彈簧，正常運行時高旁油站系統負責維持油壓，高旁閥門在液壓油壓力的作用下維持關閉的狀態。當旁路油站故障導致油壓失去時，高旁閥門會在彈簧力的作用下迅速自動開啟，且無法關閉，只能等液壓油壓力恢復。

2 高旁故障快開的原因及主要風險

2.1 高旁快開邏輯簡介

考慮到某些異常情況下為防止鍋爐側超壓，高旁設置了兩種快開功能：

（1）第一種為邏輯觸發，觸發條件為：機組負荷>800MW并延時10s，發電機跳閘或汽機跳閘，且主汽壓力大于33.5MPa。

（2）第二種為硬接線觸發，主汽壓力測點直接連接至旁路閥上的3個快開繼電器，當主汽壓力超過33.5Mpa時，只要任意一個快開繼電器被觸發，旁路閥即動作。A、B、C、D側哪個旁路閥上的繼電器動作便觸發哪側的旁路閥。

2.2 高旁快開的原因

（1）當快開邏輯均滿足時觸發高壓旁路閥的快開功能，安全電磁閥失電，高旁快開。在DCS快開邏輯中4個高壓旁路閥組聯動快開，同時開啟[2]。

（2）當任意一個主汽壓高開關觸發保護動作或者出現信號誤動，該側高壓旁路閥組的安全電磁閥觸發失電保護動作，致使該側高壓旁路快開，且無法遠方控制。

（3）旁路油站油壓失去后，閥門會在彈簧力的作用下開啟。此種情況下4組高旁閥會同時開啟。

2.3 高旁快開的主要風險（不限于以下）

（1）高壓旁路開啟后，因大量蒸汽流入旁路管路，超高壓缸蒸汽通流量將急劇下降，若此時超高調門承擔調節汽壓工作，則OSB輸出將達到下限20%，超高壓缸將喪失功率輸出能力，超高排溫度會因通流量大幅下降而快速升高，超高壓缸整體溫度水平超限，甚至直接觸發超高排溫度高跳機邏輯。此外各汽缸功率輸出的占比大幅改變，會造成汽輪機軸向推力變化，以及破壞軸瓦之間的平衡，可能出現參數越限，甚至引起汽輪機設備損壞。

（2）超高排溫度升高后，有較大可能造成一再入口聯箱金屬管壁連鎖超溫，降低受熱面金屬壽命甚至出現高溫裂紋。同時由于某廠高壓供熱蒸汽以及輔汽汽源也來自冷再，也容易發生超溫現象，影響供熱品質和輔汽用戶[3]。

（3）因高旁誤動后將導致大量高溫高壓蒸汽經由旁路直接進入再熱器，此時一再蒸汽極有可能出現超壓情況。這將導致高、中、低壓缸中流經大量蒸汽，這將導致部分通流區域承受的高壓差超過設計參數，這將導致各缸體承受過度載荷，進而損傷汽輪機組。若出現高、中壓缸進汽壓力高，同時伴隨汽溫以及排汽壓力下降的情況，則可能導致低壓缸排汽干度低，造成尾部葉片出現水沖蝕損傷，增加葉片斷裂的風險，甚至引起葉片破碎等惡性事故。

（4）超高排、高排溫度控制器動作自動關小高壓、中壓調門后，再熱蒸汽壓力和各級抽汽壓力均可能出現大幅波動，小機轉速可能同時晃動導致給水流量不穩，供熱品質下降，對應的高壓加熱器可能出現虛假水位，閃蒸等問題。

（5）若再熱器安全門開啟，工質將會大量流失，凝汽器水位下降鍋過快，影響凝汽器真空等機組運行參數。

（6）鍋爐高負荷情況下，低壓缸排汽和流經低旁的大量蒸汽進入凝汽器，此時低旁減溫水裕度不足，無法有效的降低低旁閥后蒸汽溫度，可能導致凝汽器超熱負荷，凝汽器真空急速上升，造成機組停機。

3 高旁故障快開的處理措施

（1）首先確認高旁閥組為單側閥門全開，同時高壓旁路油站油壓未出現異常降低，對應高壓旁路減溫水正常開啟，DCS上可能出現主汽壓力高信號顯示。這時應懷疑是由壓力信號出現異常引起的誤動，此時的處理方式應為穩住機組工況，盡快聯系熱工班組處理。

（2）確認機組協調退出，并切至手動控制方式，DEH控制方式改為限壓方式。通過提升負荷設定值以期全開汽輪機超高壓調門，同時密切監視汽輪機超高壓缸葉片溫度、超高排溫度、軸向位移、軸瓦溫度、振動等重要參數的變化情況。

（3）制粉系統方面則應按F磨煤機-A磨煤機-E磨煤機的順序快速停運制粉系統，保留3臺磨煤機運行，將鍋爐負荷降至50%以下；同時維持水煤比正常；控制爐內氧量、爐膛負壓正常，避免發生劇烈波動。

（4）將輔汽及供熱系統汽源切至鄰機供給，小機汽源若壓力或溫度晃動則應及時切換至輔汽供汽。

（5）高旁開啟后，主汽壓下降速度過快，給水流量控制可能發生滯后，此時應重點關注過熱度及汽溫變化，做好快速跌汽溫的事故預想。

（6）若一次再熱器出現超壓情況，應確認再熱器安全門自動開啟，同時繼續減鍋爐熱負荷，確保一次再熱器壓力穩定。

（7）若再熱器安全門因壓力上升過快出現反復開關的情況，可以通過開大低壓旁路來緩解再熱汽壓力上升速率。再熱器安全門開啟后，應及時啟動備用凝輸泵加大補水量，避免工質流失導致凝汽器水位下降過快。

（8）值班員可適當降低給水焓值偏置設定值，增加水流量，其目的是提升主汽壓力；處理前期可適當降低主汽溫度，以保證高排溫度不超限，后期應及時回調參數，防止主汽溫度下降過快。超高排溫度高時，可通過適當改小中壓調門開度來分配進汽量，達到控制超高排溫度的目的。

（9）低壓旁路開啟后應加強監視凝汽器真空，循環水出水溫度等參數，必要時啟動備用真空泵和循泵，保障凝汽器真空穩定。

（10）時刻注意檢查各系統水位、流量、電機電流、溫度、壓力等情況，并及時發出調節指令，其中尤其需要注意的是在低壓旁路或再熱器安全門開啟后，凝結水流量、壓力，凝泵電流，凝汽器水位，給水泵密封水回水溫度等參數將可能發生巨大波動，應及時調整相關參數。

（11）輔汽溫度可能出現波動，加強監視和調整。

（12）高壓旁路故障隔離或消除前，可通過將因誤動而快開的高壓旁路修改為手動控制方式并將開度指令設定至當前開度，高壓旁路誤動故障消除后，加強監視高壓旁路，防止出現由于指令突然變化，導致閥門快速關閉，如未加以防范則可能造成主汽壓，再熱汽壓以及高排溫等機組參數再次大幅變化，出現再熱器事故減溫噴水后過熱度不足，給水流量下降等問題。

4 當出現以下情況執行緊急停運機組操作

（1）若再熱汽安全門動作不正常，一次再熱器進口壓力繼續超壓至14MPa,一次再熱器出口壓力繼續超壓至13.28MPa，且有繼續上漲趨勢，應立即緊急停爐。

（2）若因超高排溫度高導致切缸，則應立即打閘停機。若超高排溫度超過516℃，并且在15分鐘內未能下降或超高排溫度達530℃后，機組應手動打閘。若高壓旁路閥后溫度達到520℃，投運減溫水無效情況下，機組應手動打閘。

（3）關注汽輪機重要參數，確認一至六瓦振動值小于11.8mm/s，軸瓦溫度小于130° C。七、八、九瓦振動小于14.8mm/s，軸瓦溫度小于107°C。軸向位移在±1.0mm之間，汽輪機各瓦軸振小于130um，若接近且有繼續上升趨勢，立即手動打閘。

（4）再熱蒸汽溫度超過624℃或再熱器管壁出現多點超溫，在15分鐘內不能恢復正常應立即緊急停爐。

（5）若主、再熱蒸汽溫度10分鐘下降數值達到或超過50℃，按規程要求立即緊急停機。

（6）若高壓旁路4組閥門聯動開啟，開度大于50%且持續開大，短時高壓旁路油站油壓無法恢復，應立即緊急停機。

（7）一旦事故處理過程中，達到緊急停爐或緊急停機條件或重要參數接近跳閘值，則立即手動打閘機組，并就地確認液動盤車進油手動門開啟，關注加倉高揮發份煤種磨組的防爆工作，按措施執行停運，并做好后續防爆吹掃工作，做好緊急停機的相關后續工作。

5 結語

文章分析了1000MW超超臨界機組旁路系統中的高壓旁路系統發生故障快開現象的原因以及伴隨的主要風險點，并詳細制定了該事故發生后的一系列從發生到消除故障期間的處理措施，同時還有出現不可控情況下的緊急停爐標準。確保事故處理方向正確，時間緊湊，從而在最大程度上保障機組設備的安全。