引言
華能福州電廠#6汽輪機是上海電氣集團生產(chǎn)的N660-25/600/600、超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、八級回?zé)岢槠?、凝汽式汽輪機?？刂朴拖到y(tǒng)采用EH高壓抗燃油,主汽輪機與給水泵的小汽機共用一套控制油系統(tǒng),原控制油系統(tǒng)配備兩臺100%容量的控制油泵,容量為82L/min,一運一備,均為德國博世力士樂公司生產(chǎn),正常運行EH油壓力16MPa。汽輪機控制系統(tǒng)采用西門子最新的sPPA-T3000系統(tǒng)。
1西門子汽輪機閥門活動試驗ATT
超超臨界機組運行參數(shù)很高,高溫蠕變、高溫氧化皮、固體顆粒腐蝕等因素可能造成汽輪機閥門的卡澀,留下嚴(yán)重的安全隱患。為驗證各汽門能否正常關(guān)閉,跳閘電磁閥能否正常動作,防止和及時發(fā)現(xiàn)汽輪機主汽門及調(diào)門閥門卡澀缺陷,根據(jù)二十五項反措規(guī)定,汽輪機必須定期進(jìn)行閥門活動試驗。
西門子公司要求汽輪機ATT試驗時負(fù)荷低于80%,DEH系統(tǒng)工作正常,汽輪機運行工況穩(wěn)定,各輔助系統(tǒng)運行情況良好,參數(shù)穩(wěn)定。整個試驗過程通過DEH的順序控制邏輯sGC實現(xiàn)。試驗過程中某個閥門從全開狀態(tài)向全關(guān)狀態(tài)動作時,一個獨立的定時器會工作,記錄該閥門的關(guān)閉時間,并判斷時間是否合格。在DEH上投入sGC子組控制后,汽輪機閥門活動試驗開始,試驗順序如下:
(1）A側(cè)高壓調(diào)門的閥限自動設(shè)定為0,該調(diào)門逐漸關(guān)閉,同時B側(cè)高壓調(diào)門自動打開,維持機組負(fù)荷不變。
(2）A側(cè)高壓調(diào)門全關(guān)后,進(jìn)行A側(cè)高壓主汽門的活動試驗:主汽門的兩個跳閘電磁閥分別動作1次,高壓主汽門全程活動2次。
(3）A側(cè)高壓主汽門全關(guān)后,進(jìn)行A側(cè)高壓調(diào)門的活動試驗:調(diào)門的兩個跳閘電磁閥分別動作1次,高壓調(diào)門全程活動2次。
(4）A側(cè)高壓主汽門和高壓調(diào)門試驗完畢,主汽門自動全開,A側(cè)高壓調(diào)門緩慢打開,B側(cè)高壓調(diào)門緩慢關(guān)小,恢復(fù)至試驗前狀態(tài)。
(5）繼續(xù)順序進(jìn)行B側(cè)高壓主汽門和高壓調(diào)門、A側(cè)中壓主汽門和中壓調(diào)門、B側(cè)中壓主汽門和中壓調(diào)門試驗。
2油動機結(jié)構(gòu)
西門子汽輪機油動機設(shè)計思路嚴(yán)謹(jǐn)、簡約,油系統(tǒng)較為簡潔,故障點較少,可靠性高。但也存在油路測點少,缺乏油路故障自動判斷及快速隔離故障能力的問題[2]。660Mw西門子汽輪機閥門包括A/B側(cè)高壓主汽門和高壓調(diào)門、A/B側(cè)中壓主汽
門和中壓調(diào)門以及一個補汽閥,共計9個閥門,所有閥門均由油動機控制開啟和關(guān)閉,EH油直接從EH油供油母管供應(yīng)到汽輪機油動機,油路控制回路集中在油動機本體上,各油動機控制回路獨立布置。
以調(diào)門油動機為例:從供油系統(tǒng)來的EH油經(jīng)過過濾器后分為兩路,一路到跳閘電磁閥,一路到調(diào)門電液伺服閥。跳閘電磁閥共兩只,冗余配置,接收汽輪機保護(hù)系統(tǒng)來的信號。汽輪機正常運行時,跳閘電磁閥為帶電狀態(tài),大小單向閥保持關(guān)閉狀態(tài)。電液伺服閥接收控制系統(tǒng)來的信號,根據(jù)需要將EH油通到活塞進(jìn)油腔室,克服彈簧力作用開大閥門,或?qū)H油從油缸進(jìn)油腔室中放出,使閥門在彈簧力作用下關(guān)小。控制系統(tǒng)接收閥門的位置反饋信號,和閥門的指令信號比較,發(fā)出指令到電液伺服閥,從而精確地將閥門控制在所需開度。
跳閘電磁閥接收到保護(hù)系統(tǒng)的跳閘信號后失電,失電的跳閘電磁閥接通泄油回路,使小單向閥的壓力油泄壓,進(jìn)而使小單向閥打開,小單向閥打開后將大單向閥的壓力油接通泄油通道,導(dǎo)致大單向閥打開,大單向閥連接著油動機油缸活塞的上下腔室,使活塞上下腔室接通,同時連接泄油通道,進(jìn)油腔室的油也回到泄油通道,活塞兩邊油壓相等,油動機在彈簧力的作用下迅速關(guān)閉,整個油動機的關(guān)閉時間<200ms。
3一起典型事件
9月11日,#6機組在ATT試驗時,異物卡澀#1高壓調(diào)門跳閘電磁閥1進(jìn)油節(jié)流孔導(dǎo)致機組跳閘。
3.1事件過程
9月11日12:08,6號機組510Mw,主蒸汽溫度602℃,主蒸汽壓力20.8MPa,再熱器溫度583℃,A/C/D/E/F磨運行。開始執(zhí)行定期工作ATT主機閥活動試驗。12:09:55,左側(cè)高壓調(diào)門跳閘電磁閥1動作,調(diào)門全關(guān):12:10:38,控制油A泵出口壓力<13.5MPa(135bar）,A泵異常報警:12:10:39,控制油A泵出口壓力13.4MPa(134bar）,母管壓力13.2MPa(132bar）,A泵出口壓力<13.5MPa(135bar）,聯(lián)鎖啟動B泵:12:11:03,A泵出口壓力16.0MPa(160bar）,母管壓力15.9MPa(159bar）,B泵出口壓力16.0MPa(160bar）,A、B泵出口壓力>16.0MPa(160bar）,聯(lián)鎖停A泵:12:13:23,運行人員復(fù)歸油泵A泵異常報警,此時,A泵出口壓力0,母管壓力10.3MPa(103bar）,B泵出口壓力10.4MPa(104bar）:12:13:26,母管壓力10.2MPa(102bar）,B泵出口壓力10.4MPa<13.5MPa(104bar<135bar）,聯(lián)鎖啟動A泵:12:13:33,母管壓力<10.5MPa(105bar）,延時5s汽機跳閘,鍋爐MFT。
3.2原因分析
解體檢查#1高壓調(diào)門跳閘電磁閥1,發(fā)現(xiàn)在電磁閥節(jié)流孔前有15mm長、1mm寬的異物（橡膠密封圈殘片）。解體檢查高壓油動機控制油模塊內(nèi)的單向控制閥、伺服閥入口濾網(wǎng)、油動機進(jìn)油濾網(wǎng)、EH系統(tǒng)回油濾網(wǎng)均正常,吊出A/B控制油泵電機,檢查兩臺控制油泵聯(lián)軸器也正常。
ATT試驗中異物堵塞跳閘電磁閥1的節(jié)流孔后,當(dāng)試驗進(jìn)行到跳閘電磁閥1失電動作時,調(diào)門能順利關(guān)閉,但恢復(fù)過程中,因異物堵塞跳閘電磁閥無法接通油路,導(dǎo)致小單向閥的壓力油壓無法建立,小單向閥保持打開狀態(tài),進(jìn)而使大單向閥的壓力油與泄油回路接通,大單向閥也是打開狀態(tài),該調(diào)門油動機油腔內(nèi)外油壓泄掉,且進(jìn)油腔室與泄油回路連接,彈簧力使調(diào)門關(guān)閉,反饋始終為0,此時一旦調(diào)門存在開啟指令,則調(diào)門伺服閥動作開始進(jìn)油,而EH油還未進(jìn)入油動機進(jìn)油腔就被泄走,調(diào)門無法開啟,調(diào)門指令和反饋的偏差會持續(xù)存在并不斷擴大,調(diào)門控制回路會控制伺服閥的油流量越來越大,并全部通過泄油回路返回EH油箱,導(dǎo)致EH油母管壓力迅速下降,加之EH油泵容量偏小,兩臺EH油泵運行仍無法維持EH油壓,當(dāng)EH油壓降至10.5MPa后延時5s汽輪機跳閘。
3.3事件暴露的問題
跳機事件的直接原因是控制油壓低于保護(hù)值。事件暴露了以下問題:
（1）EH油系統(tǒng)存在雜質(zhì)。
（2）DEH控制系統(tǒng)在出現(xiàn)跳閘電磁閥故障或單向閥故障時無法自動判斷故障。
（3）國產(chǎn)油動機配件質(zhì)量水平有待提高。
3.4采取的防范措施
為避免汽輪機正常運行中或ATT試驗中EH油壓下降造成跳機事故,針對跳機事件暴露出的問題,采取了以下預(yù)防措施:3.4.1修改優(yōu)化DEH邏輯,增加故障自動判斷及隔離功能
因目前DEH無法監(jiān)視單向閥前油壓及單向閥狀態(tài),經(jīng)論證后采取了以下邏輯優(yōu)化:
（1）增加ATT試驗時DEH檢測到控制油母管壓力異常同時調(diào)門指令反饋偏差大時,發(fā)出信號將調(diào)門伺服閥指令清零的邏輯。當(dāng)母管壓力>15.0MPa（150bar）,延時30s,才允許投入子環(huán)恢復(fù)。
邏輯保護(hù)條件:（邏輯關(guān)系"與"延時5s）兩個跳閘電磁閥輸出帶電指令:調(diào)門指令>8%:實際調(diào)門全關(guān):油壓<14.0MPa（140bar）:調(diào)門ATT試驗進(jìn)行中（補汽閥屬于MAA1高壓主汽門1、調(diào)門1組）:
邏輯保護(hù)結(jié)果:將伺服閥指令置零:將調(diào)門閥限降至-5%。
未設(shè)計做主汽門活動試驗時跳閘電磁閥卡澀主汽門無法開啟,自動帶電關(guān)閉前導(dǎo)閥的邏輯,是因為前導(dǎo)閥管路內(nèi)有節(jié)流孔,即使發(fā)生跳閘電磁閥故障,泄油量也不會很大。曾利用停機機會在#5機做試驗,主汽門跳閘電磁閥失電關(guān)閉,前導(dǎo)閥失電開啟情況下,控制油壓由16.1MPa（161bar）下降至15.7MPa（157bar）,控制油泵電流由29A上升至43A,對油壓的影響不是很大。
（2）增加主汽門及調(diào)門跳閘電磁閥斷線等導(dǎo)致電磁閥失電時將閥位置零邏輯。
1）主汽門邏輯保護(hù)條件:（邏輯關(guān)系"與"）任一跳閘電磁閥無指令輸出:有且只有一臺控制油泵運行（為躲過順控啟動控制油系統(tǒng)的注油過程,當(dāng)兩臺控制油泵同時運行超過4s時,跳閘電磁閥無指令輸出,不會關(guān)閉前導(dǎo)閥。）邏輯保護(hù)結(jié)果:開啟前導(dǎo)閥電磁閥,關(guān)閉前導(dǎo)閥（前導(dǎo)閥帶電關(guān)閉,切斷供油）。
2）調(diào)門邏輯保護(hù)條件:任一跳閘電磁閥無指令輸出。邏輯保護(hù)結(jié)果:將伺服閥指令置零:將調(diào)門閥限降至-5%。
3.4.2加強運行人員的培訓(xùn),制定ATT試驗措施
運行部加強運行人員培訓(xùn),提高異常狀態(tài)應(yīng)急處置水平。做好事故預(yù)想,在油動機出現(xiàn)類似情況時,能及時中斷試驗或隔離故障油路,避免機組跳閘,并制定ATT試驗時的運行措施。
三期ATT試驗每個閥門組分開逐個執(zhí)行,按順序#1高壓、#2高壓、#1中壓、#2中壓閥門組活動試驗,補汽閥暫不執(zhí)行:做閥試驗前現(xiàn)場確認(rèn)控制油系統(tǒng)運行正常,各主汽門、調(diào)門正常:試驗前與主控做好聯(lián)系,保持通信暢通,將對應(yīng)的供油手動門手柄裝好后,開始該組閥試驗,如遇跳閘電磁閥故障、單向閥卡澀等異常情況造成大量泄油,控制油壓下降,邏輯動作不正常,未能將故障點切除時,及時關(guān)閉該組閥門供油手動門。試驗完畢取下手柄。
3.4.3控制油系統(tǒng)擴容改造,提高控制油系統(tǒng)穩(wěn)定性
將6A、6B控制油泵改為博世力士樂新的大容量油泵,流量由82L/min升級為103L/min,并由油箱內(nèi)改為臥式外置于油箱旁,泵溢流管連通至油箱:6A、6B控制油泵入口處各增加一個入口濾網(wǎng)以及一個手動隔離球閥。
3.4.4加裝高性能抗燃油系統(tǒng)在線濾油機
為了使EH控制油的各項指標(biāo)（如水分、顆粒度、酸值、電阻率等）均能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,在#6汽機的抗燃油系統(tǒng)上安裝1套在線濾油裝置KZTZ-2,替換原只有脫水效果真空濾油機?？蓪\行中抗燃油進(jìn)行再生、脫水、凈化,除去油品老化劣化產(chǎn)生的有害酸性產(chǎn)物、膠質(zhì)、水分及油中的機械雜質(zhì)等,保持油品性能的長期穩(wěn)定,可使油品性能指標(biāo)充分滿足調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備安全運行的要求。
4結(jié)語
綜上所述,國產(chǎn)西門子油動機配件可靠性不高、EH油設(shè)計容量偏小及西門子DEH系統(tǒng)保護(hù)邏輯不完善等問題,導(dǎo)致了福州電廠#6機組跳機事件,福州電廠針對性采取邏輯優(yōu)化、技術(shù)改造、運行人員技能培訓(xùn)、加強油質(zhì)管理及設(shè)備清洗等措施,有效消除了ATT試驗過程中的安全隱患,事實證明在ATT試驗過程中發(fā)生故障導(dǎo)致EH油壓下降時,能及時隔絕故障并迅速恢復(fù)正常,未造成事故擴大,說明防范措施是合理和可行的,為其他同類型機組提供了借鑒經(jīng)驗。
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