華能福州電廠#6汽機(jī)ATT試驗(yàn)失敗的原因分析及防范措施

引言

華能福州電廠#6汽輪機(jī)是上海電氣集團(tuán)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(jí)回?zé)岢槠?、凝汽式汽輪機(jī)?？刂朴拖到y(tǒng)采用EH高壓抗燃油,主汽輪機(jī)與給水泵的小汽機(jī)共用一套控制油系統(tǒng),原控制油系統(tǒng)配備兩臺(tái)100%容量的控制油泵,容量為82L/min,一運(yùn)一備,均為德國(guó)博世力士樂(lè)公司生產(chǎn),正常運(yùn)行EH油壓力16MPa。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用西門(mén)子最新的sPPA-T3000系統(tǒng)。

1西門(mén)子汽輪機(jī)閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)ATT

超超臨界機(jī)組運(yùn)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(jī)閥門(mén)的卡澀,留下嚴(yán)重的安全隱患。為驗(yàn)證各汽門(mén)能否正常關(guān)閉,跳閘電磁閥能否正常動(dòng)作,防止和及時(shí)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)主汽門(mén)及調(diào)門(mén)閥門(mén)卡澀缺陷,根據(jù)二十五項(xiàng)反措規(guī)定,汽輪機(jī)必須定期進(jìn)行閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)。

西門(mén)子公司要求汽輪機(jī)ATT試驗(yàn)時(shí)負(fù)荷低于80%,DEH系統(tǒng)工作正常,汽輪機(jī)運(yùn)行工況穩(wěn)定,各輔助系統(tǒng)運(yùn)行情況良好,參數(shù)穩(wěn)定。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程通過(guò)DEH的順序控制邏輯sGC實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)過(guò)程中某個(gè)閥門(mén)從全開(kāi)狀態(tài)向全關(guān)狀態(tài)動(dòng)作時(shí),一個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器會(huì)工作,記錄該閥門(mén)的關(guān)閉時(shí)間,并判斷時(shí)間是否合格。在DEH上投入sGC子組控制后,汽輪機(jī)閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)開(kāi)始,試驗(yàn)順序如下:

(1）A側(cè)高壓調(diào)門(mén)的閥限自動(dòng)設(shè)定為0,該調(diào)門(mén)逐漸關(guān)閉,同時(shí)B側(cè)高壓調(diào)門(mén)自動(dòng)打開(kāi),維持機(jī)組負(fù)荷不變。

(2）A側(cè)高壓調(diào)門(mén)全關(guān)后,進(jìn)行A側(cè)高壓主汽門(mén)的活動(dòng)試驗(yàn):主汽門(mén)的兩個(gè)跳閘電磁閥分別動(dòng)作1次,高壓主汽門(mén)全程活動(dòng)2次。

(3）A側(cè)高壓主汽門(mén)全關(guān)后,進(jìn)行A側(cè)高壓調(diào)門(mén)的活動(dòng)試驗(yàn):調(diào)門(mén)的兩個(gè)跳閘電磁閥分別動(dòng)作1次,高壓調(diào)門(mén)全程活動(dòng)2次。

(4）A側(cè)高壓主汽門(mén)和高壓調(diào)門(mén)試驗(yàn)完畢,主汽門(mén)自動(dòng)全開(kāi),A側(cè)高壓調(diào)門(mén)緩慢打開(kāi),B側(cè)高壓調(diào)門(mén)緩慢關(guān)小,恢復(fù)至試驗(yàn)前狀態(tài)。

(5）繼續(xù)順序進(jìn)行B側(cè)高壓主汽門(mén)和高壓調(diào)門(mén)、A側(cè)中壓主汽門(mén)和中壓調(diào)門(mén)、B側(cè)中壓主汽門(mén)和中壓調(diào)門(mén)試驗(yàn)。

2油動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

西門(mén)子汽輪機(jī)油動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)思路嚴(yán)謹(jǐn)、簡(jiǎn)約,油系統(tǒng)較為簡(jiǎn)潔,故障點(diǎn)較少,可靠性高。但也存在油路測(cè)點(diǎn)少,缺乏油路故障自動(dòng)判斷及快速隔離故障能力的問(wèn)題[2]。660Mw西門(mén)子汽輪機(jī)閥門(mén)包括A/B側(cè)高壓主汽門(mén)和高壓調(diào)門(mén)、A/B側(cè)中壓主汽

門(mén)和中壓調(diào)門(mén)以及一個(gè)補(bǔ)汽閥,共計(jì)9個(gè)閥門(mén),所有閥門(mén)均由油動(dòng)機(jī)控制開(kāi)啟和關(guān)閉,EH油直接從EH油供油母管供應(yīng)到汽輪機(jī)油動(dòng)機(jī),油路控制回路集中在油動(dòng)機(jī)本體上,各油動(dòng)機(jī)控制回路獨(dú)立布置。

以調(diào)門(mén)油動(dòng)機(jī)為例:從供油系統(tǒng)來(lái)的EH油經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后分為兩路,一路到跳閘電磁閥,一路到調(diào)門(mén)電液伺服閥。跳閘電磁閥共兩只,冗余配置,接收汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來(lái)的信號(hào)。汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí),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(lái)的信號(hào),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(kāi)大閥門(mén),或?qū)H油從油缸進(jìn)油腔室中放出,使閥門(mén)在彈簧力作用下關(guān)小。控制系統(tǒng)接收閥門(mén)的位置反饋信號(hào),和閥門(mén)的指令信號(hào)比較,發(fā)出指令到電液伺服閥,從而精確地將閥門(mén)控制在所需開(kāi)度。

跳閘電磁閥接收到保護(hù)系統(tǒng)的跳閘信號(hào)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(kāi),小單向閥打開(kāi)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(kāi),大單向閥連接著油動(dòng)機(jī)油缸活塞的上下腔室,使活塞上下腔室接通,同時(shí)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(dòng)機(jī)在彈簧力的作用下迅速關(guān)閉,整個(gè)油動(dòng)機(jī)的關(guān)閉時(shí)間<200ms。

3一起典型事件

9月11日,#6機(jī)組在ATT試驗(yàn)時(shí),異物卡澀#1高壓調(diào)門(mén)跳閘電磁閥1進(jìn)油節(jié)流孔導(dǎo)致機(jī)組跳閘。

3.1事件過(guò)程

9月11日12:08,6號(hào)機(jī)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(yùn)行。開(kāi)始執(zhí)行定期工作ATT主機(jī)閥活動(dòng)試驗(yàn)。12:09:55,左側(cè)高壓調(diào)門(mén)跳閘電磁閥1動(dòng)作,調(diào)門(mén)全關(guān):12:10:38,控制油A泵出口壓力<13.5MPa(135bar）,A泵異常報(bào)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(dòng)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(yùn)行人員復(fù)歸油泵A泵異常報(bào)警,此時(shí),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(dòng)A泵:12:13:33,母管壓力<10.5MPa(105bar）,延時(shí)5s汽機(jī)跳閘,鍋爐MFT。

3.2原因分析

解體檢查#1高壓調(diào)門(mén)跳閘電磁閥1,發(fā)現(xiàn)在電磁閥節(jié)流孔前有15mm長(zhǎng)、1mm寬的異物（橡膠密封圈殘片）。解體檢查高壓油動(dòng)機(jī)控制油模塊內(nèi)的單向控制閥、伺服閥入口濾網(wǎng)、油動(dòng)機(jī)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(jī),檢查兩臺(tái)控制油泵聯(lián)軸器也正常。

ATT試驗(yàn)中異物堵塞跳閘電磁閥1的節(jié)流孔后,當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到跳閘電磁閥1失電動(dòng)作時(shí),調(diào)門(mén)能順利關(guān)閉,但恢復(fù)過(guò)程中,因異物堵塞跳閘電磁閥無(wú)法接通油路,導(dǎo)致小單向閥的壓力油壓無(wú)法建立,小單向閥保持打開(kāi)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(kāi)狀態(tài),該調(diào)門(mén)油動(dòng)機(jī)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(mén)關(guān)閉,反饋始終為0,此時(shí)一旦調(diào)門(mén)存在開(kāi)啟指令,則調(diào)門(mén)伺服閥動(dòng)作開(kāi)始進(jìn)油,而EH油還未進(jìn)入油動(dòng)機(jī)進(jìn)油腔就被泄走,調(diào)門(mén)無(wú)法開(kāi)啟,調(diào)門(mén)指令和反饋的偏差會(huì)持續(xù)存在并不斷擴(kuò)大,調(diào)門(mén)控制回路會(huì)控制伺服閥的油流量越來(lái)越大,并全部通過(guò)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(tái)EH油泵運(yùn)行仍無(wú)法維持EH油壓,當(dāng)EH油壓降至10.5MPa后延時(shí)5s汽輪機(jī)跳閘。

3.3事件暴露的問(wèn)題

跳機(jī)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(wèn)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(shí)無(wú)法自動(dòng)判斷故障。

（3）國(guó)產(chǎn)油動(dòng)機(jī)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(jī)正常運(yùn)行中或ATT試驗(yàn)中EH油壓下降造成跳機(jī)事故,針對(duì)跳機(jī)事件暴露出的問(wèn)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(dòng)判斷及隔離功能

因目前DEH無(wú)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(yàn)時(shí)DEH檢測(cè)到控制油母管壓力異常同時(shí)調(diào)門(mén)指令反饋偏差大時(shí),發(fā)出信號(hào)將調(diào)門(mén)伺服閥指令清零的邏輯。當(dāng)母管壓力>15.0MPa（150bar）,延時(shí)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(shí)5s）兩個(gè)跳閘電磁閥輸出帶電指令:調(diào)門(mén)指令>8%:實(shí)際調(diào)門(mén)全關(guān):油壓<14.0MPa（140bar）:調(diào)門(mén)ATT試驗(yàn)進(jìn)行中（補(bǔ)汽閥屬于MAA1高壓主汽門(mén)1、調(diào)門(mén)1組）:

邏輯保護(hù)結(jié)果:將伺服閥指令置零:將調(diào)門(mén)閥限降至-5%。

未設(shè)計(jì)做主汽門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)跳閘電磁閥卡澀主汽門(mén)無(wú)法開(kāi)啟,自動(dòng)帶電關(guān)閉前導(dǎo)閥的邏輯,是因?yàn)榍皩?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(huì)很大。曾利用停機(jī)機(jī)會(huì)在#5機(jī)做試驗(yàn),主汽門(mén)跳閘電磁閥失電關(guān)閉,前導(dǎo)閥失電開(kāi)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(duì)油壓的影響不是很大。

（2）增加主汽門(mén)及調(diào)門(mén)跳閘電磁閥斷線等導(dǎo)致電磁閥失電時(shí)將閥位置零邏輯。

1）主汽門(mén)邏輯保護(hù)條件:（邏輯關(guān)系"與"）任一跳閘電磁閥無(wú)指令輸出:有且只有一臺(tái)控制油泵運(yùn)行（為躲過(guò)順控啟動(dòng)控制油系統(tǒng)的注油過(guò)程,當(dāng)兩臺(tái)控制油泵同時(shí)運(yùn)行超過(guò)4s時(shí),跳閘電磁閥無(wú)指令輸出,不會(huì)關(guān)閉前導(dǎo)閥。）邏輯保護(hù)結(jié)果:開(kāi)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(mén)邏輯保護(hù)條件:任一跳閘電磁閥無(wú)指令輸出。邏輯保護(hù)結(jié)果:將伺服閥指令置零:將調(diào)門(mén)閥限降至-5%。

3.4.2加強(qiáng)運(yùn)行人員的培訓(xùn),制定ATT試驗(yàn)措施

運(yùn)行部加強(qiáng)運(yùn)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(dòng)機(jī)出現(xiàn)類(lèi)似情況時(shí),能及時(shí)中斷試驗(yàn)或隔離故障油路,避免機(jī)組跳閘,并制定ATT試驗(yàn)時(shí)的運(yùn)行措施。

三期ATT試驗(yàn)每個(gè)閥門(mén)組分開(kāi)逐個(gè)執(zhí)行,按順序#1高壓、#2高壓、#1中壓、#2中壓閥門(mén)組活動(dòng)試驗(yàn),補(bǔ)汽閥暫不執(zhí)行:做閥試驗(yàn)前現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)控制油系統(tǒng)運(yùn)行正常,各主汽門(mén)、調(diào)門(mén)正常:試驗(yàn)前與主控做好聯(lián)系,保持通信暢通,將對(duì)應(yīng)的供油手動(dòng)門(mén)手柄裝好后,開(kāi)始該組閥試驗(yàn),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(dòng)作不正常,未能將故障點(diǎn)切除時(shí),及時(shí)關(guān)閉該組閥門(mén)供油手動(dòng)門(mén)。試驗(yàn)完畢取下手柄。

3.4.3控制油系統(tǒng)擴(kuò)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(lè)新的大容量油泵,流量由82L/min升級(jí)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(gè)入口濾網(wǎng)以及一個(gè)手動(dòng)隔離球閥。

3.4.4加裝高性能抗燃油系統(tǒng)在線濾油機(jī)

為了使EH控制油的各項(xiàng)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(jī)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(jī)?？蓪?duì)運(yùn)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(jī)械雜質(zhì)等,保持油品性能的長(zhǎng)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(yùn)行的要求。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述,國(guó)產(chǎn)西門(mén)子油動(dòng)機(jī)配件可靠性不高、EH油設(shè)計(jì)容量偏小及西門(mén)子DEH系統(tǒng)保護(hù)邏輯不完善等問(wèn)題,導(dǎo)致了福州電廠#6機(jī)組跳機(jī)事件,福州電廠針對(duì)性采取邏輯優(yōu)化、技術(shù)改造、運(yùn)行人員技能培訓(xùn)、加強(qiáng)油質(zhì)管理及設(shè)備清洗等措施,有效消除了ATT試驗(yàn)過(guò)程中的安全隱患,事實(shí)證明在ATT試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生故障導(dǎo)致EH油壓下降時(shí),能及時(shí)隔絕故障并迅速恢復(fù)正常,未造成事故擴(kuò)大,說(shuō)明防范措施是合理和可行的,為其他同類(lèi)型機(jī)組提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。