S109FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作原因分析

吳凡

(杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310015)

0 引言

S109FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組是為國(guó)家“西氣東輸”工程配套而引進(jìn)的大型單軸天然氣發(fā)電機(jī)組，它由9FA燃?xì)廨啓C(jī)、D10蒸汽輪機(jī)、三壓無(wú)補(bǔ)燃余熱鍋爐和390H氫冷發(fā)電機(jī)組成，單臺(tái)容量390 MW。

S109FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的軸系布置按安裝位置依次為：#2軸承、燃?xì)廨啓C(jī)、#1軸承、聯(lián)軸器、#3軸承、蒸汽輪機(jī)高/中壓缸、#4軸承、聯(lián)軸器、#5軸承、蒸汽輪機(jī)低壓缸、#6軸承、聯(lián)軸器、#7軸承、發(fā)電機(jī)、#8軸承。

軸系上的所有軸承位置(燃?xì)廨啓C(jī)的#2和#1軸承；蒸汽輪機(jī)的#3，#4，#5 ，#6軸承；發(fā)電機(jī)的#7和#8軸承)均安裝了2個(gè)位移型(非接觸式)測(cè)振探頭。2個(gè)探頭均安裝在軸承外殼的上半部分(#1軸承除外，#1軸振傳感器安裝在外殼的下半部分)，一般位于垂直中心線45°。2個(gè)探頭分別用X和Y表示(如：1X/1Y～8X/8Y)，雖不接觸轉(zhuǎn)子軸頸，但可采用高頻磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量軸頸與傳感器尖端之間的距離(間隙)。

機(jī)組運(yùn)行8年多后，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，總結(jié)了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。筆者分析了導(dǎo)致S109FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組出現(xiàn)發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作的原因并提出了解決措施。

1 發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作出現(xiàn)異常

自從S109FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，先后出現(xiàn)了幾次發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作的異常情況，通常都發(fā)生在機(jī)組剛剛并網(wǎng)后的幾分鐘內(nèi)，同時(shí)伴有#5，#6軸振明顯增大的狀況。

電氣專業(yè)技術(shù)人員首先從功率測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和電網(wǎng)輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面進(jìn)行了分析，排除了功率表異常或輸電系統(tǒng)異常波動(dòng)造成發(fā)電機(jī)逆功率現(xiàn)象的可能性。因S109FA蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)為同軸布置，燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)的出力異常都可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出力異常，究竟是什么原因?qū)е聶C(jī)組出現(xiàn)發(fā)電機(jī)逆功率現(xiàn)象呢？

以下是其中一次發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作時(shí)的機(jī)組參數(shù)變化及報(bào)警記錄，主要參數(shù)變化趨勢(shì)如圖1所示。圖1是發(fā)生異常情況前、后10 min內(nèi)主要參數(shù)的變化情況，右側(cè)項(xiàng)目欄從上至下為：中壓排汽上缸壁溫、中壓排汽下缸壁溫、功率、低壓進(jìn)氣控制閥(ACV)開(kāi)度、轉(zhuǎn)速、疏水箱液位、聯(lián)通管溫度1、聯(lián)通管溫度2。

圖1 異?，F(xiàn)象發(fā)生時(shí)主要參數(shù)變化趨勢(shì)圖

2010-09-24 T 07：25，機(jī)組開(kāi)始啟動(dòng)，26 min后按正常啟動(dòng)程序達(dá)到全速3 000 r/min，07:51:22.322并網(wǎng)。機(jī)組并網(wǎng)后2 min于07:53:18.363發(fā)電機(jī)功率指示從25.17 MW開(kāi)始下降，伴隨出現(xiàn)#5，#6軸振同時(shí)上升的現(xiàn)象，6Y上升幅度明顯。在發(fā)電機(jī)功率指示下降的4.79 s過(guò)程中，07:53:22.959，出現(xiàn)了#6軸振高報(bào)警，07:53:23.00，機(jī)組6Y測(cè)振探頭達(dá)到第1個(gè)峰值0.2 mm，當(dāng)時(shí)的發(fā)電機(jī)功率指示為-21 MW。發(fā)電機(jī)功率繼續(xù)下降至谷底后反彈至-6.8 MW，07:53:24.322，發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)因逆功率保護(hù)動(dòng)作解列。

發(fā)電機(jī)解列后于07:53:26.159機(jī)組6Y出現(xiàn)第2個(gè)峰值達(dá)到自動(dòng)停機(jī)值0.203 mm。07:53:31.164，#5，#6軸振經(jīng)過(guò)第2個(gè)峰值后恢復(fù)正常，當(dāng)時(shí)機(jī)組全速空載狀態(tài)，整個(gè)軸振波動(dòng)過(guò)程歷時(shí)13 s。07:53:58.244,運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)重新維持機(jī)組3 000 r/min，全面檢查后未發(fā)現(xiàn)其他異常。08：09，機(jī)組發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)重新并列，未再出現(xiàn)異常情況，機(jī)組正常帶負(fù)荷至額定狀態(tài)。

2 原因分析

首先從燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)查找原因，調(diào)用歷史記錄對(duì)事發(fā)當(dāng)時(shí)可能影響機(jī)組出力的壓氣機(jī)排氣壓力、燃料行程基準(zhǔn)、壓氣機(jī)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉開(kāi)度、機(jī)組轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)、燃料氣速比截止閥后天然氣壓力等參數(shù)進(jìn)行觀察，均無(wú)明顯變化，排除了燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)異常的可能性。

繼續(xù)調(diào)用、查看歷史數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)，在發(fā)生發(fā)電機(jī)逆功率現(xiàn)象之前，位于低壓蒸汽進(jìn)入口處的中壓排汽缸上、下壁溫以及中低壓聯(lián)通管溫度均明顯下降。這時(shí)正是ACV開(kāi)啟向中、低壓缸通入來(lái)自輔助蒸汽的冷卻蒸汽的時(shí)刻。按照機(jī)組啟動(dòng)順控程序，低壓進(jìn)汽截止閥(ASV)在機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到45 r/min時(shí)開(kāi)啟，而與之相鄰的ACV則在75%額定轉(zhuǎn)速(2 250 r/min)時(shí)開(kāi)始開(kāi)啟，準(zhǔn)備向中、低壓缸提供冷卻蒸汽。機(jī)組從75%額定轉(zhuǎn)速到100%額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間約為90 s。

通過(guò)進(jìn)一步調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，在機(jī)組啟動(dòng)前的準(zhǔn)備階段，當(dāng)投入汽輪機(jī)軸封供汽、凝汽器進(jìn)入真空狀態(tài)后，低壓蒸汽管道上的進(jìn)汽濾網(wǎng)前、后疏水閥GV6204和GV6205因其疏水收集器液位由低至高，正常自動(dòng)開(kāi)啟，并因其收集器液位始終未降低而保持開(kāi)啟狀態(tài)。通過(guò)觀察2個(gè)疏水閥相通的疏水箱液位可以發(fā)現(xiàn)，盡管輔助蒸汽管道疏水及疏水箱減溫水等源源不斷地進(jìn)入，但疏水箱的液位卻未出現(xiàn)上升。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)程序進(jìn)行到輔助蒸汽至低壓蒸汽管道起壓、準(zhǔn)備投入冷卻蒸汽的階段時(shí)(通常是50%左右的額定轉(zhuǎn)速)，疏水箱的液位開(kāi)始出現(xiàn)上升趨勢(shì)，直到ACV開(kāi)啟后，疏水箱液位開(kāi)始下降，同時(shí)伴隨著中壓排汽缸上、下壁溫及中低壓聯(lián)通管溫度的明顯下降，隨后相繼出現(xiàn)發(fā)電機(jī)逆功率及#5，#6軸振明顯上升的現(xiàn)象。

由此可見(jiàn)，在ACV開(kāi)啟向中低壓缸通入冷卻蒸汽(來(lái)自輔助蒸汽，參數(shù)為1 MPa，216 ℃)時(shí)，有濕蒸汽現(xiàn)象發(fā)生。那么，究竟是什么原因?qū)е铝说蛪哼M(jìn)汽管道中的冷卻蒸汽帶水呢？

為探究導(dǎo)致異常情況發(fā)生的真實(shí)原因，在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下，杭州華電半山發(fā)電有限公司技術(shù)人員進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)。首先對(duì)輔助蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行了排查和隔離試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常狀況，排除了由于輔汽管道上的閥門內(nèi)漏而導(dǎo)致低壓蒸汽管道內(nèi)積水的可能性。進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽機(jī)側(cè)投入軸封、凝汽器進(jìn)入真空狀態(tài)后，通過(guò)手動(dòng)開(kāi)啟低壓進(jìn)汽濾網(wǎng)排污閥的辦法觀察排污口，呈現(xiàn)負(fù)壓狀態(tài)。關(guān)閉排污閥30 min后再次開(kāi)啟觀察該排污口，發(fā)現(xiàn)有疏水源源不斷排出。那么，低壓蒸汽管道中的積水是哪里來(lái)的呢？通過(guò)認(rèn)真分析排查，筆者作出了如下判斷。

在正常情況下，機(jī)組啟動(dòng)前ASV和ACV都處于關(guān)閉狀態(tài)，而ACV閥座前、后疏水閥MOV-SAD-1和MOV-SAD-2都在開(kāi)啟狀態(tài)，其疏水通向本體疏水?dāng)U容器，因本體疏水?dāng)U容器的汽側(cè)和水側(cè)均與凝汽器相通，因此在凝汽器進(jìn)入真空狀態(tài)后，本體疏水?dāng)U容器呈負(fù)壓狀態(tài)。由于ASV存在內(nèi)漏，當(dāng)凝汽器進(jìn)入真空狀態(tài)后，低壓蒸汽管道逐漸形成負(fù)壓，以至于將疏水箱內(nèi)集水通過(guò)低壓進(jìn)汽濾網(wǎng)前、后疏水閥GV6204和GV6205倒吸進(jìn)入低壓蒸汽管道。倒吸現(xiàn)象解釋了2個(gè)疏水閥的收集器液位始終不低且疏水箱液位不能上升的真正原因。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)程序進(jìn)行到輔汽至低壓進(jìn)汽管道起壓時(shí)，部分積水被壓回至疏水箱，因此疏水箱液位出現(xiàn)上升。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)程序進(jìn)行到ACV開(kāi)啟向中低壓缸輸送冷卻蒸汽時(shí)，積存在低壓蒸汽管道內(nèi)的積水與輔助蒸汽混合一同進(jìn)入中壓排汽缸，并隨著冷卻蒸汽經(jīng)中低壓聯(lián)通管進(jìn)入低壓缸。這就清楚了ACV開(kāi)啟后會(huì)出現(xiàn)中壓排汽缸上、下壁溫度和中低壓聯(lián)通管溫度明顯下降的真實(shí)原因。

之所以會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)逆功率現(xiàn)象，是因?yàn)楫?dāng)汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽由于帶水而溫度過(guò)低時(shí)，汽輪機(jī)低壓缸末幾級(jí)將進(jìn)入濕蒸汽區(qū)工作。如果進(jìn)汽溫度急劇下降并達(dá)到某一程度，就會(huì)發(fā)生“水沖擊”，使大量水滴撞擊葉背，對(duì)汽輪機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)作用，使轉(zhuǎn)速下降，出力顯著減少，最終導(dǎo)致出現(xiàn)發(fā)電機(jī)逆功率現(xiàn)象。#5，#6軸振的明顯增大也是由于低壓缸末級(jí)葉片出現(xiàn)“水沖擊”現(xiàn)象而造成的。

為了更好地說(shuō)明問(wèn)題，可參看D10型汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)的流程圖(如圖2、圖3所示)，由圖2、圖3可清楚地看出，在機(jī)組啟動(dòng)初期，中、低壓缸的冷卻蒸汽汽源來(lái)自于輔助蒸汽，自關(guān)閉狀態(tài)的低壓蒸汽進(jìn)汽電動(dòng)閥MOV6206后進(jìn)入低壓蒸汽管道，經(jīng)過(guò)低壓進(jìn)汽濾網(wǎng)，通過(guò)ASV和ACV進(jìn)入中壓排汽缸對(duì)中壓缸進(jìn)行冷卻，通過(guò)中、低壓缸聯(lián)通管進(jìn)入低壓缸對(duì)低壓缸進(jìn)行冷卻。機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，來(lái)自余熱鍋爐低壓系統(tǒng)的過(guò)熱蒸汽通過(guò)開(kāi)啟狀態(tài)的低壓蒸汽進(jìn)汽電動(dòng)閥MOV6206，經(jīng)ASV和ACV進(jìn)入中壓排汽缸，與做過(guò)功的中壓排汽混合，通過(guò)中、低壓聯(lián)通管進(jìn)入低壓缸做功。低壓進(jìn)汽濾網(wǎng)前、后疏水閥GV6204和GV6205與通大氣的疏水箱相通，低壓進(jìn)汽控制閥ACV閥座前、后疏水閥MOV-SAD-1和MOV-SAD-2與通凝汽器的本體疏水?dāng)U容器相通。

圖2 低壓進(jìn)汽系統(tǒng)流程圖

圖3 疏水系統(tǒng)流程

3 采取的措施

知道了導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率的原因后，接下來(lái)是如何防范。在無(wú)法立即消除低壓進(jìn)汽截止閥ASV內(nèi)漏缺陷而同時(shí)要保證機(jī)組安全啟動(dòng)時(shí)，需要在機(jī)組啟動(dòng)前凝汽器進(jìn)入真空狀態(tài)時(shí)及時(shí)關(guān)閉GV6204和GV6205前手動(dòng)隔離閥，以避免出現(xiàn)疏水倒吸的現(xiàn)象。需要注意的是，當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，若出現(xiàn)上述2個(gè)閥門收集器液位高報(bào)警，需要重新開(kāi)啟其前手動(dòng)隔離閥，以保證兩疏水閥自動(dòng)開(kāi)啟時(shí)可以完成正常疏水任務(wù)。

由于運(yùn)行人員無(wú)法像判斷閥門外漏那樣輕易地發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)漏，因此，在機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備階段，在投入汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)使凝汽器進(jìn)入真空狀態(tài)后，除了要關(guān)注低壓進(jìn)汽管道上疏水閥收集器的液位狀態(tài)外，還需要密切關(guān)注汽輪機(jī)缸溫的變化情況，當(dāng)ASV和

ACV同時(shí)出現(xiàn)內(nèi)漏時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致積水經(jīng)低壓進(jìn)汽管道自中壓排汽缸進(jìn)入中壓缸，這時(shí)中壓排汽缸下缸溫度可能會(huì)出現(xiàn)明顯下降。

為防止ASV內(nèi)漏可能導(dǎo)致的低壓蒸汽管道積水(甚至更為嚴(yán)重的ACV同時(shí)內(nèi)漏)可能會(huì)導(dǎo)致中壓缸進(jìn)水，杭州華電半山發(fā)電有限公司已將低壓進(jìn)汽濾網(wǎng)前、后疏水閥GV6204和GV6205的疏水去向從疏水箱改接至本體疏水?dāng)U容器，因本體疏水?dāng)U容器與凝汽器相通，可有效避免上述問(wèn)題的發(fā)生。

為提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，一旦有機(jī)會(huì)停機(jī)檢修，應(yīng)盡可能及時(shí)修復(fù)ASV或ACV內(nèi)漏。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)和分析，筆者找到了導(dǎo)致S109FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)逆功率保護(hù)動(dòng)作異常現(xiàn)象的真正原因：低壓進(jìn)汽截止閥ASV內(nèi)漏。采取有效措施后，問(wèn)題得以解決。