S109FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組RB時汽輪機不卸載的處理及防范措施

萬志勇

(江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011)

0 引言

某公司2套390 MW機組為美國GE公司S109FA型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，#2機組運行期間，因單一防喘放氣閥故障引起機組快速減負(fù)荷(RB)，機組降負(fù)荷過程中出現(xiàn)燃?xì)廨啓C卸載而汽輪機不卸載的情況。

燃?xì)廨啓C卸載后因主、再熱蒸汽溫度快速下降而導(dǎo)致主蒸汽調(diào)節(jié)閥全開，造成汽輪機金屬應(yīng)力迅速增大，所幸運行人員沉著應(yīng)對，避免了汽輪機運行情況的惡化。本文對該事件進行分析，并提出相應(yīng)的防范措施。

1 事件經(jīng)過

某日，集控運行值盤人員發(fā)現(xiàn)#2機組自動發(fā)電控制(AGC)指令自動退出(AGC指令為330 MW)并伴有機組減負(fù)荷，同時在#2機組MARK Ⅵ 報警欄中發(fā)現(xiàn)“燃燒室旁路閥(CBV)故障關(guān)限制帶負(fù)荷”報警。檢查MARK Ⅵ主畫面，4個防喘放氣閥均處關(guān)閉位(綠色)，遂對MARK Ⅵ 保護進行復(fù)歸，并點擊“START”鍵，報警未消除，機組負(fù)荷繼續(xù)下降。點擊“CBV TEST”畫面，發(fā)現(xiàn)33CB-4防喘放氣閥(013級防喘放氣閥)關(guān)故障顯示黃色(其他3個防喘放氣閥關(guān)閉狀態(tài)正常)。立即就地檢查33CB-4防喘放氣閥并通知熱控人員現(xiàn)場進行處理，機組負(fù)荷按RB速率逐漸降低。就地人員檢查33CB-4防喘放氣閥為關(guān)閉狀態(tài)，在熱控人員未到達現(xiàn)場前繼續(xù)對MARK Ⅵ 保護進行復(fù)歸，希望中斷RB減負(fù)荷程序，但無效。機組負(fù)荷繼續(xù)下降，當(dāng)燃?xì)廨啓C排煙溫度降至565 ℃時，汽輪機停機指令未發(fā)出，高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥未關(guān)閉。

由于汽輪機自動停機程序未啟動，運行人員立即進行手動干預(yù)關(guān)閉高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥，并在分散控制系統(tǒng)(DCS)調(diào)整好主、再熱蒸汽溫度，各汽包水位及天然氣溫度。當(dāng)燃?xì)廨啓C排煙溫度降至524 ℃時，高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥卸載指令依然未發(fā)出。運行人員直接手動干預(yù)汽輪機負(fù)荷指令，快速關(guān)高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥至5%，同時對余熱鍋爐采取保溫保壓措施，延緩主、再熱蒸汽溫度下降趨勢，維持機組低負(fù)荷運行，同時密切關(guān)注汽輪機應(yīng)力、差脹、軸向位移及機組振動，為熱控人員贏取時間。熱控人員趕至現(xiàn)場檢查后，發(fā)現(xiàn)33CB-4防喘放氣閥故障原因為33CB-4關(guān)反饋斷線，處理后對MARK Ⅵ 進行主保護復(fù)位，點“START”鍵后，重新接帶負(fù)荷。

2 危險點分析

該公司運行規(guī)程中燃?xì)廨啓C主保護 MARK Ⅵ 控制邏輯為：機組并網(wǎng)狀態(tài)下任一防喘放氣閥故障，機組自動RB。

在RB模式下，燃?xì)廨啓C接收到卸載指令后燃料沖程基準(zhǔn)(FSR) 首先減少燃料量，燃?xì)廨啓C按RB卸載速率快速降負(fù)荷，燃?xì)廨啓C排氣溫度下降，進入余熱鍋爐的熱量減少，主、再熱蒸汽壓力下降，汽輪機負(fù)荷減小。燃?xì)廨啓C排氣溫度降至565 ℃，觸發(fā)汽輪機停機程序，汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥按停機速率開始關(guān)小直至完全關(guān)閉。若觸發(fā)RB條件未發(fā)生改變，RB程序一直保持直至機組負(fù)載完全卸掉，機組逆功率保護動作，維持全速空載。

此次RB中的危險點在于：燃?xì)廨啓C卸載至燃?xì)廨啓C排煙溫度低于565 ℃時，汽輪機自動停機程序未激活；當(dāng)燃?xì)廨啓C排煙溫度低于524 ℃時，汽輪機快速卸載程序未激活。燃?xì)廨啓C排煙溫度最低跌至405 ℃，燃?xì)廨啓C卸載后因主、再熱蒸汽溫度快速下跌而主、再熱主汽閥門全開，使得汽輪機金屬應(yīng)力快速增大，極易導(dǎo)致汽輪機組損傷。

3 運行操作分析

3.1 汽輪機卸載程序觸發(fā)前的操作分析

在發(fā)現(xiàn)機組AGC自動退出并降負(fù)荷后，運行人員首先檢查 MARK Ⅵ 故障首出，在發(fā)現(xiàn)故障報警對應(yīng)畫面的閥門顯示正常的情況下，選擇對 MARK Ⅵ 主保護復(fù)歸并點擊“START”鍵，以期中斷機組降負(fù)荷。操作無效后，立即切換操作畫面再次確認(rèn)故障點并就地檢查閥門位置。在機組快速減負(fù)荷過程中，調(diào)整好主、再熱蒸汽溫度，各汽包水位及天然氣溫度。

此階段操作要點是迅速找到故障點并消除故障原因，復(fù)歸保護，中斷RB卸載程序，否則RB程序一直保持直至機組解列，維持全速空載，會造成機組非計劃停運。

3.2 汽輪機卸載程序未觸發(fā)操作分析

當(dāng)燃?xì)廨啓C排氣溫度下降至565 ℃，MARK Ⅵ 程序應(yīng)觸發(fā)汽輪機自動停機程序，汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥按停機速率開始關(guān)小直至完全關(guān)閉。但汽輪機自動停機程序未激活，高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥維持全開狀態(tài)。

高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥在機組啟動時按照應(yīng)力控制模式開啟，運行中按進口壓力控制模式(IPC)開啟，所以運行中無法手動操作高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥開關(guān)指令來控制閥門的啟閉。但運行人員應(yīng)對有序，在MARK Ⅵ“Steam”操作畫面中點擊“Load Control”模塊(如圖1所示)，通過手動干預(yù)汽輪機負(fù)荷指令來關(guān)閉高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥。由于故障報警未消除，RB卸載程序一直在繼續(xù)。在燃?xì)廨啓C負(fù)載基本全部卸去的情況下，機組負(fù)荷僅依靠汽輪機負(fù)荷來勉強維持。

為了贏得檢修搶險時間，保證機組不發(fā)生非計劃停運，同時又要在主、再熱蒸汽溫度大幅下降的情況下維持汽輪機應(yīng)力不超限，保證機組設(shè)備安全，就必須掌握好這個安全的度。

燃?xì)廨啓C排煙溫度大幅降低時，快速關(guān)閉高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥至最小運行開度，同時全開主、再熱蒸汽管疏水閥。在維持好汽包水位、壓力的同時盡量減少進水量與出汽量，關(guān)閉余熱鍋爐的連排、定排，減少余熱鍋爐不必要的熱量損耗，利用余熱鍋爐的蓄熱量釋放來維持主、再熱蒸汽溫度的緩慢下降。從停機后余熱鍋爐高壓汽包壓力曲線可以看出，停機后余熱鍋爐汽包停止出汽與進水后，余熱鍋爐的蓄熱能維持主蒸汽壓力約2 h不下降。

此階段危險點與操作要點在于：燃?xì)廨啓C卸載至排煙溫度低于565 ℃，汽輪機停機程序未激活，高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥全開，由于燃?xì)廨啓C排煙溫度急跌造成主、再熱蒸汽溫度快速下降，極易引起汽輪機金屬應(yīng)力超限，損害汽輪機。運行中高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥是由IPC控制的，在主蒸汽壓力未達到壓力設(shè)定值時是無法調(diào)整高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度的。在這種危險的情況下可通過改變IPC壓力設(shè)定值來關(guān)閉高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥，也可采取手動干預(yù)汽輪機負(fù)荷指令的方式來關(guān)閉高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥?，F(xiàn)場操作中，運行人員選用了最為直接、快速的手動干預(yù)汽輪機負(fù)荷指令的方式。

通過維持汽輪機最低進汽量，調(diào)整好高、中壓旁路，維持余熱鍋爐汽包壓力，減少余熱鍋爐熱量損失，利用余熱鍋爐蓄熱盡量延緩主、再熱蒸汽溫度下降，為檢修人員搶險消缺爭取時間。但一定要密切關(guān)注汽輪機金屬應(yīng)力(以不超過應(yīng)力參考值-150為宜)、機組振動、差脹及軸向位移等參數(shù)不超限。發(fā)現(xiàn)有異常趨勢，必須嚴(yán)格按照《發(fā)電廠二十五項反措》要求，打閘停機保護機組設(shè)備。

圖1 S109FA機組 MARK Ⅵ 操作系統(tǒng)界面Fig.1 MARK Ⅵ operating system interface of S109FA unit

4 防范措施

機組每次啟動前，運行人員應(yīng)認(rèn)真做好防喘放氣閥的開關(guān)試驗工作，運行中應(yīng)密切注意報警信息與監(jiān)視畫面的切換，發(fā)現(xiàn)異常第一時間進行處理；同時還應(yīng)熟悉事故處理流程，熟悉 MARK Ⅵ 各控制模塊的用途與意義，提高異常情況下的應(yīng)急處理能力。

熱控人員應(yīng)做好大小修期間的閥門校驗、調(diào)試工作，在機組調(diào)峰停用間隙，檢查重要閥門執(zhí)行機構(gòu)動作是否正常，閥門開關(guān)反饋是否正常，閥門操作電源線路是否完好無磨損、松動現(xiàn)象。對重要閥門的開關(guān)曲線進行錄取與比對，發(fā)現(xiàn)異常及時檢查消缺。徹查 MARK Ⅵ 控制邏輯中RB狀態(tài)下燃?xì)廨啓C卸載而汽輪機不卸載的原因，消除安全隱患。

機務(wù)人員應(yīng)做好大小修期間閥門更換、檢修工作，做好技術(shù)臺賬并跟蹤重要閥門的運行狀態(tài)，在機組啟停中檢查重要閥門開關(guān)是否靈活，閥門開啟、關(guān)閉時間是否有異常。平時應(yīng)做好重要閥門的巡視檢查工作，將隱患消除在萌芽狀態(tài)。

生產(chǎn)技術(shù)部門應(yīng)做好重要設(shè)備、閥門故障對機組安全運行影響的評估報告，按等級羅列危險源，設(shè)定報警響應(yīng)級別，做好 MARK Ⅵ 邏輯異常情況的收集工作，第一時間與機組生產(chǎn)方聯(lián)系，共同消除安全隱患。在得到設(shè)備生產(chǎn)廠方合理解釋報告后做好技術(shù)解釋工作，并會同人資部門匯編事故案例及應(yīng)急預(yù)案，通過全廠反事故演習(xí)增強各職能部門的反事故能力。

5 結(jié)束語

針對機組RB后降負(fù)荷過程中燃?xì)廨啓C卸載而汽輪機不卸載的不安全現(xiàn)象，通過分析危險點及運行操作過程，提出了相應(yīng)的防范措施。期望通過機務(wù)、熱控、運行、生技多方努力，保證機組安全可控，避免此類不安全事件的發(fā)生。