某660 MW二次再熱機(jī)組跳閘過程分析及處理

陳 鑫， 許 健， 曹 揚(yáng)， 張嵐清， 張耀華

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，南京 211102)

發(fā)電機(jī)組的調(diào)試工作主要是組織和指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行操作和檢查，針對(duì)分系統(tǒng)調(diào)試及整套啟動(dòng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題提出建議或解決方案[1]。因此，機(jī)組調(diào)試是新建發(fā)電機(jī)組投運(yùn)的重要組成部分，是承接安裝及運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供經(jīng)驗(yàn)、打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的重要步驟。

發(fā)電機(jī)組正式運(yùn)行期間，為了維持機(jī)組的穩(wěn)定性，不會(huì)輕易進(jìn)行某些操作，部分隱患可能不易被發(fā)現(xiàn)。而調(diào)試工作就是對(duì)電力設(shè)備的制造、設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行進(jìn)行動(dòng)態(tài)考核和檢驗(yàn)，并且調(diào)試期間內(nèi)設(shè)備特性不明確、系統(tǒng)工況不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)突發(fā)狀況，暴露問題，有助于發(fā)現(xiàn)缺陷，消除隱患。因此，對(duì)跳閘事件進(jìn)行分析和總結(jié)，可以為機(jī)組的正式投運(yùn)消除隱患、積累經(jīng)驗(yàn)。

筆者對(duì)某660 MW超超臨界二次再熱機(jī)組在調(diào)試期間發(fā)生的一次復(fù)雜的機(jī)組跳閘進(jìn)行介紹，并對(duì)其發(fā)生的各類異常工況進(jìn)行分析，同時(shí)給出處理及預(yù)防措施。

1 機(jī)組跳閘過程

1.1 機(jī)組簡(jiǎn)介

該機(jī)組汽輪機(jī)的型式為超超臨界、二次中間再熱、十級(jí)回?zé)岢槠?、單軸、五缸四排汽、凝汽式，型號(hào)為N660-31/600/620/620。汽輪機(jī)額定功率為660 MW，最大連續(xù)功率為696.603 MW。

1.2 跳閘過程

2019年3月31日機(jī)組進(jìn)行整套啟動(dòng)期間帶負(fù)荷調(diào)試工作。

20:30:00之前，1號(hào)和3號(hào)高壓加熱器處于退出狀態(tài)，高壓缸排汽溫度維持在440～452 ℃。

20:30:10，機(jī)組負(fù)荷為382 MW，2號(hào)外置蒸汽冷卻器至2號(hào)高壓加熱器疏水管道突然破裂，大量汽水噴出，緊急隔離2號(hào)外置蒸汽冷卻器及2號(hào)高壓加熱器汽側(cè)，此時(shí)2號(hào)抽汽電動(dòng)閥開度為21%。

20:31:15，關(guān)閉2號(hào)抽汽電動(dòng)閥，全部退出2號(hào)高壓加熱器汽側(cè)，此時(shí)高壓缸排汽溫度開始上升。

21:16:28，高壓缸排汽溫度升至460 ℃，高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器激活，高壓缸排汽溫度控制器開始有指令輸出，此時(shí)汽輪機(jī)中壓調(diào)節(jié)閥開度為100%。

21:17:21，現(xiàn)場(chǎng)開始進(jìn)行清理檢查工作，為了防止4號(hào)高壓加熱器突然出現(xiàn)同樣問題，開始退出4號(hào)高壓加熱器，此時(shí)4號(hào)抽汽電動(dòng)閥開度為32%。

21:18:43，全部退出4號(hào)高壓加熱器汽側(cè)。

21:24:31，7號(hào)低壓加熱器發(fā)現(xiàn)安全閥因?yàn)槭艿經(jīng)_擊而損壞，需要退出7號(hào)低壓加熱器汽側(cè)，關(guān)閉7號(hào)抽汽電動(dòng)閥。

21:25:12，高壓缸排汽溫度為462.2 ℃時(shí)，此時(shí)高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器輸出指令為11.52%，中壓調(diào)節(jié)閥開度為100%，并且中壓調(diào)節(jié)閥開始關(guān)小。

21:30:23，7號(hào)抽汽電動(dòng)閥關(guān)閉，7號(hào)低壓加熱器退出完畢，高壓缸排汽溫度為462.2 ℃。

21:31:17，高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器輸出指令為36%，中壓調(diào)節(jié)閥開度為16.7%，二次再熱蒸汽壓力從1.9 MPa升高至2.6 MPa，高壓缸進(jìn)汽和排汽的壓差由3.3 MPa減少至2.7 MPa。隨著汽輪機(jī)中壓調(diào)節(jié)閥開度的變化，高壓缸排汽溫度快速升高至485 ℃。

21:32:33，汽輪機(jī)中壓調(diào)節(jié)閥開度為31.17%，機(jī)組負(fù)荷在跳閘過程中也隨之波動(dòng)。

21:36:25，高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器輸出指令為36.5%，高壓缸排汽溫度升高至499 ℃。此時(shí)，汽輪機(jī)中壓調(diào)節(jié)閥開度為17.8%，觸發(fā)高壓缸切缸邏輯，負(fù)荷最高波動(dòng)到390 MW，最低波動(dòng)到266 MW。切缸邏輯動(dòng)作，汽輪機(jī)超高壓缸、高壓缸的閥門全部關(guān)閉，并且機(jī)組高壓旁路閥和中壓旁路閥處于關(guān)閉狀態(tài)，導(dǎo)致鍋爐再熱器保護(hù)喪失，鍋爐總?cè)剂咸l(MFT)，進(jìn)而導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘。

高壓缸排汽溫度變化見圖1。

圖1 高壓缸排汽溫度的變化

2 機(jī)組跳閘原因分析

2.1 高壓缸排汽溫度升高分析

影響高壓缸排汽溫度的主要因素包括：

(1) 高壓缸進(jìn)汽和排汽的壓差小、高壓調(diào)節(jié)閥開度小等導(dǎo)致蒸汽流量低，鼓風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量不能被及時(shí)帶走[2]。

(2) 高壓缸進(jìn)汽溫度升高，在高壓缸內(nèi)焓降不變的情況下，排汽溫度會(huì)上升。

(3) 高壓缸通流部分結(jié)垢，葉片損壞、變形或設(shè)計(jì)不合理，高壓缸通流部分汽封磨損，蒸汽參數(shù)大幅偏離設(shè)計(jì)值等會(huì)導(dǎo)致高壓缸效率降低，從而影響高壓缸排汽溫度。

此次跳閘事故中，機(jī)組在高負(fù)荷下運(yùn)行，在高壓加熱器疏水管道破裂后短時(shí)間內(nèi)切除了高壓加熱器，然后又切除了低壓加熱器，大大影響了機(jī)組的蒸汽流量。隨后關(guān)閉中壓調(diào)節(jié)閥，排汽壓力差小，影響汽輪機(jī)通流，進(jìn)一步加劇高壓缸排汽溫度的升高，從而導(dǎo)致后續(xù)一系列問題的發(fā)生。

2.2 機(jī)組跳閘分析

機(jī)組跳閘的主要原因?yàn)椋?/p>

(1) 高壓加熱器的切除影響蒸汽流量，引發(fā)高壓缸排汽溫度升高至460 ℃后觸發(fā)高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器動(dòng)作，這是跳閘的直接原因。

(2) 高壓缸排汽溫度升高觸發(fā)高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器邏輯激活后，作用于中壓調(diào)節(jié)閥并使其關(guān)小，在旁路關(guān)閉的情況下，反而進(jìn)一步導(dǎo)致高壓缸排汽壓力升高，高壓缸排汽受阻，高壓缸排汽溫度進(jìn)一步升高至495 ℃以上，觸發(fā)超高壓缸、高壓缸切缸邏輯。汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)邏輯不合理是機(jī)組跳閘的重大隱患。DEH相關(guān)邏輯及作用見圖2。

圖2 高壓缸排汽溫度保護(hù)相關(guān)邏輯

(3) 觸發(fā)高壓缸切缸邏輯后，超高壓缸、高壓缸同時(shí)切缸，超高壓缸、高壓缸的閥門關(guān)閉，超高壓缸排汽通風(fēng)閥、高壓缸排汽通風(fēng)閥打開[3]。此時(shí)，高壓旁路閥和中壓旁路閥處于關(guān)閉狀態(tài)，并且無(wú)相關(guān)邏輯開啟，觸發(fā)鍋爐再熱器保護(hù)，導(dǎo)致鍋爐MFT，引發(fā)機(jī)組停機(jī)。分布式控制系統(tǒng)(DCS)邏輯設(shè)置的不合理也是機(jī)組跳閘的隱患。

2.3 相關(guān)邏輯合理性分析

根據(jù)機(jī)組熱平衡圖等，在供熱工況下，機(jī)組正常運(yùn)行中，高壓缸排汽溫度為446.9～453.8 ℃，而按照當(dāng)前DEH/DCS邏輯的設(shè)置，當(dāng)高壓缸排汽溫度達(dá)到460 ℃以上時(shí)必然導(dǎo)致機(jī)組跳閘，當(dāng)高壓加熱器、低壓加熱器有異常時(shí)，極有可能導(dǎo)致機(jī)組跳閘，存在極大的安全隱患。

2.3.1 切缸邏輯

汽輪機(jī)在高負(fù)荷下，即在汽輪機(jī)旁路全關(guān)閉的情況下，高壓缸排汽溫度>495 ℃時(shí)，汽輪機(jī)觸發(fā)切缸邏輯(超高壓缸、高壓缸同時(shí)切缸)。此時(shí)，汽輪機(jī)超高壓缸、高壓缸閥門關(guān)閉，并且旁路全關(guān)，會(huì)觸發(fā)鍋爐再熱器保護(hù)，導(dǎo)致鍋爐MFT，觸發(fā)汽輪機(jī)跳閘。汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)保護(hù)中的高壓缸排汽溫度>530 ℃時(shí)跳閘形同虛設(shè)，實(shí)際中高壓缸排汽溫度>495 ℃時(shí)，汽輪機(jī)就會(huì)因?yàn)殄仩tMFT而跳閘。

2.3.2 高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器邏輯

在啟動(dòng)階段，為了避免流經(jīng)汽輪機(jī)的蒸汽流量過小，造成超高壓缸及高壓缸排汽區(qū)域溫度過高，設(shè)置高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器，根據(jù)超高壓缸及高壓缸排汽溫度自動(dòng)調(diào)整各汽缸的流量分配[4]。但是，在帶負(fù)荷階段，旁路閥全關(guān)，高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器通過動(dòng)作中壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)通流達(dá)到抑制高壓缸排汽溫度上升的目的已實(shí)現(xiàn)不了，相反還會(huì)加劇高壓缸排汽溫度上升。

2.3.3 旁路邏輯

跳閘時(shí)旁路為全關(guān)模式，汽輪機(jī)為初壓模式，此時(shí)觸發(fā)旁路快開條件只有鍋爐側(cè)主蒸汽壓力>34.1 MPa(即鍋爐超壓保護(hù))、發(fā)電機(jī)跳閘、汽輪機(jī)跳閘、汽輪機(jī)側(cè)主蒸汽壓力比設(shè)定值高2.4 MPa。切缸時(shí)旁路無(wú)法動(dòng)作，因此切缸后旁路處于關(guān)閉狀態(tài)，觸發(fā)了再熱器保護(hù)，鍋爐MFT。

3 處理措施及應(yīng)用效果

3.1 處理措施

(1) 將高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器邏輯觸發(fā)條件增加旁路未全關(guān)。高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器的溫度控制需要與旁路配合，才能抑制高壓缸排汽溫度上升。增加此邏輯可避免在旁路全關(guān)帶負(fù)荷的工況下，高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器觸發(fā)后導(dǎo)致高壓缸排汽溫度進(jìn)一步升高的情況出現(xiàn)。

(2) 將汽輪機(jī)切缸邏輯觸發(fā)條件增加機(jī)組負(fù)荷≤150 MW。一般工況下，切缸只發(fā)生在啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)及低負(fù)荷階段，因此原切缸邏輯觸發(fā)條件未對(duì)負(fù)荷進(jìn)行限制。增加此邏輯后，對(duì)于在高負(fù)荷階段，如果高壓缸排汽溫度確實(shí)異常升高，則由高壓缸排汽溫度>530 ℃的ETS進(jìn)行保護(hù)，可以規(guī)避機(jī)組高負(fù)荷進(jìn)行切缸操作，增加機(jī)組運(yùn)行安全性。

(3) 將旁路邏輯增加切缸邏輯觸發(fā)后高壓旁路閥、中壓旁路閥快開50%。切缸邏輯是無(wú)論觸發(fā)了超高壓缸或高壓缸的切缸條件，都會(huì)引發(fā)超高壓缸和高壓缸同時(shí)切缸，超高壓缸、高壓缸閥門全關(guān)。此時(shí)，旁路如果處于關(guān)閉狀態(tài)則會(huì)觸發(fā)鍋爐再熱器保護(hù)，引發(fā)機(jī)組停機(jī)。增加此邏輯可防止因切缸直接導(dǎo)致的機(jī)組停機(jī)，配合旁路相關(guān)動(dòng)作可及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，等到高壓缸排汽溫度降低后進(jìn)行并缸操作，保證機(jī)組運(yùn)行。

3.2 應(yīng)用效果

采用針對(duì)性的處理措施后，機(jī)組運(yùn)行效果為：

(1) 修改高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器邏輯后，實(shí)際運(yùn)行中，在旁路閥未關(guān)模式下，高壓缸排汽溫度>460 ℃時(shí)，高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器動(dòng)作，調(diào)整通流，關(guān)小中壓調(diào)節(jié)閥。此時(shí)，中壓旁路閥開大，維持中壓缸進(jìn)汽壓力不變，從而可以減小中壓缸進(jìn)汽流量，增大高壓缸進(jìn)汽流量，抑制高壓缸排汽溫度升高。

(2) 修改汽輪機(jī)切缸邏輯后，實(shí)際運(yùn)行中，在汽輪機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)過程中，高壓缸排汽溫度>495 ℃時(shí)，汽輪機(jī)切缸，超高壓缸、高壓缸閥門關(guān)閉，中壓缸單缸進(jìn)汽。等到機(jī)組并網(wǎng)，汽輪機(jī)進(jìn)汽量增加并且高壓缸排汽溫度降低后，順利進(jìn)行并缸操作，機(jī)組運(yùn)行正常，未發(fā)生高負(fù)荷工況下的切缸。

(3) 修改旁路邏輯后，機(jī)組在熱態(tài)啟動(dòng)中切缸，高壓、中壓旁路閥快開50%，隨后切換至壓力自動(dòng)模式，控制高壓缸和中壓缸進(jìn)汽的壓力，保證通流以防止鍋爐干燒，避免觸發(fā)再熱器保護(hù)，保證汽輪機(jī)中壓缸單缸進(jìn)汽工況穩(wěn)定。等到高壓缸排汽溫度降低后，順利進(jìn)行并缸操作。

4 結(jié)語(yǔ)

以某660 MW超超臨界二次再熱機(jī)組為例，針對(duì)調(diào)試期間的機(jī)組跳閘事件，對(duì)高壓缸排汽溫度保護(hù)控制器邏輯、汽輪機(jī)切缸邏輯、旁路邏輯等進(jìn)行分析，并且提出一些針對(duì)性的處理措施。

在對(duì)相關(guān)邏輯進(jìn)行優(yōu)化后，機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性明顯有所提升，消除了機(jī)組運(yùn)行隱患，提出的相關(guān)處理措施對(duì)同類型機(jī)組的調(diào)試運(yùn)行具有一定參考意義。