1036MW超超臨界機組通風閥誤動停機分析及技術(shù)改進

2014-09-04 陳凡夫華能海門電廠

　　某1036MW容量超超臨界機組在運行過程中汽機通風閥(Ventilator valve，簡稱VV閥)突然開啟，機組保護動作停機。原因在于閥門優(yōu)化試驗過程中，管道及閥體振動導致VV閥的控制電磁閥瞬間失電造成，國內(nèi)同類型機組也曾發(fā)生過類似問題。剖析VV閥在控制保護的邏輯設計方面存在潛在的缺陷，通過改變控制電磁閥的控制模式、改進VV閥控制邏輯回路等措施，解決了VV閥誤動導致停機的普遍性難題。

1、引言

　　基于日立技術(shù)設計的1036MW超超臨界機組上沒有設置高壓缸排汽逆止門，而是在汽輪機4號高壓調(diào)節(jié)汽閥后的導汽管上接出設置了通風閥(Ventilator valve，簡稱VV閥)，引至凝汽器。當汽機跳閘高壓調(diào)節(jié)汽閥全關(guān)時聯(lián)鎖開啟VV閥，利用再熱器系統(tǒng)的蒸汽回流冷卻高壓缸及其各級葉片，保護汽輪機安全停運。但在機組運行過程中，VV閥開啟控制及邏輯設計等方面并不合理，因VV閥誤開而導致機組非正常停運的可能性較大，據(jù)了解，目前國內(nèi)已有不止一臺同類型機組出現(xiàn)過類似事故。VV閥誤開后造成汽機推力軸承及凝汽器的沖擊損傷，對汽機安全存在潛在的威脅。

2、1036MW機組汽輪機VV閥簡介

2.1、VV閥保護邏輯原理

　　VV閥為額定工作壓力為25.0MPA的氣動閥門，其工作氣源壓力為0.5Mpa，來自汽機儀用空氣母管。VV閥設計流量為105t/h，帶節(jié)流孔板(Φ3mm)的旁路的最大流量為0.48t/h。。如圖【1】所示，主蒸汽管道通過VV閥與凝汽器直接相連接，并帶有一節(jié)流孔板(Φ3mm)的旁路，在機組運行過程中，保持VV閥前后管道有微量蒸汽通過，起暖管作用。機組跳閘時，跳機信號聯(lián)鎖開啟VV閥，使高壓缸及冷再蒸汽的回流至凝汽器，極大限度減少汽輪機軸向推力和高壓缸的鼓風摩擦，是對汽機本體保護的一道重要防線。

　　在機組運行過程中，如果VV閥開啟，為保護汽機本體及凝汽器安全，汽機聯(lián)鎖跳閘，這是該類型1036MW超超臨界機組普遍的設計原則，其邏輯原理為：

　　1)汽機跳閘，蒸汽流量D0.5%，自動打開VV閥。

　　2)汽機掛閘，蒸汽流量D0.5%，自動關(guān)閉VV閥。

　　3)機組運行，VV閥動作開啟，機組跳閘。

VV閥管路系統(tǒng)圖

圖1 VV閥管路系統(tǒng)圖

2.2、VV閥原設計控制邏輯

　　原設計VV閥控制原理如圖(2)所示，VV閥為雙氣缸結(jié)構(gòu)，VV閥開閉由三個氣動閥控制，分別為D、D1、D2。氣動閥D由控制電磁閥EVI控制，根據(jù)廠家的原來設計，當電磁閥EVI帶電時，D1接通控制氣源，D2排氣，氣缸向下運動關(guān)閉閥門;當電磁閥EVI失電時，D1接通排氣，D2接通控制氣，氣缸向上運動開啟閥門。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)總結(jié)了原控制電磁閥EV1控制模式為：

　　1)“失電排氣，D1排氣，D2通氣，VV閥打開”。

　　2)“得電通氣，D1通氣，D2排氣，VV閥關(guān)閉”。

改進前的VV閥控制原理圖

圖【2】改進前的VV閥控制原理圖

改進前現(xiàn)場的VV閥圖片

圖【3】改進前現(xiàn)場的VV閥圖片

3、VV閥誤開過程及原因分析

3.1、VV閥誤開導致機組保護動作跳閘過程

　　2012年7月30日，跳閘前機組負荷為1010MW，主汽壓25.9Mpa，主汽溫602℃，機組協(xié)調(diào)、AGC投入控制方式。跳閘首出原因為“VV 閥全開”，汽機高、中壓主汽門、調(diào)門、抽汽逆止門自動關(guān)閉，鍋爐MFT 動作，發(fā)電機逆功率動作解列，VV 閥實際處于開啟狀態(tài)。

　　現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)VV閥控制電磁閥EVl有一定程度的松動，EVl插頭做試驗時出現(xiàn)過接觸不良現(xiàn)象。

3.2、調(diào)門優(yōu)化試驗過程對VV閥管路振動的影響

　　分析機組跳閘前后的工況變化，該機組曾在7月25日進行主汽調(diào)閥優(yōu)化試驗，至7月30日機組跳閘前一直投入新閥位優(yōu)化曲線模式運行。新閥位優(yōu)化曲線控制模式下，采用先同時開啟1、4 號高壓調(diào)門CV1、CV4，再分別開啟2、3號高壓調(diào)門CV2、CV3 的方案，與原來的閥位分配模式存在明顯的不同。

　　機組原來的閥位管理模式是：隨著負荷指令的增加， CV1先開啟直至全開，然后在一定的閥門重疊度下同時開啟CV2、CV3，最后再開啟CV4。

　　因此當機組處于高負荷時， CV1、CV2 的開度沒有較大的區(qū)別，但CV3、CV4 的開度有明顯的不同，如表【1】所示，同樣是滿負荷工況運行，7 月25 日新閥位優(yōu)化曲線投入前，CV3的開度為100%，CV4 為39%。但在機組跳閘前的7 月30 日，CV3 的開度為29%，CV4為100%。

表【1】新閥位優(yōu)化曲線投入前后的主汽調(diào)閥開度對比表

新閥位優(yōu)化曲線投入前后的主汽調(diào)閥開度對比表

　　在投入新閥位優(yōu)化曲線模式運行后，機組一直處于高負荷運行，因此CV4基本上也處于全開的位置，VV閥接在CV4之后的導汽管，引至凝汽器，此時前后的差壓很大，可達到25-26Mpa之間。

　　為驗證主汽壓力(對應負荷)、CV4開啟幅度對VV 閥振動水平的影響，2012年11月，在三個不同的高負荷工況下，投入新閥位優(yōu)化-滑壓曲線進行試驗，現(xiàn)場用測振儀對VV 閥汽缸、支吊架在軸向、垂直、水平三種不同的方向進行測量，并分別與原閥位-滑壓曲線模式下的測量值比較，對比結(jié)果如表【2】所示。

表【2】新閥位優(yōu)化曲線投入前后對VV 閥汽缸振動的影響比較

新閥位優(yōu)化曲線投入前后對VV 閥汽缸振動的影響比較

　　原閥位曲線運行模式，在各負荷點運行時，VV閥的氣缸及支吊架的振動都在正常范圍之內(nèi)，振動水平普遍較低。原因在于這種模式下，負荷低于900MW時，CV4基本處于關(guān)閉位置，只有當負荷上升到900~1000MW時，CV4開度才逐漸開啟到20~40%之間變化。

　　投入新閥位優(yōu)化曲線后，與原來的區(qū)別主要在于VV閥氣缸、管道支吊架的振動明顯變大。從測量數(shù)據(jù)可以看出，900MW負荷之下，VV閥氣缸振動總體比前者大50~100um左右，VV閥管道支吊架總體比前者大50~70um左右，當負荷在800~1000MW變負荷過程中，隨著汽壓的波動，VV閥氣缸、支吊架處振動更加加劇，瞬間振動值最高可達250um左右。

3.3、原因分析

　　機組運行過程中，VV閥三個位置開關(guān)LS1、LS2、LS3只要其中有二個出現(xiàn)開啟信號，就會導致機組跳閘。綜合以上分析結(jié)果，得出結(jié)論如下：機組在投入新閥位優(yōu)化-滑壓曲線模式運行后，接入CV4后的導汽管分支管路上的VV閥閥體振動明顯增大，加劇了VV閥控制電磁閥原來存在的接線松動和接觸不良現(xiàn)象，使控制電磁閥瞬時失電，導致VV閥誤動開啟，位置開關(guān)LS1、LS2、LS3 觸點接通，機組保護動作跳機。

4、存在的缺陷及技術(shù)改進

4.1、存在的缺陷

　　VV 閥由單一控制電磁閥控制開關(guān)，而機組運行過程中VV閥開啟，則會導致機組非正常停運，這種相對簡單的控制模式，會使VV閥誤動造成機組跳閘的機率大為增加。

　　原設計控制電磁閥控制VV 閥的控制過程是“帶電關(guān)，失電開”，一旦上級電源跳閘、控制電纜斷線、接口接觸不良等現(xiàn)象發(fā)生，控制電磁閥失電，也會導致機組非正常停運。

4.2、技術(shù)改進

　　4.1.1、改變控制電磁閥EV1控制VV閥模式

　　原控制電磁閥EV1 控制模式為：

　　1) “失電排氣，D1 排氣，D2 通氣，VV閥打開”。

　　2) “得電通氣，D1 通氣，D2 排氣，VV閥關(guān)閉”。

　　技術(shù)改進后的VV 閥控制原理如圖【4】所示，控制電磁閥EV1 對VV 閥的控制模式為：

　　1) “失電通氣，D1 通氣，D2 排氣，VV閥關(guān)閉”。

　　2) “得電排氣，D1 排氣，D2 通氣，VV閥打開”。

改進后的VV閥控制原理圖

圖4 改進后的VV閥控制原理圖

　　這種模式的優(yōu)點在于機組運行時,EV1 處于失電狀態(tài),避免由于電磁閥長時間勵磁造成過熱損壞,進而失電導致機組停運。

　　4.1.2、在控制氣管路上增加一個控制電磁閥EV2.

　　機組跳閘時，跳機信號聯(lián)鎖開啟VV閥，是對汽機本體保護的一道重要防線。單一控制電磁閥EV1如果在機組長期運行過程中失電，則會造成VV閥無法開啟的狀況。為解決這一問題，在VV閥儀用氣控制管路中，再并聯(lián)一個相同的控制電磁閥EV2，如圖【4】所示，圖【5】為現(xiàn)場改造后的VV 閥圖片。

現(xiàn)場改造后的VV 閥圖片