蔡國利

（神華浙江國華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 余姚 315400）

1 設(shè)備概況

余姚燃?xì)獍l(fā)電廠采用的是美國GE公司生產(chǎn)的多軸S209FA燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，“二拖一”模式，燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)為分軸布置，各自帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，2臺燃?xì)廨啓C(jī)做功后的高溫氣體進(jìn)入2臺余熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽合并后送入1臺汽輪機(jī)做功。燃?xì)廨啓C(jī)采用美國GE公司生產(chǎn)的PG9351FA燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，余熱鍋爐為美國Deltak公司生產(chǎn)的臥式三壓再熱自然循環(huán)鍋爐，汽輪機(jī)為美國GE公司生產(chǎn)的D11型凝汽式機(jī)組。燃?xì)廨啓C(jī)額定出力250MW，汽輪機(jī)額定出力280MW，總出力780MW。

D11型汽輪機(jī)為雙缸、一次中間再熱、帶中壓補(bǔ)汽和低壓補(bǔ)汽的凝汽式機(jī)組，高、中壓合缸反向布置，低壓缸對稱型式布置，高壓缸進(jìn)汽由2個高壓缸聯(lián)合汽閥（控制閥和截止閥安裝在同一閥體內(nèi)）控制，中壓缸進(jìn)汽由2個再熱聯(lián)合汽閥控制，低壓補(bǔ)汽經(jīng)1個低壓截止閥和1個低壓調(diào)節(jié)閥混入中壓缸排汽，中壓缸排汽經(jīng)導(dǎo)汽管進(jìn)入低壓缸作功，最終排至凝汽器；中壓補(bǔ)汽混入低溫再熱蒸汽，其熱力系統(tǒng)見圖1。

近期，機(jī)組出現(xiàn)了汽輪機(jī)中壓缸下缸溫大幅下降、高壓聯(lián)合汽閥開啟異常等現(xiàn)象，有必要分析原因并提出相應(yīng)的對策。

2 汽輪機(jī)中壓缸下缸溫度大幅下降的原因分析及對策

2.1 故障現(xiàn)象

D11型汽輪機(jī)中壓缸的二路進(jìn)汽導(dǎo)管布置在中分面下部，中壓缸下缸的溫度測點安裝在進(jìn)汽導(dǎo)管上，上缸的溫度測點則是安裝在中壓缸本體的上部。中壓缸的2個再熱聯(lián)合汽閥均設(shè)有閥前和閥后疏水，在汽輪機(jī)低負(fù)荷時自動打開進(jìn)行疏水。

近期，在汽輪機(jī)解列停機(jī)后，連續(xù)多次出現(xiàn)中壓缸下缸溫度大幅度下降的異常現(xiàn)象，下降幅度最大達(dá)200℃，同時中壓缸下缸左右2個進(jìn)汽導(dǎo)管上的測點溫差也達(dá)到111℃。

2.2 原因分析

針對該現(xiàn)象，結(jié)合再熱聯(lián)合汽閥結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)實際工況，作如下分析判斷：

（1）檢查中壓缸上、下缸溫度測點未發(fā)現(xiàn)異常；也排除了再熱聯(lián)合汽閥內(nèi)漏及通過閥桿汽封漏入空氣的可能；

（2）由于問題都是在汽輪機(jī)解列停機(jī)后出現(xiàn)，由此可以推斷汽輪機(jī)解列停機(jī)后，蒸汽斷流，再熱聯(lián)合汽閥閥后管道處于無壓或真空狀態(tài)；冷源來自再熱聯(lián)合汽閥閥后，而D11型汽輪機(jī)本體沒有抽汽和外接疏水管路。因此，推斷再熱聯(lián)合汽閥閥后疏水管路存在問題的可能性最大。

（3）機(jī)組正常運行期間，再熱聯(lián)合汽閥閥后疏水至本體擴(kuò)容器的管道曾經(jīng)多次發(fā)生振動，且疏水管路溫度偏高，由此可以判斷該疏水管路的閥門存在內(nèi)漏。

（4）本體擴(kuò)容器用于接納汽輪機(jī)房內(nèi)高、中、低壓蒸汽管路及高、中、低壓聯(lián)合汽閥閥座前后的疏水，其中高、中壓蒸汽管道疏水集管和擴(kuò)容器本體接有減溫水，見圖2。通常情況下，本體擴(kuò)容器內(nèi)的液位應(yīng)維持在一個相對穩(wěn)定的正常高度，由于本體擴(kuò)容器沒有安裝液位計，無法監(jiān)視其液位高低。

圖1 D11型汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)

圖2 本體擴(kuò)容器系統(tǒng)

基于上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和分析，初步判斷本體擴(kuò)容器內(nèi)液位偏高，經(jīng)內(nèi)漏閥門反串至再熱聯(lián)合汽閥閥后疏水管路。由于2個再熱聯(lián)合汽閥閥后疏水管路均存在一定程度的內(nèi)漏現(xiàn)象（疏水閥安裝在0 m層本體擴(kuò)容器附近），在機(jī)組正常運行期間，該管路始終有少量蒸汽漏至本體擴(kuò)容器，經(jīng)與冷卻水混合后，產(chǎn)生水擊導(dǎo)致管道發(fā)生間歇性振動；而當(dāng)機(jī)組解列停機(jī)后，再熱聯(lián)合汽閥閥后的蒸汽導(dǎo)管失壓，本體擴(kuò)容器內(nèi)的積水經(jīng)內(nèi)漏閥門反串至疏水管道，過冷度很小，而疏水管道本身溫度較高，使得管道內(nèi)的積水汽化并逆向流至再熱聯(lián)合汽閥閥后疏水接口，經(jīng)中壓缸進(jìn)汽導(dǎo)管進(jìn)入汽輪機(jī)。

本體擴(kuò)容器汽側(cè)回凝汽器接口管道的中心高出汽機(jī)房6.3 m層地面，而再熱聯(lián)合汽閥及閥后的中壓缸進(jìn)汽導(dǎo)管則安裝在12.6 m層。

為檢查本體擴(kuò)容器內(nèi)部水位情況，在水側(cè)回水U型管低點放水接口處裝設(shè)1根透明軟管，軟管另一端拉至6.3 m層；在凝泵運行情況下，依次開啟本體擴(kuò)容器3路噴水閥，發(fā)現(xiàn)本體擴(kuò)容器的水位均高出6.3 m層地面，即使在3路冷卻水均關(guān)閉的情況下，本體擴(kuò)容器的水位也維持在5 m以上。

綜上所述，本體擴(kuò)容器內(nèi)部積水經(jīng)再熱聯(lián)合汽閥閥后疏水管道加溫汽化后逆流至中壓缸進(jìn)汽導(dǎo)管，是導(dǎo)致中壓缸下缸溫度大幅下降的原因。

2.3 處理方法

對本體擴(kuò)容器的3路噴水隔離閥、2路再熱聯(lián)合汽閥的閥后疏水閥進(jìn)行更換，避免本體擴(kuò)容器在高水位運行，中壓缸下缸溫差大的異?，F(xiàn)象得以根除。

3 高壓聯(lián)合汽閥開啟異常的原因分析及對策

3.1 汽輪機(jī)的控制邏輯

D11型汽輪機(jī)的高、中壓聯(lián)合汽閥均有獨立的控制指令，區(qū)別在于CV（高壓聯(lián)合汽閥）與控制指令呈唯一函數(shù)對應(yīng)關(guān)系，而IV（中壓聯(lián)合汽閥）則受該指令影響之外，還受主、再蒸汽壓力的影響，其目的在于使汽輪機(jī)的軸向推力得到有效的控制。

CV有以下幾種控制方式：LDR（負(fù)荷功率基準(zhǔn)），IPC（進(jìn)汽壓力控制），IPL_FL（進(jìn)汽壓力限制，最低壓力），IPL_RS（進(jìn)汽壓力限制，變化率），CVR_VPL（最大閥位限制）。

這5種控制模式獨立計算，并通過最小門選擇作為最終輸出。

IV控制指令計算公式為：

式中：HP為高壓主汽壓力實際值與額定值的比數(shù)；HRHP為熱再蒸汽壓力實際值與額定值的比數(shù)；LDR為負(fù)荷功率基準(zhǔn)；K為控制常數(shù)，取1.3。

D11型汽輪機(jī)采用中壓缸啟動，沖轉(zhuǎn)時，IV為轉(zhuǎn)速控制模式，并網(wǎng)后則轉(zhuǎn)為LDR控制模式；待相關(guān)條件滿足后，進(jìn)行切缸操作，CV開啟，高壓缸進(jìn)汽做功，此時，負(fù)荷功率LDR指令既參與IV開度指令I(lǐng)VR的計算，同時也直接作為CV開度指令CVR的輸出值。

汽輪機(jī)切缸操作完成后，投入IPC控制，實現(xiàn)IPC控制和LDR控制之間的無擾切換，LDR按照設(shè)定的增益進(jìn)行正向積分，退出控制；隨著高、中壓旁路的逐漸關(guān)小以及燃機(jī)負(fù)荷的逐漸增加，汽輪機(jī)在IPC控制模式下，CV逐漸開大。

3.2 CV無法開啟的原因分析及對策

某日，汽輪機(jī)并網(wǎng)切順流后投入IPC控制，隨著高、中壓旁路的逐漸關(guān)小，CV沒有像往常一樣逐漸開啟，而是維持在6%開度不再變化，且沒有任何報警出現(xiàn)。

事后了解發(fā)現(xiàn)，在汽輪機(jī)啟動過程中，運行人員曾對汽輪機(jī)“自動”、“手動”啟動模式進(jìn)行多次切換。對汽輪機(jī)控制邏輯組態(tài)進(jìn)行分析，汽輪機(jī)從開始沖轉(zhuǎn)（盤車脫扣后）到汽輪機(jī)投入IPC模式之前，此時如果存在汽輪機(jī)控制模式從“手動”切換到“自動”，則會導(dǎo)致汽輪機(jī)在IPC模式下，LDR（帶轉(zhuǎn)速修正）負(fù)荷指令被保持住，其增益信號LDR_R被鉗制為0%。

由此可見，本次異常的原因是由于投入IPC前，進(jìn)行了“手動”切“自動”操作，LDR指令增益被閉鎖，使LDR一直維持在當(dāng)前值，此時雖然IPC已經(jīng)投入且指令不斷增大，但最終通過最小門輸出的仍然是LDR指令。

因此，在汽輪機(jī)并網(wǎng)后到投IPC前，嚴(yán)禁從“自動”模式切換到“手動”。IPC投入后，從“自動”模式切換到“手動”，則不會閉鎖LDR指令。

3.3 CV開度過大的原因分析及對策

汽輪機(jī)正常啟動過程中，在并網(wǎng)后將進(jìn)行切順流操作，順流穩(wěn)定后，投入IPC控制模式，LDR控制自動退出。正常情況下，IPC投入后，高壓旁路從當(dāng)前開度自動關(guān)小至25%開度，隨后以5%/min的速率逐漸全關(guān)，整個過程主、再熱蒸汽壓力波動較小。

某日，汽輪機(jī)并網(wǎng)后進(jìn)行切缸操作并投入IPC，出現(xiàn)了高壓聯(lián)合汽閥開度過大，高壓主汽壓力、流量以及高壓汽包水位大幅波動等異?，F(xiàn)象。當(dāng)時，主汽壓力從7.2 MPa上升至8.0 MPa再回降至5.9 MPa，高壓主蒸汽流量瞬時高達(dá)到了260 t/h，高壓汽包水位出現(xiàn)較大范圍波動。對當(dāng)日相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時切缸操作前高壓旁路已開至70%，較以往大20%左右，高壓主汽壓力較以往低約2 MPa。

汽輪機(jī)調(diào)門的正常調(diào)節(jié)均設(shè)有一定的變化率，而當(dāng)時切缸后投入IPC時，高壓旁路開度由70%直降至25%，主汽壓力驟升不可避免。另外，在投入IPC時，由于IPC與LDR之間是無擾切換，IPC的壓力設(shè)定值是根據(jù)當(dāng)前主蒸汽管道的實際壓力以及調(diào)門實際開度進(jìn)行反向計算得出。由于當(dāng)時的高壓旁路開度過大，使得主蒸汽壓力偏低，從而導(dǎo)致IPC投入時自動計算得出的設(shè)定值也偏低。因此，當(dāng)高壓旁路大幅度快速關(guān)小時，高壓調(diào)門則是按照設(shè)定的變化率進(jìn)行開大，當(dāng)高壓旁路快速關(guān)小這個暫態(tài)過程結(jié)束后，高壓調(diào)門則仍按照設(shè)定的變化率繼續(xù)開大，直至閥前壓力下降至切換前的壓力。這就是當(dāng)時主蒸汽壓力由低到高、隨后由高到低的原因，由于主蒸汽壓力的大幅波動，自然引起主蒸汽流量和汽包水位的大幅波動。

就汽輪機(jī)而言，高、中壓旁路控制和高、中壓缸調(diào)門控制之間存在動態(tài)關(guān)聯(lián)。因此，在汽輪機(jī)啟動過程中，高壓旁路不能過分開大，保持主蒸汽壓力相對較高，一則可以增加余熱鍋爐蓄熱，有利于節(jié)能；二則能保證在切缸過程中，高壓旁路下關(guān)幅度相對較小，有利于高壓主蒸汽壓力穩(wěn)定，同時也使IPC的初始設(shè)定值較高，避免切缸后高壓調(diào)門由于初始壓力設(shè)定值偏低而大幅開啟。

4 結(jié)語

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組頻繁的調(diào)峰啟停，還會導(dǎo)致閥門卡澀、內(nèi)漏等異?，F(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，從而引起相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的異常和故障。從汽輪機(jī)中壓缸下缸溫大幅下降這個例子可以看出，當(dāng)一些疏水管道出現(xiàn)振動時，要引起足夠的重視并及時進(jìn)行處理消缺，另外，本體擴(kuò)容器增加液位計非常必要。

對于汽輪機(jī)的啟動操作，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行操作票，出現(xiàn)高壓調(diào)門無法開大和開啟過大這二個異常情況，均是由操作不規(guī)范引起，應(yīng)吸取教訓(xùn)，避免類似異常再次發(fā)生。

[1]王建偉，陳元鎖.S209FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)控制[J].浙江電力，2008，27（4）∶50－52.