羅振琨,王丹丹
(哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150000)
汽輪機(jī)組超速保護(hù)控制方法一般由三部分組成:(1)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的103%,OPC(Overspeed protection controller,超速保護(hù))電磁閥帶電,油動(dòng)機(jī)卸荷閥動(dòng)作,閥門迅速關(guān)閉控制轉(zhuǎn)速;(2)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的 110%,AST(Automatic shift trip,危急遮斷)電磁閥失電,油動(dòng)機(jī)卸荷閥動(dòng)作關(guān)閉主汽閥、調(diào)節(jié)閥,機(jī)組跳機(jī);(3)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的112%時(shí),機(jī)械超速危急遮斷器觸發(fā),泄掉薄膜閥上腔油壓,機(jī)組跳機(jī),或者超速保護(hù)電磁閥組失電,油動(dòng)機(jī)卸荷閥動(dòng)作關(guān)閉主汽閥、調(diào)節(jié)閥,機(jī)組跳機(jī)[1]。
就第三部分控制方法而言,國(guó)內(nèi)常規(guī)火電汽輪機(jī)組超速保護(hù)裝置配置趨向于以電超速保護(hù)裝置取代機(jī)械超速危急遮斷裝置。但大功率汽輪機(jī)機(jī)組特別是核電汽輪機(jī)還是會(huì)配置機(jī)械超速保護(hù)裝置,以兩種超速保護(hù)模式來實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)保護(hù)的多冗余、高可靠性控制。由于機(jī)械超速危急遮斷器及其附屬部套(即危急保安系統(tǒng),見圖1)的零部件較多且對(duì)安裝調(diào)試要求較高,所以在機(jī)組前期安裝調(diào)試過程中可能會(huì)出現(xiàn)各種故障。
本文針對(duì)國(guó)內(nèi)1 000 MW核電汽輪機(jī)組前箱危急保安系統(tǒng)中常見的遠(yuǎn)方掛閘問題、危急遮斷器問題作出分析研究,并提出其具體的解決方法,為汽輪機(jī)的安裝、調(diào)試提供指導(dǎo)幫助。
圖1 危急保安系統(tǒng)原理圖
某電廠3號(hào)核電汽輪機(jī)組進(jìn)行掛閘試驗(yàn)(危急保安油壓建立后,通過扳動(dòng)就地掛閘手柄或遠(yuǎn)方試驗(yàn)電磁閥帶電3 s的方式,使扳機(jī)靠近危急遮斷器,頂起撞擊子并使撞擊子復(fù)位的過程)時(shí)發(fā)現(xiàn):扳動(dòng)就地掛閘手柄,壓力表顯示(見圖1)為0.7 MPa,危急遮斷油壓值正常,可以實(shí)現(xiàn)掛閘。通過遠(yuǎn)方試驗(yàn)電磁閥帶電方式掛閘,壓力表顯示為零,掛閘失敗。
圖2 遠(yuǎn)方掛閘裝置安裝圖
針對(duì)以上問題,首先進(jìn)行電磁閥通、斷電試驗(yàn),結(jié)果壓縮空氣通、斷正常,排除了電磁閥故障的原因。初步分析為掛閘氣缸本身活塞尺寸及安裝問題(見圖2)或氣源壓力問題。測(cè)量氣缸的安裝位置并拆下掛閘氣缸檢查,發(fā)現(xiàn)氣缸均符合圖紙的設(shè)計(jì)尺寸要求,且油缸不存在卡澀及活塞出力不夠的現(xiàn)象;實(shí)測(cè)壓縮空氣氣源壓力為0.95 MPa,稍大于0.93 MPa的設(shè)計(jì)壓力值,符合設(shè)計(jì)要求;最后,在進(jìn)行電磁閥通、斷電試驗(yàn)時(shí),通過檢查掛閘手柄及連接桿,發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)行手動(dòng)掛閘時(shí),掛閘手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)行程相對(duì)遠(yuǎn)方掛閘時(shí)稍長(zhǎng)一些,導(dǎo)致氣缸活塞運(yùn)行全行程并未將掛閘手柄頂起到位。
將氣缸活塞運(yùn)行全行程后扳動(dòng)掛閘手柄,掛閘連桿頭與氣缸活塞桿頭間間隙為3 mm.
分析問題原因?yàn)?,連接桿在安裝過程中,未按設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整。遠(yuǎn)方掛閘過程中,雖氣缸全行程運(yùn)行,但行程通過連接桿傳導(dǎo)到掛閘滑閥時(shí)并未實(shí)現(xiàn)杯閥完全右移封住回油口(見圖1),建立起危急遮斷油壓,導(dǎo)致掛閘失敗。最終,將連接桿兩端鎖緊螺母旋松,適當(dāng)調(diào)整連接桿長(zhǎng)度(加長(zhǎng)4 mm)。電磁閥帶電,掛閘成功。
某電廠1號(hào)核電汽輪機(jī)組在沖轉(zhuǎn)成功并定速1 500 r/min,帶25% ~30%負(fù)荷3 h,在做機(jī)械超速試驗(yàn)過程中,汽輪機(jī)在1 626 r/min(撞擊子動(dòng)作設(shè)計(jì)值為1 642.5 r/min~1 657.5 r/min)時(shí)危急遮斷器動(dòng)作,機(jī)組跳機(jī)[2]。
1000 MW核電汽輪機(jī)超速保護(hù)與常規(guī)火電汽輪機(jī)組有所不同。OPC動(dòng)作值為107.5%(1 612.5 r/min),機(jī)械超速動(dòng)作值為110%(1 650 r/min),電超速動(dòng)作值為111%(1 665 r/min)[3]。根據(jù)上述現(xiàn)象,可以判斷撞擊子是由于未到達(dá)動(dòng)作值就彈出。究其原因是汽輪機(jī)在前期安裝、調(diào)試過程中,工作人員未按照調(diào)試規(guī)范要求對(duì)撞擊子調(diào)整螺母進(jìn)行調(diào)整,導(dǎo)致撞擊子彈簧(見圖3上)預(yù)緊力未達(dá)到工況要求,彈簧預(yù)緊力偏小。
圖3 危急遮斷器裝配圖
結(jié)合以下計(jì)算公式對(duì)撞擊子進(jìn)行分析[4]:
離心力計(jì)算公式:C=Gω2x/g;撞擊子飛出要求方程式:C-FA≥ F0.
計(jì)算分析可得:撞擊子調(diào)整螺母旋轉(zhuǎn)45°適當(dāng)增大、減小大彈簧的預(yù)緊力,轉(zhuǎn)速可對(duì)應(yīng)變化10 r/min左右。
根據(jù)實(shí)際動(dòng)作值1 626 r/min與設(shè)計(jì)動(dòng)作值1 650 r/min的比較,相差24轉(zhuǎn)。用專用工具順時(shí)針旋動(dòng)調(diào)整螺母(見圖3下)112°.重新進(jìn)行超速試驗(yàn),汽輪機(jī)在1 648r/min時(shí)動(dòng)作,機(jī)組跳機(jī)。機(jī)械超速試驗(yàn)順利完成[5]。
近些年來,隨著國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召,國(guó)內(nèi)核電項(xiàng)目日趨增多。眾所周知,核電機(jī)組對(duì)其安全性、可靠性的控制要求是及其嚴(yán)格的。機(jī)械超速危急遮斷裝置作為汽輪機(jī)超速保護(hù)一道重要防線,要求必須保證較高的加工精度及安裝、調(diào)試的準(zhǔn)確性,要嚴(yán)格按照安裝調(diào)試規(guī)程完成安裝調(diào)試工作,保證其功能實(shí)現(xiàn)的萬(wàn)無(wú)一失。
[1]郭鈺峰,徐志強(qiáng),于達(dá)仁.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.
[2]關(guān)盼龍.汽輪機(jī)超速的原因分析及對(duì)策[J].發(fā)電設(shè)備,2013,27(4):267-269.
[3]王運(yùn)民.電廠汽輪機(jī)原理[M].北京:中國(guó)電力出版社,2013.
[4]程衛(wèi)國(guó),楊 明,陸文華.汽輪機(jī)超速保護(hù)的可靠性探討[J].發(fā)電設(shè)備,1998(2):38-39.
[5]覃 超,謝延梅,董 川,等.超臨界汽輪機(jī)超速保護(hù)系統(tǒng)分析[J].電站系統(tǒng)工程,2007,23(1):57-58.