1036MW超超臨界機(jī)組通風(fēng)閥誤動(dòng)停機(jī)分析及技術(shù)改進(jìn)
某1036MW容量超超臨界機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中汽機(jī)通風(fēng)閥(Ventilator valve，簡(jiǎn)稱VV閥)突然開(kāi)啟，機(jī)組保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。原因在于閥門優(yōu)化試驗(yàn)過(guò)程中，管道及閥體振動(dòng)導(dǎo)致VV閥的控制電磁閥瞬間失電造成，國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組也曾發(fā)生過(guò)類似問(wèn)題。剖析VV閥在控制保護(hù)的邏輯設(shè)計(jì)方面存在潛在的缺陷，通過(guò)改變控制電磁閥的控制模式、改進(jìn)VV閥控制邏輯回路等措施，解決了VV閥誤動(dòng)導(dǎo)致停機(jī)的普遍性難題。
1、引言
基于日立技術(shù)設(shè)計(jì)的1036MW超超臨界機(jī)組上沒(méi)有設(shè)置高壓缸排汽逆止門，而是在汽輪機(jī)4號(hào)高壓調(diào)節(jié)汽閥后的導(dǎo)汽管上接出設(shè)置了通風(fēng)閥(Ventilator valve，簡(jiǎn)稱VV閥)，引至凝汽器。當(dāng)汽機(jī)跳閘高壓調(diào)節(jié)汽閥全關(guān)時(shí)聯(lián)鎖開(kāi)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(jí)葉片，保護(hù)汽輪機(jī)安全停運(yùn)。但在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，VV閥開(kāi)啟控制及邏輯設(shè)計(jì)等方面并不合理，因VV閥誤開(kāi)而導(dǎo)致機(jī)組非正常停運(yùn)的可能性較大，據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)已有不止一臺(tái)同類型機(jī)組出現(xiàn)過(guò)類似事故。VV閥誤開(kāi)后造成汽機(jī)推力軸承及凝汽器的沖擊損傷，對(duì)汽機(jī)安全存在潛在的威脅。
2、1036MW機(jī)組汽輪機(jī)VV閥簡(jiǎn)介
2.1、VV閥保護(hù)邏輯原理
VV閥為額定工作壓力為25.0MPA的氣動(dòng)閥門，其工作氣源壓力為0.5Mpa，來(lái)自汽機(jī)儀用空氣母管。VV閥設(shè)計(jì)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(guò)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(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，保持VV閥前后管道有微量蒸汽通過(guò)，起暖管作用。機(jī)組跳閘時(shí)，跳機(jī)信號(hào)聯(lián)鎖開(kāi)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(jī)軸向推力和高壓缸的鼓風(fēng)摩擦，是對(duì)汽機(jī)本體保護(hù)的一道重要防線。
在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，如果VV閥開(kāi)啟，為保護(hù)汽機(jī)本體及凝汽器安全，汽機(jī)聯(lián)鎖跳閘，這是該類型1036MW超超臨界機(jī)組普遍的設(shè)計(jì)原則，其邏輯原理為：
1)汽機(jī)跳閘，蒸汽流量D0.5%，自動(dòng)打開(kāi)VV閥。
2)汽機(jī)掛閘，蒸汽流量D0.5%，自動(dòng)關(guān)閉VV閥。
3)機(jī)組運(yùn)行，VV閥動(dòng)作開(kāi)啟，機(jī)組跳閘。
圖1 VV閥管路系統(tǒng)圖
2.2、VV閥原設(shè)計(jì)控制邏輯
原設(shè)計(jì)VV閥控制原理如圖(2)所示，VV閥為雙氣缸結(jié)構(gòu)，VV閥開(kāi)閉由三個(gè)氣動(dòng)閥控制，分別為D、D1、D2。氣動(dòng)閥D由控制電磁閥EVI控制，根據(jù)廠家的原來(lái)設(shè)計(jì)，當(dāng)電磁閥EVI帶電時(shí)，D1接通控制氣源，D2排氣，氣缸向下運(yùn)動(dòng)關(guān)閉閥門;當(dāng)電磁閥EVI失電時(shí)，D1接通排氣，D2接通控制氣，氣缸向上運(yùn)動(dòng)開(kāi)啟閥門。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)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(kāi)”。
2)“得電通氣，D1通氣，D2排氣，VV閥關(guān)閉”。
圖【2】改進(jìn)前的VV閥控制原理圖
圖【3】改進(jìn)前現(xiàn)場(chǎng)的VV閥圖片
3、VV閥誤開(kāi)過(guò)程及原因分析
3.1、VV閥誤開(kāi)導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)動(dòng)作跳閘過(guò)程
2012年7月30日，跳閘前機(jī)組負(fù)荷為1010MW，主汽壓25.9Mpa，主汽溫602℃，機(jī)組協(xié)調(diào)、AGC投入控制方式。跳閘首出原因?yàn)?ldquo;VV 閥全開(kāi)”，汽機(jī)高、中壓主汽門、調(diào)門、抽汽逆止門自動(dòng)關(guān)閉，鍋爐MFT 動(dòng)作，發(fā)電機(jī)逆功率動(dòng)作解列，VV 閥實(shí)際處于開(kāi)啟狀態(tài)。
現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)VV閥控制電磁閥EVl有一定程度的松動(dòng)，EVl插頭做試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)過(guò)接觸不良現(xiàn)象。
3.2、調(diào)門優(yōu)化試驗(yàn)過(guò)程對(duì)VV閥管路振動(dòng)的影響
分析機(jī)組跳閘前后的工況變化，該機(jī)組曾在7月25日進(jìn)行主汽調(diào)閥優(yōu)化試驗(yàn)，至7月30日機(jī)組跳閘前一直投入新閥位優(yōu)化曲線模式運(yùn)行。新閥位優(yōu)化曲線控制模式下，采用先同時(shí)開(kāi)啟1、4 號(hào)高壓調(diào)門CV1、CV4，再分別開(kāi)啟2、3號(hào)高壓調(diào)門CV2、CV3 的方案，與原來(lái)的閥位分配模式存在明顯的不同。
機(jī)組原來(lái)的閥位管理模式是：隨著負(fù)荷指令的增加， CV1先開(kāi)啟直至全開(kāi)，然后在一定的閥門重疊度下同時(shí)開(kāi)啟CV2、CV3，最后再開(kāi)啟CV4。
因此當(dāng)機(jī)組處于高負(fù)荷時(shí)， CV1、CV2 的開(kāi)度沒(méi)有較大的區(qū)別，但CV3、CV4 的開(kāi)度有明顯的不同，如表【1】所示，同樣是滿負(fù)荷工況運(yùn)行，7 月25 日新閥位優(yōu)化曲線投入前，CV3的開(kāi)度為100%，CV4 為39%。但在機(jī)組跳閘前的7 月30 日，CV3 的開(kāi)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(kāi)度對(duì)比表
在投入新閥位優(yōu)化曲線模式運(yùn)行后，機(jī)組一直處于高負(fù)荷運(yùn)行，因此CV4基本上也處于全開(kāi)的位置，VV閥接在CV4之后的導(dǎo)汽管，引至凝汽器，此時(shí)前后的差壓很大，可達(dá)到25-26Mpa之間。
為驗(yàn)證主汽壓力(對(duì)應(yīng)負(fù)荷)、CV4開(kāi)啟幅度對(duì)VV 閥振動(dòng)水平的影響，2012年11月，在三個(gè)不同的高負(fù)荷工況下，投入新閥位優(yōu)化-滑壓曲線進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)用測(cè)振儀對(duì)VV 閥汽缸、支吊架在軸向、垂直、水平三種不同的方向進(jìn)行測(cè)量，并分別與原閥位-滑壓曲線模式下的測(cè)量值比較，對(duì)比結(jié)果如表【2】所示。
表【2】新閥位優(yōu)化曲線投入前后對(duì)VV 閥汽缸振動(dòng)的影響比較
原閥位曲線運(yùn)行模式，在各負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，VV閥的氣缸及支吊架的振動(dòng)都在正常范圍之內(nèi)，振動(dòng)水平普遍較低。原因在于這種模式下，負(fù)荷低于900MW時(shí)，CV4基本處于關(guān)閉位置，只有當(dāng)負(fù)荷上升到900~1000MW時(shí)，CV4開(kāi)度才逐漸開(kāi)啟到20~40%之間變化。
投入新閥位優(yōu)化曲線后，與原來(lái)的區(qū)別主要在于VV閥氣缸、管道支吊架的振動(dòng)明顯變大。從測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，900MW負(fù)荷之下，VV閥氣缸振動(dòng)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(dāng)負(fù)荷在800~1000MW變負(fù)荷過(guò)程中，隨著汽壓的波動(dòng)，VV閥氣缸、支吊架處振動(dòng)更加加劇，瞬間振動(dòng)值最高可達(dá)250um左右。
3.3、原因分析
機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，VV閥三個(gè)位置開(kāi)關(guān)LS1、LS2、LS3只要其中有二個(gè)出現(xiàn)開(kāi)啟信號(hào)，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組跳閘。綜合以上分析結(jié)果，得出結(jié)論如下：機(jī)組在投入新閥位優(yōu)化-滑壓曲線模式運(yùn)行后，接入CV4后的導(dǎo)汽管分支管路上的VV閥閥體振動(dòng)明顯增大，加劇了VV閥控制電磁閥原來(lái)存在的接線松動(dòng)和接觸不良現(xiàn)象，使控制電磁閥瞬時(shí)失電，導(dǎo)致VV閥誤動(dòng)開(kāi)啟，位置開(kāi)關(guān)LS1、LS2、LS3 觸點(diǎn)接通，機(jī)組保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。
4、存在的缺陷及技術(shù)改進(jìn)
4.1、存在的缺陷
VV 閥由單一控制電磁閥控制開(kāi)關(guān)，而機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中VV閥開(kāi)啟，則會(huì)導(dǎo)致機(jī)組非正常停運(yùn)，這種相對(duì)簡(jiǎn)單的控制模式，會(huì)使VV閥誤動(dòng)造成機(jī)組跳閘的機(jī)率大為增加。
原設(shè)計(jì)控制電磁閥控制VV 閥的控制過(guò)程是“帶電關(guān)，失電開(kāi)”，一旦上級(jí)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(huì)導(dǎo)致機(jī)組非正常停運(yùn)。
4.2、技術(shù)改進(jìn)
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(kāi)”。
2) “得電通氣，D1 通氣，D2 排氣，VV閥關(guān)閉”。
技術(shù)改進(jìn)后的VV 閥控制原理如圖【4】所示，控制電磁閥EV1 對(duì)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(kāi)”。
圖4 改進(jìn)后的VV閥控制原理圖
這種模式的優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)組運(yùn)行時(shí),EV1 處于失電狀態(tài),避免由于電磁閥長(zhǎng)時(shí)間勵(lì)磁造成過(guò)熱損壞,進(jìn)而失電導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。
4.1.2、在控制氣管路上增加一個(gè)控制電磁閥EV2.
機(jī)組跳閘時(shí)，跳機(jī)信號(hào)聯(lián)鎖開(kāi)啟VV閥，是對(duì)汽機(jī)本體保護(hù)的一道重要防線。單一控制電磁閥EV1如果在機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中失電，則會(huì)造成VV閥無(wú)法開(kāi)啟的狀況。為解決這一問(wèn)題，在VV閥儀用氣控制管路中，再并聯(lián)一個(gè)相同的控制電磁閥EV2，如圖【4】所示，圖【5】為現(xiàn)場(chǎng)改造后的VV 閥圖片。
圖【5】現(xiàn)場(chǎng)改造后的VV 閥圖片
表【3】是經(jīng)改進(jìn)后的二個(gè)控制電磁閥EV1、EV2 試驗(yàn)情況表，從表中可以看出，當(dāng)機(jī)組跳閘停機(jī)時(shí)二個(gè)控制電磁閥只要有一個(gè)正常工作，就能使VV 閥動(dòng)作開(kāi)啟，從而提高了停機(jī)瞬間VV閥動(dòng)作開(kāi)啟的可靠性，保證了機(jī)組的停機(jī)安全。
表【3】改進(jìn)后控制電磁閥EV1、EV2試驗(yàn)情況
說(shuō)明：儀用氣工作壓力0.5MPa，0為失電，1為帶電。
4.1.3、補(bǔ)充改進(jìn)措施
對(duì)VV閥汽源管路接頭等進(jìn)行檢查緊固，定期更換氣缸開(kāi)、關(guān)氣源增壓模塊、氣源過(guò)濾器、控制電磁閥及其電纜插頭，防止設(shè)備老化損壞。校驗(yàn)4號(hào)高壓導(dǎo)汽管及VV閥分支管道的支吊架，減弱CV4調(diào)門開(kāi)啟對(duì)管道和VV閥閥體振動(dòng)的影響。
5、結(jié)語(yǔ)
技術(shù)改進(jìn)VV閥氣源控制回路及邏輯設(shè)計(jì)后，長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐的結(jié)果表明，機(jī)組再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)類似的誤動(dòng)停機(jī)事件，而且啟停機(jī)時(shí)VV閥動(dòng)作可靠穩(wěn)定，減少了汽輪機(jī)的的長(zhǎng)周期運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高了機(jī)組等效可用系數(shù)。
