1036MW超超臨界機組通風(fēng)閥誤動(dòng)停機分析及技術(shù)改進(jìn)
某1036MW容量超超臨界機組在運行過(guò)程中汽機通風(fēng)閥(Ventilator valve，簡(jiǎn)稱(chēng)VV閥)突然開(kāi)啟，機組保護動(dòng)作停機。原因在于閥門(mén)優(yōu)化試驗過(guò)程中，管道及閥體振動(dòng)導致VV閥的控制電磁閥瞬間失電造成，國內同類(lèi)型機組也曾發(fā)生過(guò)類(lèi)似問(wèn)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(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(méi)有設置高壓缸排汽逆止門(mén)，而是在汽輪機4號高壓調節汽閥后的導汽管上接出設置了通風(fēng)閥(Ventilator valve，簡(jiǎn)稱(chēng)VV閥)，引至凝汽器。當汽機跳閘高壓調節汽閥全關(guān)時(shí)聯(lián)鎖開(kāi)啟VV閥，利用再熱器系統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(guò)程中，VV閥開(kāi)啟控制及邏輯設計等方面并不合理，因VV閥誤開(kāi)而導致機組非正常停運的可能性較大，據了解，目前國內已有不止一臺同類(lèi)型機組出現過(guò)類(lèi)似事故。VV閥誤開(kāi)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(jiǎn)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(dòng)閥門(mén)，其工作氣源壓力為0.5Mpa，來(lái)自汽機儀用空氣母管。VV閥設計流量為105t/h，帶節流孔板(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，并帶有一節流孔板(Φ3mm)的旁路，在機組運行過(guò)程中，保持VV閥前后管道有微量蒸汽通過(guò)，起暖管作用。機組跳閘時(shí)，跳機信號聯(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軸向推力和高壓缸的鼓風(fēng)摩擦，是對汽機本體保護的一道重要防線(xiàn)。
在機組運行過(guò)程中，如果VV閥開(kāi)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(lèi)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(dòng)打開(kāi)VV閥。
2)汽機掛閘，蒸汽流量D0.5%，自動(dòng)關(guān)閉VV閥。
3)機組運行，VV閥動(dòng)作開(kāi)啟，機組跳閘。
圖1 VV閥管路系統圖
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閥為雙氣缸結構，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，根據廠(chǎng)家的原來(lái)設計，當電磁閥EVI帶電時(shí)，D1接通控制氣源，D2排氣，氣缸向下運動(dòng)關(guān)閉閥門(mén);當電磁閥EVI失電時(shí)，D1接通排氣，D2接通控制氣，氣缸向上運動(dòng)開(kāi)啟閥門(mén)。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)總結了原控制電磁閥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)導致機組保護動(dòng)作跳閘過(guò)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、AGC投入控制方式。跳閘首出原因為“VV 閥全開(kāi)”，汽機高、中壓主汽門(mén)、調門(mén)、抽汽逆止門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，鍋爐MFT 動(dòng)作，發(fā)電機逆功率動(dòng)作解列，VV 閥實(shí)際處于開(kāi)啟狀態(tài)。
現場(chǎng)檢查發(fā)現VV閥控制電磁閥EVl有一定程度的松動(dòng)，EVl插頭做試驗時(shí)出現過(guò)接觸不良現象。
3.2、調門(mén)優(yōu)化試驗過(guò)程對VV閥管路振動(dòng)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(jìn)行主汽調閥優(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(xiàn)模式運行。新閥位優(yōu)化曲線(xiàn)控制模式下，采用先同時(shí)開(kāi)啟1、4 號高壓調門(mén)CV1、CV4，再分別開(kāi)啟2、3號高壓調門(mén)CV2、CV3 的方案，與原來(lái)的閥位分配模式存在明顯的不同。
機組原來(lái)的閥位管理模式是：隨著(zhù)負荷指令的增加， CV1先開(kāi)啟直至全開(kāi)，然后在一定的閥門(mén)重疊度下同時(shí)開(kāi)啟CV2、CV3，最后再開(kāi)啟CV4。
因此當機組處于高負荷時(shí)， CV1、CV2 的開(kāi)度沒(méi)有較大的區別，但CV3、CV4 的開(kāi)度有明顯的不同，如表【1】所示，同樣是滿(mǎn)負荷工況運行，7 月25 日新閥位優(yōu)化曲線(xiàn)投入前，CV3的開(kāi)度為100%，CV4 為39%。但在機組跳閘前的7 月30 日，CV3 的開(kāi)度為29%，CV4為100%。
表【1】新閥位優(yōu)化曲線(xiàn)投入前后的主汽調閥開(kāi)度對比表
在投入新閥位優(yōu)化曲線(xiàn)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(kāi)的位置，VV閥接在CV4之后的導汽管，引至凝汽器，此時(shí)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(kāi)啟幅度對VV 閥振動(dòng)水平的影響，2012年11月，在三個(gè)不同的高負荷工況下，投入新閥位優(yōu)化-滑壓曲線(xiàn)進(jìn)行試驗，現場(chǎng)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(jìn)行測量，并分別與原閥位-滑壓曲線(xiàn)模式下的測量值比較，對比結果如表【2】所示。
表【2】新閥位優(yōu)化曲線(xiàn)投入前后對VV 閥汽缸振動(dòng)的影響比較
原閥位曲線(xiàn)運行模式，在各負荷點(diǎn)運行時(shí)，VV閥的氣缸及支吊架的振動(dòng)都在正常范圍之內，振動(dòng)水平普遍較低。原因在于這種模式下，負荷低于900MW時(shí)，CV4基本處于關(guān)閉位置，只有當負荷上升到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(xiàn)后，與原來(lái)的區別主要在于VV閥氣缸、管道支吊架的振動(dòng)明顯變大。從測量數據可以看出，900MW負荷之下，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，當負荷在800~1000MW變負荷過(guò)程中，隨著(zhù)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250um左右。
3.3、原因分析
機組運行過(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)出現開(kāi)啟信號，就會(huì )導致機組跳閘。綜合以上分析結果，得出結論如下：機組在投入新閥位優(yōu)化-滑壓曲線(xiàn)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(dòng)明顯增大，加劇了VV閥控制電磁閥原來(lái)存在的接線(xiàn)松動(dòng)和接觸不良現象，使控制電磁閥瞬時(shí)失電，導致VV閥誤動(dòng)開(kāi)啟，位置開(kāi)關(guān)LS1、LS2、LS3 觸點(diǎn)接通，機組保護動(dòng)作跳機。
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)，而機組運行過(guò)程中VV閥開(kāi)啟，則會(huì )導致機組非正常停運，這種相對簡(jiǎn)單的控制模式，會(huì )使VV閥誤動(dòng)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(guò)程是“帶電關(guān)，失電開(kāi)”，一旦上級電源跳閘、控制電纜斷線(xiàn)、接口接觸不良等現象發(fā)生，控制電磁閥失電，也會(huì )導致機組非正常停運。
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)在于機組運行時(shí),EV1 處于失電狀態(tài),避免由于電磁閥長(cháng)時(shí)間勵磁造成過(guò)熱損壞,進(jìn)而失電導致機組停運。
4.1.2、在控制氣管路上增加一個(gè)控制電磁閥EV2.
機組跳閘時(shí)，跳機信號聯(lián)鎖開(kāi)啟VV閥，是對汽機本體保護的一道重要防線(xiàn)。單一控制電磁閥EV1如果在機組長(cháng)期運行過(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】為現場(chǎng)改造后的VV 閥圖片。
圖【5】現場(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 試驗情況表，從表中可以看出，當機組跳閘停機時(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，從而提高了停機瞬間VV閥動(dòng)作開(kāi)啟的可靠性，保證了機組的停機安全。
表【3】改進(jìn)后控制電磁閥EV1、EV2試驗情況
說(shuō)明：儀用氣工作壓力0.5MPa，0為失電，1為帶電。
4.1.3、補充改進(jìn)措施
對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，防止設備老化損壞。校驗4號高壓導汽管及VV閥分支管道的支吊架，減弱CV4調門(mén)開(kāi)啟對管道和VV閥閥體振動(dòng)的影響。
5、結語(yǔ)
技術(shù)改進(jìn)VV閥氣源控制回路及邏輯設計后，長(cháng)期運行實(shí)踐的結果表明，機組再也沒(méi)有出現過(guò)類(lèi)似的誤動(dòng)停機事件，而且啟停機時(shí)VV閥動(dòng)作可靠穩定，減少了汽輪機的的長(cháng)周期運行風(fēng)險，提高了機組等效可用系數。
