600MW超临界汽轮机启动中转速异常分析及对策.pdf

第10卷 (2008年第3期)电 力安全技 术 摘要在对国产 600 m w超临界汽轮机的启动基本原理介绍的基础上，对机组实际启动过程中曾 经出现的 2次转速异常升高现象的原因和危害进行了分析，提出相应的解决和改进措施，以提高机组运行 的安全性。 关键词汽轮机；高中压缸联合启动；转速；控制；异常 国电常州发电有限公司安装的 600 m w超临界 汽轮机为上海汽轮机有限公司与西屋公司联合制造 的n600- 24. 2/ 566/ 566 型超临界压力、一次中间 再热、单轴、三缸、四排汽、双背压、纯凝汽、反 动式汽轮机。机组配置高低压两级串联旁路，高压 旁路容量为 30 % bm cr( 锅炉最大连续蒸发量) ，低 压旁路容量为 220 % bm cr，汽轮机控制系统为 上汽厂配套的数字式电液调节系统( d eh) 。 1机组启动原理 机组正常启动时采用高中压进汽量可分别控制 的高中压缸联合启动方式( 流量分配比例 k一般为 1)，并采用双回路系统，即高压缸高压排汽通 风阀凝汽器回路和中、低压缸凝汽器回 路。 在启动过程中， 高压排汽通风阀处在开启状态， 高压排汽逆止门关闭， 保证高压缸排汽处在低压状 顾朋喜 （国电常州发电有限公司，江苏 常州213033） 600m w超 临 界 汽 轮 机 启 动 中 转 速 异 常 分 析 及 对 策 态，避免高压缸排汽端过热。汽轮机旁路系统原理 如图 1所示。 图 1汽轮机旁路系统原理 汽轮机冲转时，先由中压调门(i cv)控制汽轮 机转速，高压主汽门( m sv) 处于关闭、高压调门 ( g v)处于全开状态。当汽轮机转速升至600 r/ m i n 足够，材质要好；保持汽侧水位正常，禁止低水位 或无水位运行。 (2) 管子振动预防。 在高加汽侧安装汽侧安全 门；限制汽侧蒸汽或疏水的流速；管束间距要足够 大，这一方面可降低汽侧流速，另一方面也可减少 管子互相碰撞摩擦损坏的可能性。 (3) 管子给水入口端的侵蚀预防。 限制给水流 速，当停用一列加热器或加热器堵管数量较多时， 都会使管内流速明显增大， 这时应让一部分给水经 旁路进入锅炉或降低机组负荷；控制给水含氧量小 于7 g/ l，控制给水ph值在9. 29. 6 之间。 (4) 腐蚀预防。选择材料时，要使机组成为无 铜系统；要有完善的放空气系统，在管道连接上一 般不要采用逐级串联的方式， 以防不凝结气体在压 力较低的加热器中积累；保证放空气系统的正常工 作，在启动时，水侧、汽侧应排净空气，给水水质 要合格；出厂时要有良好的防腐措施，防止贮运过 程中的腐蚀，对碳钢管加热器，通常对汽侧和水侧 均采取冲氮防腐的办法；加热器停用时，通常根据 停用时间的长短，分别采用冲水、冲气或冲氮的防 腐措施，在水侧适当调节除氧水的 ph值，以起保 护作用。 ( 5) 超压爆管预防。 水侧应安装安全阀。 (6) 制造材质、 工艺不良引起管子泄漏的预防。 加强监造，确保管壁厚度至少在 2. 0 m m以上，以 提高抗冲刷能力；组装前要对每根管子进行探伤、 水压试验等检验；u型管应热处理、无直观缺陷； 管板孔精度、公差和同心度应符合技术要求，管孔 倒角或倒圆应光滑无毛刺。 (收稿日期：5；修回日期：5) anquanshengchan 安 全 生 产 9 2007- 0 - 212007- 10- 2 第10 卷 (2008年第 3期)电 力安全技 术 时，deh保持该转速 2 m i n，记忆中压缸进汽流量 q 1( 即 i cv开度后) ，由i cv控制自动切换成 m sv/ i cv控制方式，由 m sv与 i cv共同控制汽轮机转 速，汽轮机双回路进汽。在 m sv/ icv控制方式中， 中压缸进汽流量始终比高压缸进汽流量多q 1。 当汽 轮机转速升至 2 800 r / m i n 时，d eh系统保持该转 速4 m i n， 再次记忆中压缸进汽流量q 2( 当汽轮机发 生opc保护动作复位后，icv调门开度恢复至中压 缸进汽流量 q 2 时的开度)。在 28003 000 r/ m i n 期间，i cv开度除根据再热汽压力进行修正外，不 再变化。当 deh流量记忆好并经运行人员确认后， 系统切换 m sv，gv阀，将 m sv全开，由 gv控制 汽轮机转速，直至升至3 000 r/ m i n。由于 icv参与 汽轮机冲转及升速的全过程， 加上高中压缸进汽量 可分别控制， 因此高中压缸联合启动方式与单纯中 压缸启动方式的差别不仅在于 gv的进汽量不同， 还在于因不需配置预暖阀门和预暖程序而使启动更 为简便。 2事件经过 2. 1事件一 2006- 06- 07t05: 35，1 号汽轮机组极热态启 动。冲转参数为：主蒸汽压力 14 m pa，再热蒸汽压 力0. 48 m pa，凝器背压3. 82 kpa。05：38，汽轮机 转速达到600 r / m i n，deh系统保持2 m i n 后，由 i cv控制自动切换成 m sv/ i cv控制方式。与此同 时， 汽轮机转速开始以一定速率上升。 05: 44， 汽轮 机转速达到1753r/ m i n， 运行人员见汽轮机转速不 受控制，将机组打闸，汽轮机转速下降。在汽轮机 转速上升过程中，主、再热蒸汽压力及凝器背压均 无明显变化。 06: 15，1号汽轮机重新挂闸，冲转参数为：主 蒸汽压力 12. 85 m pa，再热蒸汽压力 0. 513 m pa， 凝器背压 3. 82 kpa。06: 17，汽轮机重新冲转至600 r/ m i n，经系统计时及控制方式切换后，汽轮机转 速稳定在 600 r/ m i n，观察 1m i n后，汽轮机转速控 制稳定。06: 20，汽轮机开始升速，于 06: 30达到 3000 r / m i n。 2. 2事件二 2006-09-11t04: 26，1 号机组温态启动。冲转 参数为：主蒸汽压力 6. 5m pa，再热蒸汽压力0. 48 m pa，凝器背压 5. 12kpa。04: 31，汽轮机转速达到 6，d系统保持后，由 iv控制 自动切换成m sv iv控制方式，汽轮机转速不受 控制上升。04: 37，汽轮机转速达到 870 r/ m i n，运 行人员将汽轮机打闸。当汽轮机转速降至低于600 r / m i n 时，机组重新挂闸冲转。04: 49，deh控制 方式再次转换成 m sv/ i cv控制方式时，机组转速 仍异常上升，运行人员输入2 800 r/ m i n目标转速、 200 (r/ m i n)/ m i m升速率对汽轮机升速，04: 51，当 汽轮机实际转速( 911 r / m i n) 低于deh所给转速指 令( 914 r / m i n)后，汽轮机转速转为受控，按 deh 给定的转速指令、 速率上升， 05: 02， 汽轮机转速达 到 3000 r/ m i n，转速稳定。 3原因分析 汽轮机升速过程中转速不受控制的原因一般 有：主再热蒸汽参数、凝器背压突变，各调节汽门 活动不灵活、 有卡涩现象， 各调节汽门关闭不严密、 有泄漏现象，有其他汽源倒入汽轮机中，d eh控制 逻辑混乱等。 在 1 号机组启动过程中转速不受控的工况下， 主、再热蒸汽参数、凝器背压均无突变；各调节汽 门( 高压主汽门、 中压调门) 动作灵活， 无卡涩现象； 从1号机组整组启动前所做的主汽门、调门严密性 试验及启动后50%及100%甩负荷试验汽机飞升转 速来看，高、中压主汽门及调门关闭严密，d eh调 节品质良好，况且如果各调节汽门关闭不严密，汽 轮机转速就不能稳定在 600 r / m i n，因此可以基本 排除调节汽门有泄漏的情况；经对1号机组热力系 统仔细检查并结合汽轮机缸温分析， 也未发现有其 他汽源倒入汽轮机的可能。在汽轮机高转速下deh 又能恢复对汽轮机转速的控制，可见d eh运行比较 正常。因此，以上可能出现的原因均可排除。 1 号汽轮机转速不受控现象有如下特点： ( 1)转速不受控现象均发生在 deh由 i cv控 制自动切换成 m sv/ i cv控制方式的瞬间； ( 2) 转速不受控现象与汽轮机冲转时主、 再热 蒸汽压力高低无关； ( 3) 转速不受控现象带有随机性， 并不是每次 启动均发生，且在同一启动工况下，转速不受控现 象可能发生也可能不发生； (4) 转速不受控现象仅在汽轮机转速相对较低 时发生， 当汽轮机到高转速时(即汽轮机实际转速低 于 d eh中目标转速) ，deh对汽轮机转速不受控的 现象会自行消失。 d控制策略为，在 iv控制方式下，d 的转速主控器对象为 i v ，通过调节i v的开度来 anquanshengchan 安 全 生 产 10 00 r / m i neh2 m i nc /c ehceh cc 第10卷 (2008年第3期)电 力安全技 术 控制汽轮机转速；在 m sv/ i cv控制方式下，汽轮 机双回路进汽，由 m sv与 i cv共同控制汽轮机转 速，此时 deh的转速主控器对象为 m sv，i cv的 控制指令是由m sv的指令叠加汽轮机在 600 r / m i n 时deh记忆的中压缸流量 q 1(i cv开度) 而生成的。 也就是说，在 m sv/ i cv控制方式下，如果m sv的 控制指令无变化，则i cv的控制指令也无变化。 在1号机组起动过程中，由于0600 r/ m i n范 围内汽轮机所需的蒸汽流量少，i cv在 04%范围 内晃动，一开即关，而不是保持某一开度。机组稳 定在 600 r / m i n 时，i cv大部分时间均处于关闭位 置，只有当汽轮机转速稍低于600 r/ m i n 时稍开一 下，以保证汽轮机转速稳定。在2006- 06- 07，汽 轮机第 1 次冲转保持600 r / m i n 转速的2 m i n 内， icv共打开9次，每次打开时间约1s，其中最大开度 为3. 75% ; 2006-09-11，第2 次冲转保持 600 r/ m i n 转速 2m i n内，i cv共打开39次，每次打开时间为 12 s，其中最大开度为 3. 75 % 。 在 deh系统完成 i cv控制方式至 m sv/ i cv 控制方式切换的瞬间，以上4次启动时的相关数据 如表 1所示。 表 1机组4 次启动时的相关参数 转速ms vi cv主蒸汽再热蒸汽备注 / (r/ m i n) 开度开度 压力/ m pa 压力 / m pa 2006-06-07 599. 9 0. 78 % 4. 5 %14. 420. 513转速 第 1 次上升 2006-06-07 601. 5 0. 78 %012. 710. 513转速 第 2 次保持 2006-09-11 599. 6 0. 55 % 3. 7 %6. 40. 46转速 第 1 次上升 2006-09-11 599. 5 0. 55 % 3. 6 %6. 60. 467转速 第 2 次上升 从表 1 可以看出，在 deh完成 i cv至 m sv/ icv控制方式切换的瞬间，如果 i cv刚好开出时， 进入汽轮机的蒸汽量大于汽轮机维持600 r / m i n所 需的蒸汽量， 汽轮机转速便无法稳定， 自行上升。 此 时 deh控制方式为 m sv/ i cv控制方式，deh转 速主控器对象为 m sv，当 deh检测到汽轮机转速 上升时，会发出关 m sv指令，i cv控制指令跟随 m sv控制指令。但由于 m sv已处在关闭位置，其 阀位指令早就为 0，因此 m sv控制指令无变化，从 而 i cv控制指令也无变化，因此 deh失去汽轮机 转速控制。 在 deh失去汽轮机转速控制时，如操作人员 输入比汽轮机实际转速高的 deh目标转速及升速 率进行升速时，d计算出由 iv进入汽轮机的 蒸汽量不能满足汽轮机升速需要，会增加 m sv开 度指令，icv开度指令也随之增加，汽轮机的转速 便又回归deh的控制之下，这就是为什么高转速 时汽轮机转速又受控制的原因。 4危害分析 (1) 汽轮机不能按预定的目标转速及升速率进 行升速时，其转速极易落入汽轮机轴系共振区域 内，引起汽轮机振动增大甚至设备损坏。 上海汽轮机有限公司生产的191型汽轮机的共 振区域较为密集，主要共振转速都在1 500 r / m i n 以下。以 1号机组在启动过程中的实测结果为例， 发电机一阶临界转速为 840 r / m i n左右，二阶临界 转速为 2 200 r/ m i n 左右，高中压转子临界转速为 1480r/m i n左右， 低压转子1临界转速为1420r/ m i n 左右，低压转子2临界转速为1 430 r/ m i n左右。汽 轮机在启动过程中必须根据不同的启动工况及缸温 以合理的升速率通过这些临界转速区域。 ( 2) 在机组实际启动过程中，由icv开度过大 引起的转速异常升高不受控制的现象容易掩盖机组 各调节汽门卡涩或泄漏等设备缺陷或其他原因引起 的转速不受控现象，误导运行人员盲目升速，引发 机组超速事故。 (3) 在高中压进汽量可分别控制的高中压缸联 合启动方式中，其高中压缸进汽量比例已由deh 事先设定，icv开度过大必将破坏高中压缸的流量 分配比例，使高压缸进汽流量偏小，降低了启动过 程中的暖机效果， 同时还有可能引发因高压缸排汽 温度过高而使机组跳闸、 高压缸未级叶片过热等危 害。 5结论与对策 5. 1结论 汽轮机在采用高中压缸联合启动时， 转速不受 控现象的基本原因为在汽轮机冲转阶段、 中压调门 在小开度时， 其中压调门控制逻辑与中压调门流量 特性不匹配。 汽轮机转速在600r / m i n及其以下时， 中压调门开度如能均匀变化则能避免此现象发生。 5. 2对策 ( 1)根据 i cv在小开度时的流量特性，完善 icv控制逻辑，避免其在 0600r / m i n时频繁晃动 是解决问题的根本办法。 （2)对高中压缸联合启动的 deh的控制策略 进行优化。 ( 3) 从d历史数据库中可以看出，号机组 anquanshengchan 安 全 生 产 11 ehc eh1 第10 卷 (2008年第 3期)电 力安全技 术 摘要由于 500 kv龙政线沿线有 2条高速公路和 1条高速铁路相继在大别山区开工建设，线路 安全运行遭受严重威胁。 为确保线路的安全运行， 制定了危险点控制模板， 对危险点实施动态跟踪管理， 超 前控制处理，有效地防止了外破事件的发生。 关键词线路; 外破；风险；防范；控制 500 kv 龙政线是三峡电力向华东地区输送电 能的重要线路，途径湖北、安徽和江苏，连接华东 与华中两大区域电网，双极输送电力达 300 万 kw 。 其安全运行不仅关系到两大区域电网的安全稳定运 行， 更关系到华中地区和长江三角洲的经济发展和 社会稳定。 自2003年6月投入运行以来， 龙政线沿线环境 较为稳定。但从2005年10月开始， 2条高速公路和 1条高速铁路相继在大别山区开工建设，随之产生 的大量采石场对龙政线沿线环境造成很大影响。 特 别是安徽省金寨县境内，合肥- 武汉高速公路和合 肥- 武汉高速铁路有 30 多 km与龙政线平行建设， 对线路的安全运行造成严重威胁。 1开展线路风险识别，掌握运行风险之源 高速公路和铁路的建设， 将彻底影响龙政线沿 线局部区域的环境，极有可能造成线路污闪跳闸、 导地线损伤以致断线、 基础损坏导致铁塔倾覆等事 故的发生。 因此， 超高压公司组织相关人员， 于2005 年10月中旬对龙政线上存在公路和铁路建设的区段 开展特巡。通过特巡，基本摸清了新建铁路、公路 的走向及其和龙政线的交汇位置，采石场的布点、 规模等相关信息， 并对线路可能受到的威胁给出了 李宏国1，汪晓1，田军1，李冀1，陆振田2 （1. 安徽省电力公司超高压公司，安徽 合肥230061；2. 安徽送变电工程公司，安徽 合肥230000） 建 立 风 险 管 理 机 制 防 范 线 路 外 力 破 坏 初步评估和防范对策。 其中主要的威胁来自线路附 近部分新建采石场的开山放炮， 由其引起的飞石会 击伤导地线，扬尘也会造成线路污