M701F机组低油压联锁异常分析与处理.pdf

第 45 卷第 1 期 2016 年 3 月 Vo1 45 N o1 M a r 20 1 6 文章编号：16725549(2016)01007905 M 701F 机组低油压联锁异常分析与处理 王新年 (中海福建燃气发电有限公司， 莆田 3511OO) 摘要： 介绍了M 701F 单轴联合循环机组低油压联锁方式， 在执行机组低油压联锁试验 中发现直流润滑油 泵联锁启动后其出口压力起压过慢的异常现象， 分析检查后认为， 引起润滑油供油压力起压慢的主要原因是 直流润滑油泵积空气， 通过将直流润滑油泵出口最小流量孔由管道水平位置改至顶部， 解决了直流润滑油泵 起 压慢 问题 ， 消除 了断油烧 瓦隐患， 可为 同类型机组提供借鉴 。 关键词 ： 燃 气轮机 ；润滑油低油压联锁 ；直流 润滑油泵起 压慢 ； 分析 处理 中图分类号 ： T M 611 3 文献标识码 ：A doi ：10 13707 j c nki 31 1922 th 20 16 01 016 A n a lysi s an d D i sp o sa l o f A b n o rm ali ty o f L o w O i l P ressu re In terloc k i n M7 0 1F U n i t W -A N G X i nni a n (c o o c Fuji an G as Pow er C o ， Ltd ，Puli an 351100， C hi na) A bstrac t：T he low 0i 1 pressure i nterloc k of M 701F si ngle-shaft c om bi ned c yc le uni t i s presented T he a bn orm al ph eno m en on w a s fo un d that the D C lub e o i l p um p S o u tlet p ressu re rai sed m o re slo w ly th an n o rm al w h en the i n terlo c k started i n th e testB a sed on analy si s，i t w as c on c lu ded that th e ai r ac c u m u lati on i n the D C lu be o i l pu m p w a s th e m a i n reaso n o f th e prob lem，an d i t c o u ld b e so lved by m o vi ng th e m i n i m u m flow h o le from th e p i pe s ho ri zo nta l po si ti o n to th e to pT h i s m etho d c o u ld also eli m i n ate th e ri sk of beari ng b urni ng c aused by i nterrupti on of lube oi lT he experi enc e c an be provi ded as a referenc e for si m i lar uni ts K ey w o rds ： g as turbi ne ；lu b e o i l S lo w o i l pressu re i nte rlo c k ；IX 2 1u b e o i l pu m p ri se pressu re slo w ；an aly si s an d di sposa1 联合循环发电机组断油烧瓦是发 电厂非常严 重的恶性事故之一， 运行中轴承一旦断油 ， 将造成 轴瓦的烧毁 ， 更为严重时会造成大轴弯曲、 动静碰 磨和轴瓦处冒烟、 着火、 爆炸等恶性事故1 。润 滑油低油压联锁作为机组异常情况时安全停机 的 保障， 要求十分可靠， 如有异常需尽快查找原因并 处理， 才能消除断油烧瓦事故隐患。 福建某燃气一 蒸汽联合循环 电厂一期建造有 4 套 M 701F 单轴联合循环机组， 每套机组燃气轮 机 、 汽轮机和发 电机共 用一个润滑油系统 。3 号 机组在定期低油压联锁试验中， 出现直流润滑油 泵起压慢 的异常现象 ， 引起盘车跳 闸。对此异常 进行分析、 检查， 确认直流润滑油泵积空气是引起 起压慢的根本原 因， 采取将直流润滑油泵 出口最 小流量孔从 出口短管 的水 平位置改至顶部 的方 法， 将起压时间缩短到合格范围内， 消除了机组断 油烧瓦的重大隐患， 提高了机组运行安全性， 可供 存在类似问题的燃气轮机电厂参考。 1润滑油系统流程简介 润滑油系统的作用是 向燃气轮机、 蒸汽轮机、 发电机的轴承 ， 燃气轮机排气侧支撑 ， 盘车装置 ， 发 电机密封油和顶轴油系统提供一定温度和压力 的洁净润滑油 ， 以确保机组安全可靠运行 ， 防止发 生轴瓦烧毁、 转子轴颈过热弯曲等事故。 M 701F 单轴联合循环机组润滑油系统流程 如图 1 所示 。按照正常流程 ， 主润滑油箱 中的润 滑油 由交 流润滑 油泵 升压 后 ， 经过 冷油器 以及 温控阀， 将油温调整到限定值以内； 然后润滑油 收稿 日期 ： 20150909 修订 日期 ： 2016一 Ol一 15 作者简介： 王新 (1978一 )， 男， 毕业于哈尔滨工程大学， 硕士， 工程师， 现为中海福建燃气发电有限公司检修部机务专工。 i l l l 圈田 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 M 70 1F 机组低油压联锁异常分析与处理 进人过滤器 滤 除杂质 ， 经 压力 调节 阀调 整 润滑 油供应压力 ， 供给润滑 油到轴承 、 盘车 、 密封 油、 顶轴油等 处 ； 之后 经 回油粗 过滤 器重新 回到主 润滑油箱 。 图 1润 滑油流程简图 在交流电源和保安电源全部中断的情况下， 或者润滑油供油压力小于 0 169 M Pa 时， 直流润 滑油泵紧急启动运行 ， 润滑油不经过过滤器 、 冷油 器和压力调节阀直接供应润滑油到轴承、 盘车 、 密 封油、 顶轴油等处 ， 然后回到润滑油箱。 交 、 直流润滑油泵安装在主润滑油箱顶部 ， 均 为立 式单 级离心 泵， 额定 转 速分 别 为 l 485 r m i n、 1 500 r m i n ， 额定压力分别为 0 59 M Pa、 0 27 M Pa， 额定电流分别为 287 A 、 284 A 。 2低油压联锁逻辑设置 国内多家燃气轮机 电厂发 生过断油烧 瓦事 故 ， 造成了严重损失 ， 事故原因多与直流润滑油泵 出 口未正常起压有关 ， 也是 防止 电力生产事故 的 二十五项重点要求 中防止断油烧瓦事故重点防 范事项。为避免发生断油烧瓦事故， M 701F 单轴 联合循环机组润滑油系统设计两种低油压联锁方 式 ， 一种是 2 台交流润滑油泵全部停运 电气信号 联锁启动直流润滑油泵， 另一种是润滑油供油压 力小于 0 169 M Pa 热控信号联锁启动直流润滑 油泵， 并每月进行试验检测其可靠性。 2 1润滑油低油压 电气联锁 在备用交流润滑油泵投自动且无故障信号的 情况下， 如运行交流润滑油泵停运， 其电气信号将 联锁启动备用交流润滑油泵， 由备用交流润滑油 泵继续供油， 这作为第一道润滑油供油保护。 如图 2所示， 三个条件均可触发 2 台交流润 滑油泵同时停止运行信号 ， 从而使直流润滑油泵 被电气联锁启 动 ， 分别为 ：一是 2 台交流润滑油 泵运行信号均消失 ， 二是 2 台交流润滑油泵均出 现电源异常信号， 三是 2 台交流润滑油泵中 1 台 运行信号消失同时另 l 台电源异常信号出现。在 2 台交流润滑油泵同时停止运行信号被触发后， 延时 5 s， 逻辑发出启 动直 流润滑油泵信号 ， 在直 流润滑油泵无 故障且投远方控制情况下 ， 启动直 流润滑油泵运行 。 -重 一一一 囊 图2交流润滑油泵与直流润滑油泵电气联锁逻辑简图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m M 701F 机组低油压联锁异常分析与处理 热力透平 2 2润滑油低油压热控联锁 为防止在交流润滑油泵运行状态下交流润滑 油泵到润滑油压力调节阀系统部件 (如冷油器、 过 滤器 、 压力 调节 阀等)异常 引起 润滑油供油压 力 低 ， 造成断油烧瓦 ， 润滑油系统还设置了低油压热 控联锁。 在压力调节阀后润滑油供油母管上设置取压 管 ， 配置 3 块就地压力表 、 1 个压力变送器 、 3 个低 油压跳 闸压 力 开关 。当润 滑 油 供 油 压 力 低 于 0 189 M P a 时， 压力变送器传输 的供油压力经逻 辑判断后发润滑油压力低报警信号， 同时联锁启 动备用交流润滑油泵。当润滑油供油压力低于 0 169 M Pa时， 压力开关动作， 经 3 取 2 后信号通 过硬接线一路到机组保护系统使机组跳闸， 一路 到直流润滑油泵控制柜启动直流润滑油泵 。 3低油压联锁试验 中直流润滑油泵 起压慢现象 在 3 号机组盘车状态下， 执行润滑油低油压 联锁试验， 运行交流润滑油泵停运联锁启动备用 交流润滑油泵时 ， 润滑油供油压力均正常 ， 波动很 小 。 但在 2 台交流润滑油泵全停后联锁启动直流 润滑油泵时 ， 多次出现润滑油供油压力持续下降 异常现象 ， 供油压力最低降到 0 08 M P a， 持续时 间 320 s 不等， 后润滑油供油压力上升至正常 值 0 23 M Pa， 控制系统发出润滑油压力低报警， 并引起盘车装置跳闸。1、 2、 4 号机组虽然与 3 号 机组相比较少发生此种情况， 但也偶尔会出现此 类异常现象 。 M 701F 单轴联合循环机组 由于采用 高位布 置， 燃气轮机、 汽轮机、 发电机等主机轴系设备布 置在主厂房 13 m 的高度处 ， 而主润滑油箱布置在 主厂房 0 m 处 ， 因此润滑油需要从 主润滑油箱供 至 13 m 高度处主机设备的轴承， 0 08 M Pa供油 压力仅相当于从 13 m 主机设备轴承箱 到润滑油 供油压力测点的静压， 此时轴承无润滑油流过。 如机组在运行 中因各种原因造成厂用 电失去 ， 这 种状况可能导致断油烧瓦、 动静碰磨等严重事故 发生 。 图 3(a)所示为 3 号机组某 次低 油压联锁试 验异常曲线， 从图中可以看出， 在手动停运交流润 滑油泵 B 后 ， 交流润滑油泵 A 因电源开关 已被切 至就地模式无法启动 ， 润滑油供油压力从 0 269 M Pa开始下降， 5 S后直流润滑油泵启动， 润滑油 供油压力继续下降至 0 078 M P a， 持续约 6 S 后开 始上 升 ， 最 高 至 0 262 M P a， 最 后稳 定 在 0 23 M Pa。直流润滑油泵电流从开始启动时 40 A ， 稳 定 5 S， 迅速增大至 290 A ， 后下降至 174 A 。 一 交流润滑油泵B 一润滑油供油鹾力一直流润滑油薤电流 1 2 时 1 凸_ 0 8 0 6 4 罂 0 2 0 12 l 0 8 o 6 4 赆 0 2 0 jr一 _、 f J L f l 350 1 。00蠢 O l 6 l1 16 2 l 26 3 l 36 4 l 时间 s (a)联锁启 动直流润滑油泵后起压慢异常 曲线 一 交流润滑油泵B一润滑油供油压力一直流润滑油泵电流 f 、 f 、 L f j ， 350 3oo螽 250 脚 麓 1 。00嚣 O l 3 5 7 9 ll 13 l5 l 7 l9 2 l 23 25 27 29 3 I 3 3 3 5 3 7 39 4 l 43 时间 s (b)改进后联锁启动直流润滑油泵后起压正 常曲线 图 3低油压联锁异常曲线与改进后正常曲线 在润滑油供油压力持续降低过程 中， 机组发 出润滑油供油压力低 、 盘车装置跳闸、 顶轴油泵跳 闸等报警。 4 直流润滑油 泵起压 慢 的原 因分 析 和排查 针对直流润滑油泵起压慢的异常现象 ， 技术 人员进行全面分析和排查 ， 并将异常现象和数据 发给厂家协助分析。经过对直流润滑油泵控制和 流程分解 ， 主要从 以下几方面排查异常原 因。 4 1控制逻辑及设定参数 从系统控制逻辑方面分析， 联锁直流润滑油 泵启动的信号来 自交流润滑油泵开关柜， 4 台机 组润滑油低油压联锁逻辑均相同， 但试验结果正 常和异常均有出现， 据此判断逻辑和信号均正常。 在直流润滑油泵电气联锁启动逻辑中， 延时 m il l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 M 701F 机组低油压联锁异常分析与处理 设定值是交流润滑油泵停运与直流润滑油泵启动 的时间间隔， 虽然不是直流润滑油泵起压慢的原 因， 但会影响直流润 滑油泵启动时间点。根据机 组润滑油供油压力测试 ， 蓄能器供油仅能保 持润 滑油供油压力高于 0 169 M Pa 约 4 S， 故原设 定 5 s偏长 ， 是不合理的， 经征求厂家意 见将 4 台机 组延时时间设定值改为 2 S。 4 2 直流润滑油泵电机及开关柜 为减小启动电流， 直流润滑油泵使用逐 次切 除串联启动 电阻的方式降压启动 ， 共设置 5 组 电 阻， 电阻值分别为0 169、 0 098 、 0 057 9、 0 033 9、 0 019 9 Q ， 相对 应切除时 间分 别为 0 69 、 0 40 、 0 23、 0 14 、 0 08 S。直流润滑油泵启动 1 54 S， 全 部串联电阻切除， 达到额定转速 和额定 出力。经 实际核对机组直流润滑油泵开关设定值， 均正确。 在润滑油低油压联锁试验过程 中 使用秒表 和转速表测量直流润滑油泵从启动到满速的时间 约 2 s。但直流润滑油泵满速后其就地 出口压力 表持续为零一段时间后升压 ， 据此判断异常与直 流润滑油泵电机和开关柜没有关系。 4 3直流润滑油泵本体和出口管道 根据以上检查情况 ， 重点排查放在直流润滑 油泵本体 、 出 口管道 、 出口逆止 阀等油箱 内部检查 上。因机组运行中， 主润滑油箱无法进入， 只能等 到机组计划检修时将主润滑油箱内润滑油倒 出后 进行。 在 2014 年 12 月份 3 号机组小修中， 将主润 滑油箱润 滑油倒 至 临时储罐 ， 重点安 排 了直 流 润滑油泵检查 ， 但在外 观检查过程 中 未发现 异 常， 手动盘 动直流 润滑 油泵转 子 正常 。进 一步 拆下直流润 滑油 泵进 口滤 网和 出 口短 管 ， 检查 叶轮 正 常 。 对直 流润 滑油泵 出 口逆 止 阀检查 ， 活动 正 常 ， 但发现 阀芯有类 似于 润滑 油箱壁 面 上油 位 附近的油垢线 ， 如 图 4 、 图 5 所示 。进一 步检 查 发现直流润滑油泵 泵壳和 出 口短管均 存在油垢 线 ， 由此判定在直流润滑 油泵 内长期积 空气 ， 在 润滑油和空气分界面形成 油垢 线 。离心泵 在泵 体内积空气的情况下， 虽然泵已达到额定转速， 但因为离心泵对空气的升压能力远小于对液体 的升压能力， 其出口压力可能出现三种情况： 压 力为零 、 压力波动 、 压力幅度低于额定值 。 l圈 l _ 踵 图 4主润滑油箱壁面油位附近油垢线 图 5 直 流 润滑 油 泉 出 口逆 止 I 芯 上 锄 垢 线 直流润滑油泵积聚空气来 源分 析： 润滑油箱 排油烟风机的运行使油箱处于负压状态， 因为 回 油中含有空气 同时油中均带有水 ， 在油循环 中会 产生气泡 。润滑油箱是 1 只有效容积为 31 m 。 的长方体 卧式容器， 按交流润滑油泵额定流量6 4 m 。 m i n 计算 ， 油循 环倍率 12 4 次 h ， 所 以使 油 中气泡没有足够的时间析出。因直流润滑油泵布 置在油箱 内回油滤 网与交流润滑油泵之间， 润滑 油系统正常运行时， 交流润滑油泵不断从油箱中 吸油供出， 部分润滑油从直流润滑油泵底部流过 ， 油流连续析出的气体在直流润滑油泵 内不断被收 集 。虽然直流润滑油泵泵体有 4 个 D 2 m m 排气 孔 ， 但 由于未设置在最高点 ， 且受泵轮与壳体较小 间隙影响排气效果较 差 而直流润滑油泵出 口短 管仅在水平面有最小 流量孑 L可 以排气 ， 导致部分 空气积聚在直流润滑油泵和 出口短管 内上半部 。 这种空气积聚受到润 滑油温度 、 泵运行情况等影 响， 所以不是每 台机组每次低油压联锁 试验均出 现直流润滑油泵起压慢异常现象。 5 直流润滑 油泵起压 慢 的对 策和 实 施效果 根据检查分析情况 。 确定引起直流润滑油泵 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m M 701F 机组低油压联锁异常分析与处理 热力透平 起压慢的主要原因是泵体和 出口管道 内积空气 ， 此结论也得到厂家的支持。据此确定两种处理方 案 ： 一是将 直流润 滑油泵 出 口最小 流量孔 (0 10 m m ， 避免油泵无 流量 时发热 ， 如图 6 所示 )从 出 口短管的水平位置改至 出口短管的顶部 ； 二是在 直流润滑油泵 出口短管顶部增加排空气孔 。 图 6 直流润滑油泵 出口最小流量孔改位置前 厂家推荐采用第二种方案 ， 因担心较大孔径 影响泵出 口压力 和流量 ， 推荐开一个 3 m m 排 气孔 ， 但考虑到润滑油的黏度较大 ， 无法确定空气 能否顺利排 出。为保证空气顺利排 出， 经协商确 定采用第一种方案 ， 为避免油流喷至油箱顶部 ， 在 最小流量孔出 口加装弯头 ， 如图 7 所示。 图 7直流润滑油泵出口最小流量孔改至顶部 改动完成后 ， 将润滑油倒入主油箱 ， 随后进行 润滑油低油压联锁试验 ， 如图 3 (b)所示 ， 直流润 滑油泵在交流润滑油泵停运 2 s 后启动 ， 润 滑油 供油 压 力最 低仅 降至 0 209 M P a 就快 速 升 至 0 269 M P a， 后稳定在 0 23 M Pa 运行 。在随后的 发电运行 中， 停机后 多次进行润滑油低油压联锁 试验 ， 均未再出现异常 ， 从而证实直流润滑油泵积 空气是起压慢 的根本原 因。 6 结 论 通过分析润滑油低油压联锁试验存在的直流 润滑油泵起压慢问题 ， 按照排查方案 ， 查出直流润 滑油泵积空气是引起起压慢的根本原 因， 采取将 直流润滑油泵出 口最小流