提高汽轮机超速遮断装置的可靠性

1、.,1,陡河发电厂设备部汽机专业,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,提高汽轮机超速遮断装置的可靠性,QC成果发布人：刘建生 2009年2月,.,2,陡河发电厂设备部汽机专业QC小组，主要成员是汽机专业点检专工，为了解决生产中设备出现的各类问题，有针对性地对设备问题组织研究，并提出改造方案，组织检修公司予以落实，解决生产中的各种问题，为各种设备问题提供技术支持，保证我厂各机组的安全稳定运行，发挥了重要作用。,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,一、设备部汽机专业QC小组简介,.,3,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,一、设备部汽机专业QC小组简介,QC小组基本情况：,成立时间,2005年2月

2、,人员组成,取得成绩,QC成果多次获得省、市及厂级质量成果奖,活动次数,自2005年成立以来，共活动5次,本次课题类型,本次课题名称,提高汽轮机超速遮断装置的可靠性,注册时间,2009年2月,攻关型,.,4,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,超速遮断装置功能简介,二、选题理由,.,5,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,超速遮断装置功能简介,AST控制模块中有4个成“二或一与”布置的自动停机危急遮断电磁阀（20-1、2、3、4/AST），在正常运行时它们是失电关闭的，从而封闭了自动停机危急遮断母管的泄油通道，使各执行机构控制块上的卸荷阀关闭，执行机构活塞杆下腔建立起油压；当电磁阀得电打开时，

3、自动停机危急遮断母管泄油，导致各执行机构关闭。,二、选题理由,.,6,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,超速遮断装置功能简介,二、选题理由,各汽门卸荷阀来油,无压回油,机组挂闸,机组打闸,4个电磁阀 动作关闭,4个电磁阀 动作打开,机组挂闸时，电磁阀关闭，AST保护油被截止，油压建立，机组具备启动条件,机组打闸时，电磁阀打开，AST保护油经电磁阀泄掉，油压跌落，机组掉闸停机,.,7,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,超速遮断装置功能简介,OPC控制模块安装有两个超速保护电磁阀（20-1、2/OPC），这两个电磁阀并联冗余布置，正常工作时这两个电磁阀失电是关闭的，封闭了超速保护控制（OPC）

4、母管的泄油通道，使高、中压调节阀执行机构活塞下建立起油压，一旦OPC电磁阀得电动作，比如转速达103%额定转速或甩负荷时，这两个电磁阀得电就打开，使超速保护控制（OPC）油母管油压跌落，高、中压调节阀执行机构立即关闭。,二、选题理由,.,8,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,汽轮机DEH系统运行现状,陡河发电厂#5-#8机组为哈尔滨汽轮机厂产200MW机组，机组采用液压调节系统对机组转速负荷进行控制，为了响应电网要求，提高机组调节系统的动态响应能力，提高机组负荷调节品质，于2001年至2005年在机组大修中对4台机组进行了DEH改造，在机组投入运行后发现机组保护系统存在AST、OPC保护油压

5、不稳，ASP监测油压波动现象频繁的现象，给机组安全可靠运行带来很大威胁。,二、选题理由,.,9,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,二、选题理由,原超速遮断装置存在问题，在机组正常运行中经常出现AST、OPC油压降低，ASP监测油压突变，严重影响机组的安全稳定运行。,决定对采取措施，对机组超速遮断装置进行改进，提高超速遮断装置的安全性和可靠性，满足机组安全稳定运行的要求。,汽轮机保安系统要求,系统现在存在的问题,课题选定,汽轮机调节保安系统要求超速遮断装置在机组正常运行中安全可靠，在机组超速和其他事故状态下快速响应，及时按要求遮断汽轮机，停止汽轮机的运行。,.,10,大唐国际发电股份有限公司陡

6、河发电厂,系统在启动阶段AST和OPC油压低或不能建立保护油压。DEH系统正常情况下AST油压为14MPa，如果DEH不能正常挂闸，保护油压不能建立，执行机构就不能动作，机组无法正常启动。在设备故障时对机组AST模块进行检查发现AST电磁阀下部密封挡圈和密封胶圈损坏，导致该处密封间隙漏油，系统AST油压不能建立。#5-#8机组原AST模块多次发生类似故障，导致机组不能正常按时启动，影响机组并网带负荷，在厂内及电网造成了不利影响。由于AST模块和OPC模块之间装有单向阀，AST油压故障会连带OPC油压故障。,三、现状调查,陡河发电厂#5-#8机组在DEH调节系统改造后，多次发生机组在启动挂闸阶段

7、DEH调节系统不能复位，经过对系统高压抗燃油系统和低压保护油进行检查，发现故障均发生在超速遮断装置的AST模块和OPC模块上。DEH系统机组启动或运行中主要存在以下问题：,.,11,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,三、现状调查,在运行中如果只是OPC油压低或持续下滑，一般是OPC电磁阀的密封挡圈和胶圈泄露造成的，OPC油压的降低或跌落，会导致机组高中压调速汽门瞬间关闭，直接影响机组的安全可靠运行。,系统在运行阶段AST和OPC油压持续下滑或跌落。在机组启动阶段机组油压尚可，但在以后运行中，由于AST电磁阀在14MPa的高压作用下，密封挡圈和胶圈被挤出，导致泄漏间隙逐渐加大，AST油压在运行

8、中逐渐下滑。由于在10MPa左右，各主汽门、调节汽门卸荷阀会动作，导致汽门关闭，机组停机，所以在运行中AST和OPC油压的持续下滑或跌落，也会直接影响机组的安全可靠运行。,.,12,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,ASP检测油压异常。在机组运行中多次发生ASP油压持续升高或降低现象，严重的影响机组运行的可靠性。为了监视AST模块4只电磁阀的好坏，在系统中专门设计了一路监测油压，参见AST控制块原理图，监测油路设置了一条带2个节流孔的旁通油路，并安装了一只压力表和2只压力开关，可以通过ASP监测油压来判断电磁阀工作是否可靠。假设系统油质和系统清洁度达到了要求，油路节流孔畅通无堵塞，ASP油压

9、升高可以判断为下部通道2只电磁阀至少有一只存在泄漏，反之，ASP油压降低可以判断为上部通道部2只电磁阀至少有一只存在泄漏。虽然AST油压可能并无变化，但失去了一个通道的保护也会极大的降低了系统的可靠性。,三、现状调查,.,13,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,四、目标设定,陡河发电厂先后对#5-#8四台机组进行了DEH调节系统改造，均采用的是双模块的超速遮断装置，故障发生的位置基本相同，因此可以判断该超速遮断装置控制模块存在问题。 此次QC小组活动的目标为分析超速遮断装置故障发生的原因，并提出合理的改进措施，以提高机组起停和运行中的安全可靠性。,目标设定,.,14,大唐国际发电股份有限公司

10、陡河发电厂,原超速遮断装置AST和OPC模块均采用STLING GS0606大口径电磁阀，其外观模型如图所示。电磁阀上部为电磁控制机构，由控制系统进行控制，一般设置为带电打开，失电关闭。电磁阀为直插式安装，下部采用聚四氟挡圈和氟橡胶圈组合密封，用于隔离高压油和排油腔室。上部采用一道氟橡胶圈密封，防止高压抗燃油外漏。,五、原因分析,密封胶圈,组合密封,.,15,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,原超速遮断装置组成结构AST控制块外观如图所示，共有四只直插式的AST电磁阀，采用两或一与的逻辑进行布置。共有2个油口，一路为高压AST油路，一路为遮断排油。,五、原因分析,.,16,大唐国际发电股份有

11、限公司陡河发电厂,OPC控制块外观如下图所示，共有2只直插式的OPC电磁阀，采用两或一与的逻辑进行布置。共有4个油口，分别为压力油入口，OPC油口，AST油路和遮断排油。其中压力油口为抗燃油母管14MPa压力油，通过1.1mm节流孔向OPC控制块进行补油，以在机组挂闸阶段快速建立保护油压。,五、原因分析,.,17,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,原超速遮断装置AST和OPC模块所用STERLING GS0606电磁阀安装如图所示，电磁阀采用直插方式装入，上部油口为压力油口，下部油口为遮断排油。下部电磁阀和控制块的结合部分为径向密封，由于电磁阀采用螺纹方式进行安装，对控制块底扣螺纹的要求很高

12、，同时还要保证螺纹部分和下部的密封面有更好的同心度。为了保证电磁阀的顺利装入，在下部的一般留有0.20mm左右的密封间隙。由于在加工和安装中存在误差，安装中会造成总间隙偏向一侧，就会在电磁阀的挡圈和胶圈的结合密封处产生很大的压差，如果超过组合密封承受的极限，就会将其压出，导致压力油泄漏。,五、原因分析,.,18,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,特别是在机组挂闸时，电磁阀突然关闭，大量的抗燃油由压力油来油进入，瞬间作用在组合密封处，将对组合密封产生很大的冲击力，造成组合密封被冲出，甚至断裂。 在机组运行中，由于装置温度，油压波动等原因也会造成密封装置泄漏逐渐增大，造成油压持续下滑，该机组稳定

13、安全运行带来威胁。 因此，电磁阀组合密封在挂闸打闸时损坏是超速遮断装置故障的主要原因。,五、原因分析,.,19,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,虽然可以找到超速遮断装置故障的原因，但由于设计加工方面存在一定的局限性，如果不改变结构，从工艺上并不能彻底解决故障产生的根源。实践证明也是如此， 即使采用了先进的数控车床进行加工制作，也不能消除这一故障。,五、原因分析,Stling电磁阀,压力油路,遮断排油,.,20,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,五、原因分析,加工,运行,设计,安装,超速遮断装置故障,.,21,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,六、要因确认,根据机组超速遮断装置的实际情况

14、，QC小组成员共同研究，对超速遮断装置故障的要因进行了确认。,1.设计方案直接影响机组超速遮断装置的安全可靠性，如果设计不能满足要求，就会直接影响成型设备的使用。设计结构的不合理是各种故障的根源所在。因此是要因。 2.加工设备陈旧，不能满足精加工的要求，加工厂家采用先进的数控车床后，超速遮断装置故障并没有得到改善，因此，此条不是要因。 3.加工工艺不良也会导致也会导致设备的可用性降低，对加工后的控制组件进行测绘检查，各处尺寸，光洁度符合设计要求，因此，此条不是要因。,.,22,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,六、要因确认,3.为了达到安装要求，指派技术素质较高的检修人员进行组块的装配安装工

15、作，重复多次仍不能满足要求，因此，安装工艺也不是要因。 4.安装工具使用不当，在装配安装中采用了各种安装找正方式，故障现象仍然存在，因此不是要因。 5.机组挂闸、打闸操作存在问题，机组挂闸、打闸次数过多会对超速遮断装置的密封装置造成冲击，是密封部位出现泄露，造成保护油压降低，因此是要因。 6.操作步骤不符合要求，经过对操作过程进行检查，并与厂家进行联系核对，证明各种操作均无问题，因此不是要因。,.,23,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,六、要因确认,要因确认表：,.,24,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,由要因确认表可以看出设计方案不成熟，存在问题，是汽轮机组超速遮断装置故障的根本原因

16、。机组在启动阶段打闸和挂闸次数多虽然也会给超速遮断装置带来不利影响，但机组启动前实验是检验超速遮断装置可靠性和安全性的一种方法，因此是不可避免的。,七、制定对策,根据要因制定对策：,因此，消除汽轮机组超速遮断装置故障应对设计方案重新进行设计选择，提高机组超速遮断装置的安全性和可靠性。,.,25,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,七、制定对策,为了彻底解决超速遮断装置的缺陷，与厂家协商改为了二级插装阀的结构，其结构如图所示。其中电磁阀作为一级控制机构，通过油路控制二级插装阀。 一级电磁阀作为二级插装阀的控制机构，当机组挂闸时，电磁阀关闭，由0.6mm节流孔来的压力油被截止，形成一级控制油路，产

17、生控制油作用在插装阀的阀芯上部，阀芯在油压和弹簧力的作用下关闭，保护油至遮断油路封闭，保护油压得以建立。由于电磁阀的控制油压来自于0.6mm节流孔，所以在机组挂闸时是电磁阀处的控制油一个逐渐充油、升压的过程，不会对电磁阀下部的组合密封造成瞬间冲击，避免了组合密封在机组挂闸时的受冲击压力损坏。,二级插装阀用于控制机组保护油，由于插装阀套筒不需要螺纹进行安装，而是直接将套筒镶入，一般与壳体要有0-0.02mm左右的紧力，不存在泄漏间隙，因此插装阀的机械密封是可靠的，如果插装阀安装工艺满足要求，保护油就不会从该处造成泄漏。,.,26,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,七、制定对策,Sterling

18、电磁阀,插装阀套筒,插装阀阀芯,压力油来油,保护油来油,电磁阀套筒,0.6mm节流口,插装阀排油,.,27,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,七、制定对策,电磁阀,盖板,弹簧,插装阀阀芯,插装阀套筒,控制块,单向阀,.,28,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,七、制定对策,各汽门卸荷阀来油,无压回油,机组挂闸,机组打闸,4个电磁阀 动作关闭,4个电磁阀 动作打开,机组挂闸时，电磁阀关闭，插装阀关闭，AST保护油被截止，油压建立，机组具备启动条件,机组停运和打闸时，电磁阀打开，AST保护油经电磁阀下部的插装阀泄掉，油压跌落，机组掉闸停机,压力油来油,.,29,大唐国际发电股份有限公司陡河发电

19、厂,八、对策实施,首先决定利用检修机会对#7机组DEH系统进行改造。以下是经过优化后超速遮断装置的外观结构图，将AST模块和OPC模块合并成了一个超速遮断装置组件。装置的结构更加紧凑，管路布置更加合理，功能也更加完善。,.,30,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,八、对策实施,以下是经过优化后超速遮断装置的原理图，将AST模块和OPC模块合并成了一个超速遮断装置组件。装置的结构更加紧凑，管路布置更加合理，功能也更加完善。,压力开关,压力表,电磁阀,插装阀,逆止阀,OPC模块,AST模块,.,31,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,八、对策实施,以下是经过优化后超速遮断装置的原理图，将AST

20、模块和OPC模块合并成了一个超速遮断装置组件。装置的结构更加紧凑，管路布置更加合理，功能也更加完善。,.,32,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,八、对策实施,改 造 工 作 实 施 流 程,在#7机组DEH超速遮断装置改进后，机组运行稳定，从未发生过机组启动和机组运行故障，说明改造是十分成功的。,联系制造厂家，确定超速遮断装置的改造方案,根据确定方案，加工制作新的超速遮断装置,利用检修停机机会，对原控制块进行更换,进行试运，并在机组运行中监视运行效果,.,33,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,九、效果检查,在机组启动过程中，能够顺利完成机组高低压保安油系统的挂闸、打闸操作，能够按电网要

21、求完成机组的及时并网发电。避免了机组在启动期间为处理缺陷机组长时间投油，改造前后每台机组每年至少节约燃油数十吨。,因此，取得的经济效益和社会效益是十分明显的！,在汽轮机组DEH系统超速遮断装置改造后，机组调节保安系统运行稳定，避免了机组由于AST和OPC控制系统故障造成的机组非停。机组非停会面临电网和公司数十万元的考核，同时会大大降低发电厂的社会效益。,避免机组非计划停运！,机组启动顺利！,效益分析,.,34,九、效果检查,此次QC活动的自我评价,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,.,35,大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂,在#7机组超速遮断装置装置改造后，对我厂#5、#6、#8三台机组按同样的方案进行了改造，完成了是我厂四台机组超速遮断装置的优化工作。 在汽轮机机组超速遮断装置改造后，对相关技术资料进行