喻 剛 李曦濱 鄧曉暉 張增明 衛(wèi)棟梁

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

首臺百萬等級半轉(zhuǎn)速核電汽輪機調(diào)試
——幾個重要過程的回顧

喻 剛 李曦濱 鄧曉暉 張增明 衛(wèi)棟梁

(東方汽輪機有限公司， 四川 德陽， 618000)

文章介紹和回顧了國內(nèi)首臺百萬級半轉(zhuǎn)速核電機汽輪機——核電嶺澳二期#3機組汽輪機調(diào)試的主要過程， 闡述了核電1000MW級半轉(zhuǎn)速機型調(diào)試運行的重要過程及特點。

核電； 調(diào)試； 1000MW半轉(zhuǎn)速

0 引言

嶺澳二期#3機組的汽輪機是國內(nèi)首次制造的大功率半轉(zhuǎn)速核電汽輪機， 是東汽與ALSTOM合作生產(chǎn)的機組。該機組是由一個高中壓合缸、兩個雙分流低壓缸依次串聯(lián)組成的單軸系機組，汽輪機部分總長約40m， 低壓缸最寬處為12.06m， 轉(zhuǎn)子末葉直徑達(dá)Φ5635mm， 是東汽目前供應(yīng)并商運的機組中組裝尺寸最大、重量最重的機組。嶺澳二期#3機組于2010年9月20日投入商業(yè)運行， 它的成功并網(wǎng)發(fā)電對東汽在多方面具有里程碑式的作用，也預(yù)示著東汽開始掌握了百萬千瓦級核電站的相關(guān)技術(shù)，具有了設(shè)備制造國產(chǎn)化的能力，為核電設(shè)備設(shè)計自主化打下了夯實的基礎(chǔ)。

嶺澳#3機組在完成安裝、 各子系統(tǒng)調(diào)試過程后，具備了首次啟動的條件。在各方的努力下，機組經(jīng)歷了沖轉(zhuǎn)、超速試驗、并網(wǎng)、甩負(fù)荷試驗、接帶負(fù)荷試驗， 進(jìn)入168h運行試驗， 最后完成了性能考核試驗。

1 沖轉(zhuǎn)

沖轉(zhuǎn)是啟動操作的第一個關(guān)鍵階段，沖轉(zhuǎn)也是汽輪機由冷態(tài)到熱態(tài)，由靜止到轉(zhuǎn)動的開始，沖轉(zhuǎn)過程中的轉(zhuǎn)子振動及轉(zhuǎn)速升高是監(jiān)測的重點。

1.1 沖轉(zhuǎn)步驟

2010年6月25日9時50分， 嶺澳核電站二期1號機汽輪機首次沖轉(zhuǎn)試驗一次獲得成功，汽輪機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1500r/min， 標(biāo)志著該機組常規(guī)島首次實現(xiàn)整體啟動并試運行，也標(biāo)志著該項目汽輪機設(shè)備及輔助系統(tǒng)成功啟動。沖轉(zhuǎn)經(jīng)歷幾個重要步驟：潤滑油頂軸油系統(tǒng)投入、數(shù)十小時的汽輪機轉(zhuǎn)子盤車、軸封系統(tǒng)投入、凝汽器真空建立、疏水系統(tǒng)投入、 沖轉(zhuǎn)并逐步加速、 定速1500r/min。

1.2 沖轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)分析

首次沖轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)子升速首先至50r/min， 經(jīng)100r/ min、 250r/min、 500r/min、 1250r/min、 1300r/min停留檢查， 最后定速1500r/min。 整個過程見圖1。對沖轉(zhuǎn)和打閘停機過程進(jìn)行監(jiān)測，獲得了首次沖轉(zhuǎn)過臨界轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù) （見表1）。

圖1 首次沖轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速-時間曲線圖

表1 首次沖轉(zhuǎn)過臨界轉(zhuǎn)速時的軸系振動情況

以實際沖轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)做參考，汽輪機轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速實際和理論的誤差見表2。

表2 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速實際和理論的誤差 （%）

表2表明， 臨界轉(zhuǎn)速實際值和理論計算基本吻合，同時也證明了該半轉(zhuǎn)速汽輪機組過臨界轉(zhuǎn)速時整個軸系振動良好。

2 超速試驗

汽輪機組超速試驗的目的就是檢驗超速保護(hù)裝置，以防止一旦機組甩負(fù)荷，汽輪機產(chǎn)生的主力矩和發(fā)電機產(chǎn)生的反力矩不匹配 （失衡）造成的汽輪機轉(zhuǎn)速飛升。當(dāng)機組安裝或大修后、機組連續(xù)運行6個月、 停機1個月后再啟動等情況下都需做超速試驗。

嶺澳二期采用的是電超速裝置，安全完整性等級為SIL3。 超速試驗邏輯上設(shè)定機組沖轉(zhuǎn)到超過額定轉(zhuǎn)速10%后跳閘， 即機組沖轉(zhuǎn)到1650r/min后自動跳閘。

2010年7月3日凌晨1∶34， 該機組第3次沖轉(zhuǎn)，機組在200r/min暖機1個多小時后， 于凌晨2∶58定速1500r/min， 3:25超速試驗至1650r/min后機組邏輯打閘， 降速至1330r/min后機組重新掛閘后再重新定速1500r/min， 之后進(jìn)行電氣等其他試驗。 此次超速試驗在該機組第3次沖轉(zhuǎn)后一氣呵成完成，超速過程中軸系振動平穩(wěn)，其他各項參數(shù)穩(wěn)定，并且均在允許范圍之內(nèi)，表明該汽輪機超速試驗獲得成功。

嶺澳二期#3機組汽輪機超速試驗的成功， 為該機組成功并網(wǎng)創(chuàng)造了條件。

3 機組并網(wǎng)和接帶負(fù)荷

發(fā)電機并網(wǎng)就是通過發(fā)電機出口開關(guān)的合閘，把發(fā)電機和電網(wǎng)聯(lián)接起來，讓電能源源不斷地輸送出去。發(fā)電機并網(wǎng)有三個條件：發(fā)電機的頻率、電壓、相位必須與電網(wǎng)的頻率、電壓、相位保持一致， 才能并網(wǎng)發(fā)電。 （三個條件完全一樣叫同期；有一點偏差，但是在允許的范圍內(nèi)叫準(zhǔn)同期）。 在征得國家核安全局的同意后， 2010年7月15日#3機組進(jìn)行了首次接帶負(fù)荷， 初始負(fù)荷為5%。 期間接帶10%、 20%、 40%、 50%的負(fù)荷。 8月9日至15日， 機組接帶60%～70%負(fù)荷運行， 8月16日升至87%負(fù)荷運行。 在完成相關(guān)的試驗后，機組于2010年8月26日首次滿負(fù)荷 （核功率約98%～99%）運行， 并開始滿功率運行下的相關(guān)試驗。

通過所獲得的數(shù)據(jù)來看，整個調(diào)試階段汽輪發(fā)電機組在所有穩(wěn)定工況下 （轉(zhuǎn)速為額定值）運行時，在任何軸頸上所測得的雙振幅相對振動值（峰-峰值）均遠(yuǎn)小于ISO 7919規(guī)定的100μm,任何穩(wěn)定條件下各軸承的溫度均未超過報警值115℃。

首次滿功率運行時，發(fā)電機端出力約1061MW。 機組各個軸承振動指標(biāo)優(yōu)異， 各監(jiān)視指標(biāo)均在設(shè)計范圍內(nèi)。 表3、 表4分別為首次滿核功率運行時各軸承振動及各軸承溫度情況。

表3 第一次滿核功率 （電機輸出1061MW）運行時各軸承振動情況

表4 第一次滿核功率 （電機輸出1061MW）運行時各軸承溫度情況

4 機組甩負(fù)荷試驗

甩負(fù)荷試驗的目的是檢查汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性，即檢查汽輪機在甩掉全部負(fù)荷后，轉(zhuǎn)速能否保持在設(shè)定轉(zhuǎn)速動作以內(nèi)，同時測取甩負(fù)荷瞬間最高轉(zhuǎn)速以及最后的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速等，以便鑒定其特性是否滿足其設(shè)計性能的要求。

由于核電汽輪機入口為飽和蒸汽，因此其尺寸和結(jié)構(gòu)均與常規(guī)汽輪機有很大差別。在同等功率條件下，核電汽輪機尺寸要大得多，而且由于除濕和提高汽輪機效率的需要，需設(shè)置龐大的汽水分離再熱器 （MSR）。 這樣的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)一步增大了核電汽輪機甩負(fù)荷超速的危險性：一方面，即使在主汽閥全關(guān)的條件下，設(shè)備龐大的容積所含的蒸汽也會繼續(xù)做功；另一方面，由于濕蒸汽汽輪機本身的特點 （結(jié)構(gòu)、 配置等）， 汽輪機甩負(fù)荷過程中壓力下降， 疏水（飽和水）發(fā)生閃蒸而產(chǎn)生額外的蒸汽，部分額外蒸汽會進(jìn)入汽輪機做功。

通過多次甩負(fù)荷試驗，證明機組符合設(shè)計要求。 調(diào)試期間機組進(jìn)行了50%甩負(fù)荷、 87%負(fù)荷階躍、 100%甩負(fù)荷試驗。

4.1 機組甩50%負(fù)荷試驗

根據(jù)電力部建設(shè)協(xié)調(diào)司審核通過的 《汽輪機甩負(fù)荷試驗導(dǎo)則》 中5.2章節(jié)： 凝汽式或背壓式汽輪機甩負(fù)荷試驗， 一般按甩50%、 100%額定負(fù)荷兩級進(jìn)行。 當(dāng)甩50%額定負(fù)荷后， 轉(zhuǎn)速超調(diào)量大于或等于5%時， 則應(yīng)中斷試驗， 不再進(jìn)行甩100%負(fù)荷試驗。

2010年8月3日成功進(jìn)行了50%負(fù)荷的甩負(fù)荷試驗 。 試驗中 轉(zhuǎn)速飛升 最高到 1538r/min， 超 速2.53%， 顯然本機組甩50%額定負(fù)荷小于規(guī)定值，在監(jiān)測其他參數(shù)正常的前提下，可以判定本次甩50%負(fù)荷時機組完全合格。

4.2 機組87%負(fù)荷平臺試驗

機組電功率87%負(fù)荷平臺， 為驗證核堆控制系統(tǒng)的一些穩(wěn)定性能，一般要做一個階躍降試驗，這個試驗過程主要是在非常短的時間內(nèi)降低較大負(fù)荷， 比如1分鐘降10%負(fù)荷的速率。 嶺澳二期#3機組做了87%平臺的階躍試驗。 試驗于2010年8月16日進(jìn)行。

這個過程主要監(jiān)測了汽輪機轉(zhuǎn)子的超速情況，在這個試驗過程中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速飛升到最大僅為1512.7r/min， 超速0.85%， 期間密切監(jiān)視， 檢查相關(guān)參數(shù)，各軸承振動情況穩(wěn)定，各軸承潤滑油溫在報警值以下。

4.3 機組甩100%滿負(fù)荷試驗

滿負(fù)荷試驗于2010年9月5日進(jìn)行， 甩負(fù)荷時最高轉(zhuǎn)速到了1582.5r/min， 超速不到6%， 甩100%負(fù)荷過程中，檢查軸承振動及潤滑油溫情況均在允許值以下，符合規(guī)范要求。

嶺澳二期#3機組50%、 87%和100%工況下的甩負(fù)荷試驗均取得了成功， 為整套機組進(jìn)入168h運行及商業(yè)運行創(chuàng)造了條件。

5 168試運行

按目前火電機組的要求，在機組安裝完成，經(jīng)過調(diào)試并網(wǎng)發(fā)電以后，為了考核機組運行的可靠性而進(jìn)行的一項試驗， 即機組需要經(jīng)過168h不間斷滿負(fù)荷運行，沒有大的故障或缺陷，再停機檢修后即可交付生產(chǎn)單位 （業(yè)主）進(jìn)入商業(yè)運行。如果由于機組自身原因停機或低于約定平均負(fù)荷，則可靠性運行考核時間重新計算。 168試運行是電廠非常重要的一個試驗工作。

根據(jù)常規(guī)火電機組經(jīng)驗， 嶺澳二期#3機組雖然沒有強制性的168試運行要求， 但還是做了一個這樣的參考試驗。

168h運行期間， 要保證任何時刻負(fù)荷不低于50%， 并且平均負(fù)荷不低于87%， 作為宣布商運的前提條件。

順利完成該項考驗，最終宣布商運開始。圖2為在電廠穩(wěn)定運行的汽輪發(fā)電機組的實況。

圖2 核電汽輪機機房運行現(xiàn)場

6 性能考核試驗

2010年11月， 中廣核工程公司依據(jù)ASMEPTC1996(簡化試驗) 對嶺澳二期#3機組MCR、SCR工況進(jìn)行了熱力性能考核試驗， 根據(jù)中廣核工程公司給出的試驗結(jié)果， 嶺澳#3機組MCR工況及SCR工況修正后發(fā)電機端出力均高于保證值， 機組的性能優(yōu)異。汽輪機組的振動、噪音等指標(biāo)也都滿足設(shè)計要求。

7 結(jié)束語

嶺澳二期#3機組順利完成了從沖轉(zhuǎn)到商運的所有調(diào)試工作，充分證明了東汽負(fù)責(zé)供貨的核電汽輪機的設(shè)計精良，性能優(yōu)異。為國內(nèi)核電汽輪機的設(shè)計、制造和調(diào)試等提供了寶貴經(jīng)驗。

[1]電力工業(yè)部建設(shè)協(xié)調(diào)司. 汽輪機甩負(fù)荷試驗導(dǎo)則[S],1996

[2]蔡頤年,王璧玉. 汽輪機裝置[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社，1989

Som e Im portant Testing Process for the First 1000MW Class Half-speed Nuclear Steam Turbine

Yu Gang， Li Xibin， Deng Xiaohui， Zhang Zengming， Wei Dongliang
（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

The article introduces and reviews some primary test processes of the first 1000MW class half-speed nuclear steam turbine unit 3 of LA Ⅱ Nuclear Plant,expounds the most important process and feature of the test and operation in 1000MW class half-speed nuclear turbine unit.

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喻剛 （1971-）， 男， 碩士研究生， 2010年畢業(yè)于西安交通大學(xué)能動學(xué)院熱力工程專業(yè)， 現(xiàn)從事技術(shù)、 營銷管理工作。