，，，

(華能銅川照金電廠，陜西 銅川 727100)

0 引言

華能銅川照金電廠2臺汽輪機于2007年年底實現(xiàn)雙投后，出現(xiàn)了在高負(fù)荷下汽流激振的問題，此問題普遍存在于全國范圍內(nèi)的同類機型。該廠汽輪機綜合閥位反饋顯示值大于93%時出現(xiàn)汽流激振，#1，#2機組軸承的振幅突升，其中汽輪機軸承1Y，2Y方向振幅最高至150 μm，嚴(yán)重威脅機組的運行安全。 在激振解決之前，為保證機組安全穩(wěn)定運行，汽輪機綜合閥位反饋大部分時間限制于93%之內(nèi)。這不僅制約了機組帶高負(fù)荷，同時影響電網(wǎng)“兩個細(xì)則”(《西北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細(xì)則》和《西北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實施細(xì)則》)的考核，造成一定程度的經(jīng)濟損失。

2018年6月，針對上述問題對#1，#2汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥(以下簡稱高調(diào)閥)閥序進行深度優(yōu)化，對汽輪機展開了各種工況下的升、降負(fù)荷試驗。優(yōu)化后，汽輪機在高負(fù)荷階段且綜合閥位反饋顯示值在93%以上時也不再發(fā)生汽流激振，保證了機組的安全和經(jīng)濟效益。

1 設(shè)備情況概述

華能銅川電廠2×600 MW汽輪機為東方汽輪機廠(以下簡稱東汽)引進日本日立公司技術(shù)設(shè)計和制造的 NZK600-16.67/538/538型汽輪機，為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。發(fā)電機組軸系中除#1，#2軸承采用5瓦塊可傾瓦軸承外，其余均采用橢圓形軸承。#1，#2機組于2007年年底實現(xiàn)雙投后，#1，#2軸承多次出現(xiàn)異常大幅振動。經(jīng)相關(guān)參數(shù)分析，認(rèn)為異常振動與汽輪機調(diào)節(jié)閥開度密切相關(guān)，判斷為汽流激振所致。

2 汽流激振問題的產(chǎn)生

發(fā)電后，#1，#2機組就開始在高負(fù)荷段工作。主蒸汽壓力為16.4 MPa且#4調(diào)節(jié)閥開度在32%左右時，#1，#2軸承開始發(fā)生汽流激振；2008年利用2臺機組停運檢修的機會，對#1，#2軸承的緊力和間隙進行了復(fù)查，結(jié)果符合東汽的標(biāo)準(zhǔn)值；但機組啟動后，在汽輪機綜合閥位反饋顯示值為93%時，汽流激振仍然發(fā)生。

2012年和2014年，銅川照金電廠#1，#2機組分別進行了B修，對汽輪機高、中、低壓缸進行了三缸汽封改造，其中高、中壓缸改造為鐵素體浮動齒蜂窩汽封，葉頂汽封重新鑲嵌阻汽片。改造后啟動機組并在高負(fù)荷期間運行，汽輪機綜合閥位反饋顯示值大于91%時發(fā)生汽流激振，#1，#2瓦軸振出現(xiàn)了大幅度爬升及突升現(xiàn)象，其中2Y方向軸振突升最高至150 μm。本次機組B修后汽輪機汽流激振的閥點位置提前了約2%。

3 汽流激振的原因分析

將#1，#3高調(diào)閥全開，#4高調(diào)閥開度由0%開至100%時，如圖1所示。此時，整個轉(zhuǎn)子由于受到切向力而開始緩慢向左上方(如圖2所示)移動；#2高調(diào)閥的開啟加劇轉(zhuǎn)子往左側(cè)移動，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與汽缸中心發(fā)生偏移，直接影響軸頸在軸承中的位置，改變軸承的動力特性而造成轉(zhuǎn)子運行失穩(wěn)。2014年3月東汽通過分析機組振動頻譜圖證實了汽輪機高調(diào)閥開度變化是造成汽流激振的直接原因。汽輪機軸封間隙、葉頂間隙、隔板汽封間隙均沿轉(zhuǎn)子徑向及軸向發(fā)生變化，導(dǎo)致在該間隙中的蒸汽力不均勻，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生附加蒸汽激力。同時，由于沿轉(zhuǎn)子圓周方向高調(diào)閥對應(yīng)的噴嘴數(shù)和開度不同，導(dǎo)致汽輪機噴嘴的進汽量不同(即非對稱性)，這也會對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個附加的不對稱蒸汽激力。汽輪機汽封間隙的變化加上鐵素體蜂窩狀汽封的汽流渦動，是導(dǎo)致機組在汽流激振發(fā)生時汽輪機高調(diào)閥開度對應(yīng)點提前至91%的直接原因。

圖1 汽輪機調(diào)節(jié)級噴嘴組布置Fig.1 Arrangement of adjustment stage nozzles of the turbine

圖2 附加汽流力作用下軸承工作情況Fig.2 Bearing working condition under the additional steam flow

4 處理方案

4.1 解決思路

(1)蒸汽沖動轉(zhuǎn)子會造成轉(zhuǎn)子上抬。在運行中，可以通過改變高調(diào)閥的開啟重疊度，采用節(jié)流調(diào)節(jié)全周進汽和變壓運行的方式，盡量避免在不利汽流激振工況點的停留；通過改變高調(diào)閥的開啟和關(guān)閉順序可改變作用在轉(zhuǎn)子上面的受力角；增大#1，#2軸承載荷[1]，增加壓力，盡量抑制汽輪機的汽流激振力。

(2)利用檢修機會全面測量汽封間隙，并與原始值進行對比，發(fā)現(xiàn)偏離原始值時應(yīng)分析原因，并進行重新評估，調(diào)整汽封間隙在合理的范圍內(nèi)；檢查汽缸、轉(zhuǎn)子中心、滑銷系統(tǒng)等，避免運行中轉(zhuǎn)子和汽缸中心發(fā)生明顯偏移。

(3)增加系統(tǒng)阻尼[2]，采用穩(wěn)定性比較好的軸承，高中壓轉(zhuǎn)子軸承采用6瓦塊的可傾瓦軸承來抑制汽流激振的發(fā)生。

(4)增加消旋汽封，將高中壓缸的部分鐵素體蜂窩狀汽封更換為消旋汽封，從而抑制汽流激振問題。

4.2 高調(diào)閥閥序切換法

本文采用高調(diào)閥閥序切換法解決汽流激振問題。試驗以#1機組為例，經(jīng)過充分論證和考慮，決定通過對原高調(diào)閥配汽方式進行優(yōu)化和對高調(diào)閥重疊度進行改進，來抑制該汽輪機在高負(fù)荷時的汽流激振問題。具體方案是為將#1汽輪機高調(diào)閥的配汽方式由#1→#3→#4→#2(如圖1所示)逐步改為#1→#2→#4→#3和#1→#2→#3→#4，從而對汽輪機轉(zhuǎn)子中心位置產(chǎn)生細(xì)微改變。試驗同時增加#1，#2軸承載荷，從而抑制汽封汽流渦動及閥門部分進汽而帶來的激振力。采取這樣的處理方法，一方面不用增加任何費用，另一方面也不需要停機改造即可到達(dá)高效處理汽流激振的目的。

4.2.1 準(zhǔn)備工作

為保證機組運行安全，試驗前的綜合閥位反饋顯示值在90%，機組負(fù)荷控制在500～550 MW；試驗期間機組背壓在13 ～15 kPa，控制方式為閥位控制，#2與#3高調(diào)閥采用手動控制。

4.2.2 安全注意事項

(1)#2與#3高調(diào)閥開啟順序調(diào)換后接帶高負(fù)荷時，汽輪機可能會發(fā)生汽流激振，導(dǎo)致汽輪機#1，#2軸承振動幅值大幅變化。(2)汽輪機在#2與#3高調(diào)閥開啟順序調(diào)換后，汽輪機#1，#2軸承瓦溫會發(fā)生變化，會導(dǎo)致軸承瓦溫升高。(3)發(fā)生以下情況時必須終止試驗：汽輪機#1，#2任一軸承振幅超過125 μm且仍有上升趨勢；汽輪機#1，#2任一軸承金屬溫度超過96 ℃且仍有上升趨勢；若汽輪機#1，#2軸承金屬溫度均有下降趨勢，說明軸承載荷變輕易失穩(wěn)，此時也必須終止試驗。

4.2.3 具體步驟

(1)在熱工人員監(jiān)護下由運行人員解除#1機組#2，#3高調(diào)閥的自動控制。

(2)熱工人員將復(fù)合配汽閥序控制邏輯中#2高調(diào)閥與#3高調(diào)閥閥序的曲線函數(shù)對調(diào)，修改#2與#3的配汽曲線參數(shù)；同時限制修改后的#3閥開度不能大于40%。

(3)運行人員將#2高調(diào)閥開度手動緩慢調(diào)整至對應(yīng)新閥序下的自動值，然后#2高調(diào)閥投入自動；將#3高調(diào)閥開度手動緩慢調(diào)整至對應(yīng)新閥序下的自動值，然后投入自動。檢查無異常后，投入?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)，根據(jù)調(diào)度要求投入自動發(fā)電控制(AGC)。

(4)在閥序修改后的2天內(nèi)，升降負(fù)荷率應(yīng)小于5 MW/min，密切觀察汽輪機#1，#2軸承任一振動值或任一軸承溫度應(yīng)正常，然后恢復(fù)至正常升降負(fù)荷速率。

5 效果評價

在2018年6月華能銅川照金電廠#1，#2汽輪機高調(diào)閥閥序深度優(yōu)化完畢后，汽輪機進行了各種工況下的升、降負(fù)荷試驗，汽輪機在高負(fù)荷階段且綜合閥位在93%以上時未發(fā)生汽流激振，汽輪機#1，#2軸承振動平穩(wěn)，振動最高值在2Y方向、振動值僅為45 μm，比之前汽輪機汽流激振時#2軸承振動值降低約100 μm，機組的汽流激振得到徹底解決。

6 結(jié)束語

銅川照金電廠汽輪機汽流激振的問題是建廠以來長久存在的難題，嚴(yán)重影響了機組的安全經(jīng)濟運行及接帶負(fù)荷。在此次機組正常運行過程中，通過采取在線閥序切換法，使汽輪機轉(zhuǎn)子受力情況向穩(wěn)定軸系方向發(fā)展，從而成功消除了汽輪機汽流激振問題，為電力行業(yè)同類型機組的汽流激振的處理積累了技術(shù)經(jīng)驗。