陳長劍
【摘 要】某核電機(jī)組首次滿負(fù)荷甩到廠用電試驗(yàn)時(shí),觸發(fā)跳機(jī)信號(hào)。通過深入分析、定位根本原因,為后續(xù)設(shè)備改造打下基礎(chǔ),有效地保證了第二次試驗(yàn)順利完成。
【關(guān)鍵詞】核電;甩到廠用電試驗(yàn);汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
某核電機(jī)組首次滿負(fù)荷甩到廠用電試驗(yàn)時(shí),觸發(fā)跳機(jī)信號(hào),在廠用電孤島運(yùn)行模式下從而觸發(fā)反應(yīng)堆停堆信號(hào)。通過從汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱GRE)控制平臺(tái)和就地閥門多方面去分析,最終定位根本原因,同時(shí)為后續(xù)設(shè)備改造提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
1.滿負(fù)荷甩到廠用電試驗(yàn)介紹
滿負(fù)荷甩到廠用電試驗(yàn)指機(jī)組在帶滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)與電網(wǎng)解列快速甩負(fù)荷到帶廠用電運(yùn)行,期間要求機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)在安全范圍內(nèi),不引起各系統(tǒng)保護(hù)異常動(dòng)作,因此該試驗(yàn)是一項(xiàng)高難度、高風(fēng)險(xiǎn)的大型綜合試驗(yàn)。
2.試驗(yàn)過程分析
通過分析試驗(yàn)過程并在DCS查找有關(guān)數(shù)據(jù)、檢查系統(tǒng)日志,總結(jié)出試驗(yàn)詳細(xì)時(shí)序如下。
1)19:09:50:
試驗(yàn)開始,斷開500KV斷路器;
2)19:09:52:
汽機(jī)轉(zhuǎn)速飛升,超加速信號(hào)觸發(fā),高中壓調(diào)門正??焖訇P(guān)閉,轉(zhuǎn)速飛升到最大1566rpm后開始下降;
3)19:10:06:
汽機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最低至1494RPM,隨著轉(zhuǎn)速下降GRE高中壓調(diào)門指令增加,高壓調(diào)門開啟至約8%,中壓調(diào)門開啟至約28%行程(就地閥門開啟角度約18°);
4)19:10:07:
汽機(jī)轉(zhuǎn)速升至1510rpm,中壓調(diào)門蒸汽流量指令由21.42%迅速減小至-6.8%,GRE中壓調(diào)閥指令與實(shí)際閥位(28%)偏差超過10%;
5)19:10:17:
GRE中壓調(diào)閥閥位與指令偏差超過10%且持續(xù)時(shí)間達(dá)到10秒,觸發(fā)中壓調(diào)節(jié)閥閥位與指令偏差10%超過10秒的跳機(jī)邏輯;
6)19:10:33:
由于在孤島運(yùn)行模式下汽機(jī)跳機(jī),觸發(fā)反應(yīng)堆停堆。
3.跳機(jī)信號(hào)原因分析
進(jìn)一步對(duì)GRE系統(tǒng)深入分析,歸納出可能會(huì)觸發(fā)GRE中壓閥門指令與閥位反饋偏差超出10%持續(xù)10s的原因有:閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀、閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉力矩不足,詳細(xì)分析如下。
1)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀
在試驗(yàn)開始瞬間汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升,GRE中壓調(diào)閥油動(dòng)機(jī)內(nèi)油壓快速降至0 MPa,4個(gè)GRE中調(diào)閥也正常關(guān)閉,隨著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降,為了保持汽輪機(jī)在額度轉(zhuǎn)速,油動(dòng)機(jī)內(nèi)工作油在GRE系統(tǒng)開門指令作用下迅速增大,4個(gè)中壓調(diào)閥又開啟,轉(zhuǎn)速又小幅升,此時(shí)GRE系統(tǒng)再次給出關(guān)門指令,油動(dòng)機(jī)內(nèi)工作油油壓已降至0 MPa,但此時(shí)中壓調(diào)閥在28%行程開度下無法正常關(guān)閉,10s后觸發(fā)跳機(jī)保護(hù)動(dòng)作,此時(shí)汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)安全油快速泄壓,所有閥門快速關(guān)閉。若閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生卡澀,中調(diào)閥則無法快速關(guān)閉。
另外,在試驗(yàn)失敗后的停機(jī)窗口,針對(duì)GRE 4個(gè)中調(diào)閥又重新進(jìn)行了單體調(diào)試驗(yàn)證,各閥門均動(dòng)作正常。
結(jié)論:GRE中壓閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)無卡澀。
2)GRE中壓閥門關(guān)閉力矩不足
滿負(fù)荷甩到廠用電試驗(yàn)時(shí)不僅是單個(gè)閥門無法關(guān)閉故障,而是所有GRE中調(diào)門同時(shí)發(fā)生無法關(guān)閉的共模故障,排除閥門閥軸卡澀、油動(dòng)機(jī)比例閥故障等偶發(fā)故障。根據(jù)圖1所示,對(duì)GRE中壓閥門的開啟和關(guān)閉進(jìn)行受力分析:
·閥門開啟瞬間:油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩>給定閥位的彈簧作用力矩+蒸汽作用軸承摩擦力矩+傳動(dòng)摩擦力矩;
·閥門開啟,油壓穩(wěn)定時(shí):油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩≈給定閥位的彈簧作用力矩+蒸汽作用軸承摩擦力矩+傳動(dòng)摩擦力矩;
·閥門關(guān)閉時(shí):給定閥位的彈簧作用力矩>蒸汽作用軸承摩擦力矩+傳動(dòng)摩擦力矩;
·相同閥門行程開度且閥板前后壓差相同時(shí),蝶閥的開啟和關(guān)閉的軸承摩擦力矩大小接近:蒸汽作用軸承摩擦力矩(開啟)+傳動(dòng)摩擦力矩≈蒸汽作用軸承摩擦力矩(關(guān)閉)+傳動(dòng)摩擦力矩;
·閥門開啟時(shí)穩(wěn)定油壓在7MPa,通過查詢油動(dòng)機(jī)設(shè)備說明書可算得開啟力約123KN。另外查詢閥門靜態(tài)調(diào)試數(shù)據(jù),詳見表1,可知30%行程開度時(shí)閥門彈簧力約27.9KN。假定油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)閥軸的力臂為X,因此有:
123X≈(27.9+蒸汽作用軸承摩擦力+傳動(dòng)摩擦力)X
可得:(蒸汽作用軸承摩擦力+傳動(dòng)摩擦力)X≈95.1X
該閥門30%行程開度時(shí)彈簧關(guān)閉力矩約27.9X,遠(yuǎn)小于蒸汽作用軸承摩擦力和傳動(dòng)摩擦力的反力矩95.1X;另外,機(jī)組滿負(fù)荷甩廠用電試驗(yàn)后GRE中壓調(diào)節(jié)閥首先關(guān)閉,接著再次開啟過程中,開啟油壓異常升高(0-6.24-9.94-7.61MPa),是靜態(tài)相同閥位對(duì)應(yīng)開啟油壓(0-1.2-2.8MPa)的數(shù)倍。
表1 閥門靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)
根據(jù)以上可得出閥門無法正常關(guān)閉的原因?yàn)椋?/p>
甩廠用電試驗(yàn)后,由于GRE中調(diào)閥前后存在較大壓差作用在閥軸,作用在閥的開啟力矩大于或等于閥門油動(dòng)機(jī)本身彈簧作用于閥軸產(chǎn)生的關(guān)閉力矩。
4.結(jié)語
綜以,GRE中壓調(diào)閥在行程開度20%—30%區(qū)間關(guān)閉力矩不足以及閥軸與軸承的摩擦力過大,導(dǎo)致在該閥門開度區(qū)間時(shí)閥門油動(dòng)機(jī)本身彈簧所提供的關(guān)閉力矩不滿足實(shí)際試驗(yàn)需求,出現(xiàn)閥門關(guān)閉遲滯現(xiàn)象。
至此,某核電機(jī)組首次滿負(fù)荷甩到廠用電試驗(yàn)時(shí)跳機(jī)的根本原因是GRE中壓閥門關(guān)閉力矩不足。后續(xù)對(duì)GRE中壓閥門進(jìn)行了相關(guān)改造(增大彈簧力),再次執(zhí)行滿負(fù)荷甩到廠用電試驗(yàn)時(shí)一次成功。
【參考文獻(xiàn)】
[1]白玲,曹照.核動(dòng)力汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷建模與仿真分析[J].汽輪機(jī)技術(shù), 2008(4).
[2]駱邦其.核電站汽輪機(jī)手動(dòng)甩負(fù)荷到廠用電模擬分析[J].核電工程與技術(shù),1997(2).
[3]趙志勇.汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷轉(zhuǎn)速分升特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D].保定:華北電力大學(xué),2011.
[4]鄧曉暉.核電汽輪機(jī)中壓蝶閥卡澀的超速分析[J].東方汽輪機(jī),2013(2):15-19.
[5]田豐,余天龍.大型機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)若干問題探討[J].中國電力, 2000(07).
[6]劉正毅.孤島運(yùn)行汽輪機(jī)DEH控制策略與仿真研究[D].北京:北京交通大學(xué), 2012.
[7]曲曉峰.汽輪機(jī)甩負(fù)荷及小島運(yùn)行DEH系統(tǒng)的改善方法[J].機(jī)械工程師, 2011(05).