（華電國際十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊 277100）

0 引言

國內大部分火電機組受自身因素的限制，在電網(wǎng)出現(xiàn)事故時，不能及時降低負荷，滿足自身廠用電的需求，常常面臨全廠大停電或中斷廠用電的危險。對于大型火電廠來說，全廠大停電是災難性的事故。發(fā)生全廠大停電事故時，威脅最大的系統(tǒng)是汽輪機潤滑油系統(tǒng)，一旦潤滑油壓力低或者中斷，常常引起汽輪發(fā)電機組軸承斷油燒瓦等事故，因此提高汽輪機潤滑油系統(tǒng)的可靠性，保障機組在惡劣條件下安全停機十分必要［1-4］。

為提高汽輪機潤滑油系統(tǒng)的可靠性，確保在最惡劣的工況下能夠提供汽輪發(fā)電機組軸瓦潤滑，設計了一種汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)，即將汽動事故潤滑油泵的出油管路接至交流備用潤滑油泵出口管路，利用高輔蒸汽驅動汽輪機帶動汽動事故潤滑油泵，潤滑油增壓后并入原來的供油管路，為汽輪機潤滑油系統(tǒng)供油，確保汽輪發(fā)電機組在現(xiàn)有潤滑油系統(tǒng)故障情況下能夠為軸承潤滑，保障機組事故狀態(tài)下安全停機［5］。

1 汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)設計

1.1 汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)整體結構

汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)采用小汽輪機拖動潤滑油泵實現(xiàn)對潤滑油系統(tǒng)供油，如圖1 所示，蒸汽由高低輔聯(lián)箱聯(lián)絡母管引出，經隔離閥至自啟式主汽門、汽輪機汽閥總成后進入汽缸，經噴嘴組、沖動葉輪做功后，排向汽機房外部大氣，在汽閥總成和汽缸里面的蒸汽疏水經疏水母管排入地溝，汽封漏汽經過汽封抽氣器后直接排入外部大氣，圖中的藍色實線代表蒸汽管路，V-1 至V-6 代表該管路上的閥門，綠色虛線代表熱力系統(tǒng)的疏水，V-7 至V-16 代表該疏水部分管路上的閥門，直接排入地溝，藍色虛線代表做完功的蒸汽和汽封漏汽，直接排入機房外部。

圖1 汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)

汽輪機驅動潤滑油泵的進油由交流備用潤滑油泵的入口經過閥門V-17 引入，為了方便檢修、調壓和油泵再循環(huán)，設置了V-18 出口再循環(huán)門，潤滑油經過汽動事故潤滑油泵、閥門V-19、V-20 進入交流備用潤滑油泵出口管道向潤滑油系統(tǒng)供油，其油路管道如圖1 的黃色實線所示。

1.2 汽動事故潤滑油泵選型

機組原潤滑油系統(tǒng)的交流潤滑油泵采用離心泵，泵的流量為162 m3／h，揚程為29 m，轉速為2 950 r／min，進口壓力為0.04 MPa，出口壓力為0.285 MPa，配置的電機功率為30 kW，電流為56.9 A，電壓為380 V，轉速為2 950 r／min。為保證潤滑油系統(tǒng)對于潤滑油油量的需求，選擇的潤滑油泵流量為162 m3／h，揚程計算如式（1）所示［6］。

式中：H 為泵的揚程，m；Z1、Z2分別為泵的入口和出口高度，m；P1、P2分別為泵的入口和出口潤滑油壓力，Pa；γ 為潤滑油的容重，kN／m3；v1、v2分別為泵的入口和出口潤滑油平均流速，m／s；g 為重力加速度，m／s2。

根據(jù)式（1）可知，新增潤滑油管道和交流油泵潤滑油管道直徑相同，直接并入原潤滑油系統(tǒng)，保證潤滑油泵的揚程，即能夠基本維持了潤滑油泵的出口壓力，因此選擇潤滑油泵的揚程為30 m，能夠滿足潤滑油系統(tǒng)用戶對于潤滑油壓力的需求。

離心泵的有效功率Ne計算公式如式（2）所示［6］，為保證潤滑油的有效出力，選擇和原交流潤滑油泵電機相同的功率，即選擇30 kW 的功率。根據(jù)軸承功率原理，在考慮到小汽輪機的轉速影響，可以選擇提高轉矩，降低比原電機轉速低的轉速來實現(xiàn)出力，綜合考慮目前市場的產品，選擇潤滑油泵額定轉速為1 450 r／min，小汽輪機額定轉速為1 500 r／min，詳細所選設備參數(shù)如表1 所示。

式中：Ne為有效功率，kW；Q 為泵流量，m3／s；γ 為流體的容重，kN／m3，H 為泵的揚程，m。

表1 汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)主要設備參數(shù)

1.3 小汽輪機選型

汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)的小汽輪機的型號及參數(shù)見表1，主要由汽缸、主軸、葉輪、軸承、汽封、汽閥、調速器等部分組成，具有結構輕巧、啟動速度快、安全可靠好、維護方便等優(yōu)點。小汽輪機汽缸由上、下兩部分組成，轉子由轉子和葉輪葉片組成，它們分別固定在前、后軸承座上，轉子的前部分裝有轉速發(fā)訊輪用來測量轉速，并通過轉速傳感器觸頭轉換成數(shù)字信號，而小汽輪機功率通過蒸汽室上的手動閥來調整噴嘴數(shù)來控制小汽輪機的做功。其徑向軸承采用甩油環(huán)采油的非強迫潤滑方式，滾子軸承的潤滑油來自前徑向軸承的回油。汽封系統(tǒng)由各自擁有5副碳精汽封環(huán)前、后汽封組成。

1.4 小汽輪機調節(jié)系統(tǒng)

小汽輪機調節(jié)系統(tǒng)主要是通過調速器、汽閥總成和調節(jié)汽閥連桿等組件來調節(jié)小汽輪機的進汽量，進而控制轉速或負荷。調速器位于前軸承座端蓋上，其主要作用是將轉速信號轉換成轉角位移，改變調節(jié)汽閥開度以改變蒸汽流量，進而調節(jié)汽輪機轉速，而轉速給定值通過給定旋鈕來調整的。該小汽輪機為Woodward TG-17 型調速器，采用機械—液壓轉速有差調節(jié)，為提高小汽輪機的穩(wěn)定性，設置了如式（3）所示的降速率Δv，根據(jù)現(xiàn)場運行工況的需求，選擇降速率Δv 為6%。

式中：Δv 為降速率，%；v0為空載轉速，r／min；vT為額定轉速，r／min。

速關汽門作為汽閥總成的組成部分之一，主要用于緊急停機，當汽輪機發(fā)生超速時，可以通過飛錘撞擊危急遮斷器控制，也可以手動觸動危急遮斷器，進而直接關閉速關閥而緊急停機。

1.5 小汽輪機保護系統(tǒng)

為有效保護小汽輪機系統(tǒng)的安全，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用雙機熱備用PLC 控制的方式，其保護邏輯如圖2 所示，通過西門子PLC S7-200 控制模塊，不僅在就地控制柜盤面上顯示前軸承座油溫、前軸承座油溫和轉速實時數(shù)據(jù)，還設置了跳閘保護投切和復位指示燈，并配有操作按鈕，能夠對轉速高和軸瓦溫度高進行報警和顯示，對轉速和軸瓦溫度設置保護整定值，在跳閘保護投入時，當轉速超過1 650 r／min或前軸瓦溫度與后軸瓦溫度任一值超過112 ℃時，發(fā)出保護跳閘報警，該指示燈亮，同時自動跳閘速關汽門的電磁閥而停機，還設置了緊急停機輸入信號，直接跳閘電磁閥，快速關閉速關汽門，對小汽輪機起到保護作用［7-9］。

圖2 保護系統(tǒng)邏輯

2 汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)運行

2.1 汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)投運條件

汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)投運前，需要對系統(tǒng)進行全面檢查，確保危急遮斷裝置和超速保護工作正常，速關汽門、調節(jié)汽門動作正常和關閉嚴密，檢測裝置如進汽壓力表、溫度表、排汽真空表、潤滑油壓表和轉速表工作正常，軸承油箱油位不低于1／3油窗。

2.2 汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)投運

當汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)滿足投運條件以后，首先開啟機組輔汽至汽動事故潤滑油泵進汽手動門，打開小汽輪機本體和管道的所有疏水閥門進行暖管疏水，疏水完畢后斷開汽動事故潤滑油泵進汽氣動門電源，氣動門開啟，現(xiàn)場進行小汽輪機的掛閘操作。掛閘成功后，逆時針旋轉主汽門手輪，控制小汽輪機轉速在500～600 r／min，進行15～20 min 的低速暖機，暖機過程中可以逐步關閉管道疏水閥門。暖機結束后，檢查機組工作正常后，以300 r／min 的速率，逐步全開主汽門，并將轉速升至1 500 r／min 左右。

2.3 汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)停運

汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)正常停機時，手動脫扣危急遮斷器，主汽門快速關閉，同時關閉排汽管上的閘閥和排汽管上的隔離閥，打開所有的疏水閥門。在小汽輪機運行過程中，如果發(fā)生轉速超過1 680 r／min時而危急遮斷器不動作、機組發(fā)生劇烈振動、機組內部有明顯撞擊聲、調速器大幅度晃動、油系統(tǒng)失火等情況時，汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)需要緊急停機，手動脫扣危急遮斷器，使主汽門快速關閉而停機。

3 汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)的應用

根據(jù)汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)的設計，對該系統(tǒng)的熱力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)進行安裝調試，其現(xiàn)場安裝效果如圖3 所示。該系統(tǒng)配備有汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)現(xiàn)場控制柜控制柜有前后軸承溫度和軸承油溫LCS 顯示屏，設有電源指示、保護跳閘指示、超速報警、軸瓦溫度高報警、超速停機和軸瓦溫度高停機指示燈，同時設置了保護投切、緊急停機和復位按鈕，便于現(xiàn)場操作。

為檢驗汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)的設計和安裝質量，了解設備運行特性，以便保證該系統(tǒng)在事故狀態(tài)下的安全穩(wěn)定投運，滿足機組在轉子惰走期間對潤滑油的需求，保障機組安全停機，需要進行系統(tǒng)投運前的相關調試［10-11］。

圖3 汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)現(xiàn)場裝置

調試汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)前，需要對機組高、低輔聯(lián)絡管至汽動事故潤滑油泵小機主汽門前的管路進行吹掃，吹管前汽動事故潤滑油泵進汽管道需要與小汽輪機隔離，汽源由6 號機組高、低輔汽聯(lián)箱聯(lián)絡管汽源提供，控制輔汽壓力不低于0.7 MPa，每次吹掃5～8 min，每次吹掃后，熱力管道自然降溫至環(huán)境溫度，隨后再進行吹掃，如此反復進行3～5 次便完成吹管工作。

為保障汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)的安全，需要進行汽動事故潤滑油泵小汽輪機超速試驗，對小汽輪進項暖管，并在轉速在500～600 r／min 低速暖機15～20 min正常以后，以300 r／min 的速率升速至1 680 r／min，危急遮斷器飛錘飛出，小汽輪機跳閘，試驗合格后，再進行1～2 次試驗即可完成超速試驗。當汽輪機轉速超過1 680 r／min 以上時，危急遮斷器不動作，則需手動緊急停機。

在小汽輪機機械超速試驗合格以后，需要進行小汽輪機電源控制的啟動和潤滑油壓力的調試，手動控制就地柜電源開關，通過對系統(tǒng)人為斷電，查看系統(tǒng)的啟動情況及運行情況，觀察記錄系統(tǒng)運行過程中設備的運行參數(shù)，系統(tǒng)調試正常后，手動控制就地柜內的電源開關，氣動速開閥關閉，系統(tǒng)停機。

汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)調試期間系統(tǒng)的潤滑油壓力變化和原系統(tǒng)正常運行期間的變化，如圖4 所示。由于機組目前處于備用狀態(tài)，查看該機組之前正常運行期間的歷史數(shù)據(jù)，基本維持在0.15 MPa 左右，本次調試后，系統(tǒng)潤滑油壓力維持在0.13 MPa左右，符合機組對潤滑油壓力不低于0.09 MPa 的要求，相對于原潤滑油系統(tǒng)的主油泵和交流備用潤滑油泵來說，略有油壓的波動，主要因素是該調速系統(tǒng)屬于寬范圍調節(jié)，0.01 MPa 范圍內的波動在合理范圍內，對于整個機組的潤滑油系統(tǒng)影響較小。

圖4 試驗期間潤滑油壓力變化

根據(jù)汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)調試情況，結合對潤滑油系統(tǒng)的設計要求，需要進一步完善操作規(guī)范和對系統(tǒng)的維護。汽動事故潤滑油泵小汽輪機每次大修后、危急保安器解體或者調整以后以及停機一個月后再啟動時，均需做超速試驗。正常運行中應按規(guī)定每月定期做汽動事故油泵啟停試驗，汽輪機轉速轉速維持1 500 r／min 左右、進汽壓力0.5～0.98 MPa、軸承溫度不大于75 ℃。汽動事故潤滑油泵屬于純機械式，無遠方控制，機組正常運行時進汽速關閥全開，機組異常時進汽氣動門失電后直接開啟沖轉汽動事故潤滑油泵，需停止時，就地手動脫扣。

4 結語

為提高汽輪機潤滑油系統(tǒng)在惡劣工況下的安全性，防止因汽輪機潤滑油系統(tǒng)故障造成斷油燒瓦惡性事故的發(fā)生，設計了一種汽動事故潤滑油泵系統(tǒng)，在保留原潤滑油系統(tǒng)的基礎上，通過高輔蒸汽來驅動小汽輪機帶動潤滑油泵運行，保障汽輪發(fā)電機組在惰走期間的潤滑油供應，通過現(xiàn)場試驗，證明該系統(tǒng)滿足汽輪機在緊急停機過程中對潤滑油的要求，能夠有效保障機組在事故狀態(tài)下安全平穩(wěn)的停運。