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        某660 MW二次再熱機組跳閘過程分析及處理

        2022-07-30 02:42:08張嵐清張耀華
        發(fā)電設備 2022年4期
        關鍵詞:加熱器旁路汽輪機

        陳 鑫, 許 健, 曹 揚, 張嵐清, 張耀華

        (江蘇方天電力技術有限公司,南京 211102)

        發(fā)電機組的調(diào)試工作主要是組織和指導運行人員進行操作和檢查,針對分系統(tǒng)調(diào)試及整套啟動調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題提出建議或解決方案[1]。因此,機組調(diào)試是新建發(fā)電機組投運的重要組成部分,是承接安裝及運行的關鍵環(huán)節(jié),是為機組的安全穩(wěn)定運行提供經(jīng)驗、打下堅實基礎的重要步驟。

        發(fā)電機組正式運行期間,為了維持機組的穩(wěn)定性,不會輕易進行某些操作,部分隱患可能不易被發(fā)現(xiàn)。而調(diào)試工作就是對電力設備的制造、設計、安裝、運行進行動態(tài)考核和檢驗,并且調(diào)試期間內(nèi)設備特性不明確、系統(tǒng)工況不穩(wěn)定,容易出現(xiàn)突發(fā)狀況,暴露問題,有助于發(fā)現(xiàn)缺陷,消除隱患。因此,對跳閘事件進行分析和總結(jié),可以為機組的正式投運消除隱患、積累經(jīng)驗。

        筆者對某660 MW超超臨界二次再熱機組在調(diào)試期間發(fā)生的一次復雜的機組跳閘進行介紹,并對其發(fā)生的各類異常工況進行分析,同時給出處理及預防措施。

        1 機組跳閘過程

        1.1 機組簡介

        該機組汽輪機的型式為超超臨界、二次中間再熱、十級回熱抽汽、單軸、五缸四排汽、凝汽式,型號為N660-31/600/620/620。汽輪機額定功率為660 MW,最大連續(xù)功率為696.603 MW。

        1.2 跳閘過程

        2019年3月31日機組進行整套啟動期間帶負荷調(diào)試工作。

        20:30:00之前,1號和3號高壓加熱器處于退出狀態(tài),高壓缸排汽溫度維持在440~452 ℃。

        20:30:10,機組負荷為382 MW,2號外置蒸汽冷卻器至2號高壓加熱器疏水管道突然破裂,大量汽水噴出,緊急隔離2號外置蒸汽冷卻器及2號高壓加熱器汽側(cè),此時2號抽汽電動閥開度為21%。

        20:31:15,關閉2號抽汽電動閥,全部退出2號高壓加熱器汽側(cè),此時高壓缸排汽溫度開始上升。

        21:16:28,高壓缸排汽溫度升至460 ℃,高壓缸排汽溫度保護控制器激活,高壓缸排汽溫度控制器開始有指令輸出,此時汽輪機中壓調(diào)節(jié)閥開度為100%。

        21:17:21,現(xiàn)場開始進行清理檢查工作,為了防止4號高壓加熱器突然出現(xiàn)同樣問題,開始退出4號高壓加熱器,此時4號抽汽電動閥開度為32%。

        21:18:43,全部退出4號高壓加熱器汽側(cè)。

        21:24:31,7號低壓加熱器發(fā)現(xiàn)安全閥因為受到?jīng)_擊而損壞,需要退出7號低壓加熱器汽側(cè),關閉7號抽汽電動閥。

        21:25:12,高壓缸排汽溫度為462.2 ℃時,此時高壓缸排汽溫度保護控制器輸出指令為11.52%,中壓調(diào)節(jié)閥開度為100%,并且中壓調(diào)節(jié)閥開始關小。

        21:30:23,7號抽汽電動閥關閉,7號低壓加熱器退出完畢,高壓缸排汽溫度為462.2 ℃。

        21:31:17,高壓缸排汽溫度保護控制器輸出指令為36%,中壓調(diào)節(jié)閥開度為16.7%,二次再熱蒸汽壓力從1.9 MPa升高至2.6 MPa,高壓缸進汽和排汽的壓差由3.3 MPa減少至2.7 MPa。隨著汽輪機中壓調(diào)節(jié)閥開度的變化,高壓缸排汽溫度快速升高至485 ℃。

        21:32:33,汽輪機中壓調(diào)節(jié)閥開度為31.17%,機組負荷在跳閘過程中也隨之波動。

        21:36:25,高壓缸排汽溫度保護控制器輸出指令為36.5%,高壓缸排汽溫度升高至499 ℃。此時,汽輪機中壓調(diào)節(jié)閥開度為17.8%,觸發(fā)高壓缸切缸邏輯,負荷最高波動到390 MW,最低波動到266 MW。切缸邏輯動作,汽輪機超高壓缸、高壓缸的閥門全部關閉,并且機組高壓旁路閥和中壓旁路閥處于關閉狀態(tài),導致鍋爐再熱器保護喪失,鍋爐總?cè)剂咸l(MFT),進而導致汽輪機跳閘。

        高壓缸排汽溫度變化見圖1。

        圖1 高壓缸排汽溫度的變化

        2 機組跳閘原因分析

        2.1 高壓缸排汽溫度升高分析

        影響高壓缸排汽溫度的主要因素包括:

        (1) 高壓缸進汽和排汽的壓差小、高壓調(diào)節(jié)閥開度小等導致蒸汽流量低,鼓風摩擦產(chǎn)生的熱量不能被及時帶走[2]。

        (2) 高壓缸進汽溫度升高,在高壓缸內(nèi)焓降不變的情況下,排汽溫度會上升。

        (3) 高壓缸通流部分結(jié)垢,葉片損壞、變形或設計不合理,高壓缸通流部分汽封磨損,蒸汽參數(shù)大幅偏離設計值等會導致高壓缸效率降低,從而影響高壓缸排汽溫度。

        此次跳閘事故中,機組在高負荷下運行,在高壓加熱器疏水管道破裂后短時間內(nèi)切除了高壓加熱器,然后又切除了低壓加熱器,大大影響了機組的蒸汽流量。隨后關閉中壓調(diào)節(jié)閥,排汽壓力差小,影響汽輪機通流,進一步加劇高壓缸排汽溫度的升高,從而導致后續(xù)一系列問題的發(fā)生。

        2.2 機組跳閘分析

        機組跳閘的主要原因為:

        (1) 高壓加熱器的切除影響蒸汽流量,引發(fā)高壓缸排汽溫度升高至460 ℃后觸發(fā)高壓缸排汽溫度保護控制器動作,這是跳閘的直接原因。

        (2) 高壓缸排汽溫度升高觸發(fā)高壓缸排汽溫度保護控制器邏輯激活后,作用于中壓調(diào)節(jié)閥并使其關小,在旁路關閉的情況下,反而進一步導致高壓缸排汽壓力升高,高壓缸排汽受阻,高壓缸排汽溫度進一步升高至495 ℃以上,觸發(fā)超高壓缸、高壓缸切缸邏輯。汽輪機數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)邏輯不合理是機組跳閘的重大隱患。DEH相關邏輯及作用見圖2。

        圖2 高壓缸排汽溫度保護相關邏輯

        (3) 觸發(fā)高壓缸切缸邏輯后,超高壓缸、高壓缸同時切缸,超高壓缸、高壓缸的閥門關閉,超高壓缸排汽通風閥、高壓缸排汽通風閥打開[3]。此時,高壓旁路閥和中壓旁路閥處于關閉狀態(tài),并且無相關邏輯開啟,觸發(fā)鍋爐再熱器保護,導致鍋爐MFT,引發(fā)機組停機。分布式控制系統(tǒng)(DCS)邏輯設置的不合理也是機組跳閘的隱患。

        2.3 相關邏輯合理性分析

        根據(jù)機組熱平衡圖等,在供熱工況下,機組正常運行中,高壓缸排汽溫度為446.9~453.8 ℃,而按照當前DEH/DCS邏輯的設置,當高壓缸排汽溫度達到460 ℃以上時必然導致機組跳閘,當高壓加熱器、低壓加熱器有異常時,極有可能導致機組跳閘,存在極大的安全隱患。

        2.3.1 切缸邏輯

        汽輪機在高負荷下,即在汽輪機旁路全關閉的情況下,高壓缸排汽溫度>495 ℃時,汽輪機觸發(fā)切缸邏輯(超高壓缸、高壓缸同時切缸)。此時,汽輪機超高壓缸、高壓缸閥門關閉,并且旁路全關,會觸發(fā)鍋爐再熱器保護,導致鍋爐MFT,觸發(fā)汽輪機跳閘。汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)保護中的高壓缸排汽溫度>530 ℃時跳閘形同虛設,實際中高壓缸排汽溫度>495 ℃時,汽輪機就會因為鍋爐MFT而跳閘。

        2.3.2 高壓缸排汽溫度保護控制器邏輯

        在啟動階段,為了避免流經(jīng)汽輪機的蒸汽流量過小,造成超高壓缸及高壓缸排汽區(qū)域溫度過高,設置高壓缸排汽溫度保護控制器,根據(jù)超高壓缸及高壓缸排汽溫度自動調(diào)整各汽缸的流量分配[4]。但是,在帶負荷階段,旁路閥全關,高壓缸排汽溫度保護控制器通過動作中壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)通流達到抑制高壓缸排汽溫度上升的目的已實現(xiàn)不了,相反還會加劇高壓缸排汽溫度上升。

        2.3.3 旁路邏輯

        跳閘時旁路為全關模式,汽輪機為初壓模式,此時觸發(fā)旁路快開條件只有鍋爐側(cè)主蒸汽壓力>34.1 MPa(即鍋爐超壓保護)、發(fā)電機跳閘、汽輪機跳閘、汽輪機側(cè)主蒸汽壓力比設定值高2.4 MPa。切缸時旁路無法動作,因此切缸后旁路處于關閉狀態(tài),觸發(fā)了再熱器保護,鍋爐MFT。

        3 處理措施及應用效果

        3.1 處理措施

        (1) 將高壓缸排汽溫度保護控制器邏輯觸發(fā)條件增加旁路未全關。高壓缸排汽溫度保護控制器的溫度控制需要與旁路配合,才能抑制高壓缸排汽溫度上升。增加此邏輯可避免在旁路全關帶負荷的工況下,高壓缸排汽溫度保護控制器觸發(fā)后導致高壓缸排汽溫度進一步升高的情況出現(xiàn)。

        (2) 將汽輪機切缸邏輯觸發(fā)條件增加機組負荷≤150 MW。一般工況下,切缸只發(fā)生在啟動沖轉(zhuǎn)及低負荷階段,因此原切缸邏輯觸發(fā)條件未對負荷進行限制。增加此邏輯后,對于在高負荷階段,如果高壓缸排汽溫度確實異常升高,則由高壓缸排汽溫度>530 ℃的ETS進行保護,可以規(guī)避機組高負荷進行切缸操作,增加機組運行安全性。

        (3) 將旁路邏輯增加切缸邏輯觸發(fā)后高壓旁路閥、中壓旁路閥快開50%。切缸邏輯是無論觸發(fā)了超高壓缸或高壓缸的切缸條件,都會引發(fā)超高壓缸和高壓缸同時切缸,超高壓缸、高壓缸閥門全關。此時,旁路如果處于關閉狀態(tài)則會觸發(fā)鍋爐再熱器保護,引發(fā)機組停機。增加此邏輯可防止因切缸直接導致的機組停機,配合旁路相關動作可及時進行調(diào)整,等到高壓缸排汽溫度降低后進行并缸操作,保證機組運行。

        3.2 應用效果

        采用針對性的處理措施后,機組運行效果為:

        (1) 修改高壓缸排汽溫度保護控制器邏輯后,實際運行中,在旁路閥未關模式下,高壓缸排汽溫度>460 ℃時,高壓缸排汽溫度保護控制器動作,調(diào)整通流,關小中壓調(diào)節(jié)閥。此時,中壓旁路閥開大,維持中壓缸進汽壓力不變,從而可以減小中壓缸進汽流量,增大高壓缸進汽流量,抑制高壓缸排汽溫度升高。

        (2) 修改汽輪機切缸邏輯后,實際運行中,在汽輪機熱態(tài)啟動過程中,高壓缸排汽溫度>495 ℃時,汽輪機切缸,超高壓缸、高壓缸閥門關閉,中壓缸單缸進汽。等到機組并網(wǎng),汽輪機進汽量增加并且高壓缸排汽溫度降低后,順利進行并缸操作,機組運行正常,未發(fā)生高負荷工況下的切缸。

        (3) 修改旁路邏輯后,機組在熱態(tài)啟動中切缸,高壓、中壓旁路閥快開50%,隨后切換至壓力自動模式,控制高壓缸和中壓缸進汽的壓力,保證通流以防止鍋爐干燒,避免觸發(fā)再熱器保護,保證汽輪機中壓缸單缸進汽工況穩(wěn)定。等到高壓缸排汽溫度降低后,順利進行并缸操作。

        4 結(jié)語

        以某660 MW超超臨界二次再熱機組為例,針對調(diào)試期間的機組跳閘事件,對高壓缸排汽溫度保護控制器邏輯、汽輪機切缸邏輯、旁路邏輯等進行分析,并且提出一些針對性的處理措施。

        在對相關邏輯進行優(yōu)化后,機組運行的安全性和穩(wěn)定性明顯有所提升,消除了機組運行隱患,提出的相關處理措施對同類型機組的調(diào)試運行具有一定參考意義。

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