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。