方小峰

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000）

0 引言

田灣核電站汽輪機(jī)型號(hào)為K-1000/60-3000，調(diào)速系統(tǒng)為電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要以液調(diào)為主、電調(diào)相輔的形式。正常運(yùn)行階段，機(jī)組長(zhǎng)期處于滿功率運(yùn)行狀態(tài)不參與調(diào)峰，調(diào)速系統(tǒng)主要維持二回路主蒸汽壓力（機(jī)跟堆運(yùn)行模式）的穩(wěn)定或電功率（堆跟機(jī)運(yùn)行模式）的正常輸出。從2007 年商運(yùn)至2018 年，田灣核電站1#、2#機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行總體穩(wěn)定，尚未出現(xiàn)過(guò)因調(diào)速系統(tǒng)故障導(dǎo)致停機(jī)的情況。但期間調(diào)速系統(tǒng)也出現(xiàn)過(guò)一些問(wèn)題，如二次油壓波動(dòng)大、附加保安油壓偏低、大修期間靜態(tài)試驗(yàn)部分不合格、系統(tǒng)母管壓力波動(dòng)等。

1 問(wèn)題描述

自2019 年6 月下旬開(kāi)始至9 月中旬，2#機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)二次油壓一直處于大幅波動(dòng)狀態(tài)，最高值已達(dá)3.65 MPa、已超過(guò)運(yùn)行規(guī)程要求的最大限值3.2 MPa，汽輪機(jī)高調(diào)門開(kāi)度亦隨之大幅變化，影響機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行（圖1）。

圖1 二次油壓與調(diào)門開(kāi)度曲線

調(diào)速系統(tǒng)二次油壓是汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥（高調(diào)門）的控制油壓，其大小直接決定高調(diào)門的開(kāi)度。而高調(diào)門的開(kāi)度決定了汽輪機(jī)的做功能力，進(jìn)而決定發(fā)電機(jī)電功率。因此，二次油壓是汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的參數(shù)，它的穩(wěn)定性對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

2 原因分析

2.1 調(diào)速系統(tǒng)主要部件介紹

（1）同步器滑閥。同步器滑閥是將系統(tǒng)穩(wěn)定油路的動(dòng)力油轉(zhuǎn)化為主汽門控制油和危急遮斷器的掛閘油，運(yùn)行期間接收來(lái)自汽輪機(jī)控制器的調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)，并通過(guò)杠桿原理傳遞給調(diào)速器滑閥。同步器滑閥由同步器手輪、同步器電機(jī)、減速裝置、活塞以及套筒等組成（圖2）。

圖2 同步器滑閥組示意

（2）調(diào)速器滑閥。調(diào)速器滑閥是將調(diào)速器產(chǎn)生的位移信號(hào)以及來(lái)自同步器滑閥的調(diào)節(jié)信號(hào)通過(guò)一次油壓的變化傳遞給中間滑閥，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)以及超速保護(hù)功能，有信號(hào)接收和傳遞的作用。調(diào)速器滑閥由調(diào)速器、隨動(dòng)滑閥、跟蹤滑閥等組成，為高速機(jī)械離心彈性調(diào)速器，感受機(jī)組的轉(zhuǎn)速信號(hào)，調(diào)速塊的位移變化是調(diào)速器的輸出信號(hào)。

（3）中間滑閥。中間滑閥是將調(diào)速器滑閥傳遞過(guò)來(lái)的液壓信號(hào)加以放大并轉(zhuǎn)換成二次油壓，以控制和調(diào)節(jié)汽輪機(jī)配汽系統(tǒng)各調(diào)門的開(kāi)度，調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，必要時(shí)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組限功率運(yùn)行。它由兩個(gè)滑閥組、一個(gè)功率限制機(jī)構(gòu)以及反饋連桿等部件組成（圖3）。

圖3 中間滑閥組示意

（4）電液轉(zhuǎn)換器。電液轉(zhuǎn)換器主要作用是將來(lái)自電調(diào)部分的電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榛y的位移，以此改變一次油路排油口大小，再通過(guò)中間滑閥的轉(zhuǎn)換和放大作用改變二次油壓，調(diào)節(jié)配汽系統(tǒng)各調(diào)門開(kāi)度，控制機(jī)組負(fù)荷，電液轉(zhuǎn)換器由一個(gè)電磁感應(yīng)機(jī)構(gòu)和兩個(gè)滑閥（1#滑閥和2#滑閥）組成。

2.2 二次油的作用

機(jī)組功率運(yùn)行期間二次油壓直接控制汽輪機(jī)4 個(gè)高壓調(diào)門的開(kāi)度，直接決定汽輪機(jī)的功率輸出，進(jìn)而決定電功率大小。機(jī)組低功率（小于300 MW）階段，二次油通過(guò)油壓變化對(duì)汽水分離再熱器加熱蒸汽閥開(kāi)度的控制，以維持流經(jīng)汽水分離再熱器后的蒸汽溫度；在機(jī)組打閘后，二次油將汽輪機(jī)高壓缸排汽排放閥打開(kāi)，把高壓缸、汽水分離再熱器以及蒸汽管道中由于水分閃蒸形成的蒸汽排入凝汽器，防止汽輪機(jī)超速。

2.3 二次油壓的調(diào)節(jié)過(guò)程

（1）調(diào)節(jié)信號(hào)的產(chǎn)生：①調(diào)速器感知轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過(guò)調(diào)速塊位移的變化產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)；②同步器滑閥接收的調(diào)節(jié)信號(hào)，包括汽輪機(jī)控制器自動(dòng)驅(qū)動(dòng)同步器電機(jī)、操作員發(fā)出的命令信號(hào)驅(qū)動(dòng)同步器電機(jī)以及現(xiàn)場(chǎng)同步器手輪動(dòng)作；③調(diào)速系統(tǒng)電調(diào)部分發(fā)出的調(diào)節(jié)信號(hào)，如電液轉(zhuǎn)換器。

（2）調(diào)節(jié)信號(hào)的接收和傳遞：①調(diào)速器滑閥通過(guò)杠桿接收來(lái)自同步器滑閥的調(diào)節(jié)信號(hào)，控制滑閥產(chǎn)生位移變化，使一次油壓排油口發(fā)生變化；②調(diào)速器滑閥通過(guò)隨動(dòng)滑閥接收來(lái)自調(diào)速器的調(diào)節(jié)信號(hào)，使一次油壓排油口發(fā)生變化；③電液轉(zhuǎn)換器接收電信號(hào)后，滑閥動(dòng)作，也使一次油壓排油口發(fā)生變化。一次油壓排油口的變化使中間滑閥內(nèi)與一次油壓相聯(lián)系的組件（一次油壓反饋套筒）發(fā)生位移變化，完成信號(hào)的傳遞。因此，調(diào)節(jié)信號(hào)的接收、傳遞都是通過(guò)一次油壓的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

（3）調(diào)節(jié)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和執(zhí)行：一次油壓的變化，使中間滑閥內(nèi)產(chǎn)生二次油壓的油口發(fā)生變化，直接改變二次油壓大小，影響高調(diào)門開(kāi)度。

（4）信號(hào)反饋：高調(diào)門開(kāi)度的變化使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、二回路主蒸汽壓力及電功率產(chǎn)生響應(yīng)的變化，機(jī)組將視情況決定是否需要再次向調(diào)速系統(tǒng)施加調(diào)節(jié)信號(hào)，重復(fù)上述步驟。

2.4 二次油壓波動(dòng)分析

在正常運(yùn)行期間田灣核電站機(jī)組帶基礎(chǔ)負(fù)荷處于滿功率運(yùn)行狀態(tài)，從問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)間段方面分析：出現(xiàn)二次油壓大幅波動(dòng)的時(shí)間段主要集中在夏季，通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，二次油壓、海水溫度以及凝汽器真空度的峰值都出現(xiàn)在同一時(shí)間段（圖4）。

圖4 二次油壓、海水溫度和真空度曲線

參數(shù)分析表明，當(dāng)海水溫度上升時(shí)，凝汽器真空度會(huì)下降，造成蒸汽的焓下降即汽輪機(jī)做功能力下降。為保證電功率不變需要更大的新蒸汽流量即更大的高調(diào)門開(kāi)度。因此，在夏季二次油壓的大小較平時(shí)會(huì)略有上升屬正常，田灣核電站兩臺(tái)機(jī)組均有此現(xiàn)象。

通過(guò)上述分析，海水溫度不是造成機(jī)組夏季工況下二次油壓波動(dòng)的原因。通過(guò)對(duì)1#、2#機(jī)組2019 年的汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)二次油壓靜態(tài)特性進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)二次油壓的靜態(tài)特性顯示，特性斜率在第二個(gè)拐點(diǎn)后陡增，即當(dāng)二次油壓值大于第二個(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力值時(shí)，二次油壓將變得極不穩(wěn)定且波動(dòng)幅度較大。因此，1#、2#機(jī)組的二次油壓靜態(tài)特性中的出現(xiàn)第二個(gè)拐點(diǎn)位置時(shí)的二次油壓分別為3.4 MPa 和3.13 MPa，顯然2#機(jī)組的二次油壓穩(wěn)定性較1#機(jī)組差。

同時(shí)，鑒于往年在相同條件下，2#機(jī)組未曾出現(xiàn)過(guò)二次油壓大幅度波動(dòng)的異?，F(xiàn)象，因此分析認(rèn)為造成此現(xiàn)象的可能原因有：①高調(diào)門存在空行程；②系統(tǒng)油質(zhì)造成滑閥異常磨損，影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能；③二次油壓靜態(tài)特性第二個(gè)拐點(diǎn)位置偏低，使油壓不穩(wěn)定。

2.4.1 汽輪機(jī)高調(diào)門空行程

田灣核電站汽輪機(jī)高壓缸有4 組進(jìn)汽通道，每組通道的流量都由高壓調(diào)門的開(kāi)度決定。如果高調(diào)門存在空行程現(xiàn)象，會(huì)影響調(diào)門的實(shí)際開(kāi)度，使實(shí)際開(kāi)度減小。而通過(guò)反饋及調(diào)節(jié)，二次油壓勢(shì)必要升高，將高調(diào)門開(kāi)度增大，維持機(jī)組正常運(yùn)行。

在T211 大修汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)停機(jī)后的靜態(tài)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)3#高調(diào)門存在約5 mm 的空行程。高調(diào)門閥桿與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（油動(dòng)機(jī)）之間的連接是通過(guò)螺紋連接的，由于高壓調(diào)門在機(jī)組正常運(yùn)行中長(zhǎng)期處于小幅波動(dòng)狀態(tài)，螺紋磨損、產(chǎn)生間隙，久而久之可能形成空行程。球形部件連接汽門閥桿與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，球形部件與閥桿的連接方式為螺紋連接。

汽輪機(jī)3#高調(diào)門的空行程，對(duì)二次油壓的大小有一定影響（使油壓上升），但不是造成二次油壓異常波動(dòng)的根本原因。

2.4.2 系統(tǒng)油質(zhì)

液壓調(diào)速系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)油質(zhì)有著很高的要求，由于調(diào)速系統(tǒng)滑閥組件之間的間隙極小，正常情況下部套的間隙在0.05～0.10 mm，任何細(xì)微的雜質(zhì)進(jìn)入滑閥都有可能影響滑閥的正常動(dòng)作。

1#機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)曾出現(xiàn)過(guò)因油質(zhì)而造成滑閥卡澀的情況，機(jī)組運(yùn)行期間二次油壓對(duì)同步器電機(jī)的調(diào)節(jié)信號(hào)響應(yīng)嚴(yán)重滯后，不時(shí)出現(xiàn)二次油壓突降造成電功率波動(dòng)的現(xiàn)象，而且在大修中亦發(fā)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)滑閥存在一定程度的磨損（圖5～圖6）。

圖5 滑閥上存在的油泥

圖6 油泥造成滑閥的異常磨損和拉痕

在2#機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)滑閥組件解體檢查時(shí)，未見(jiàn)明顯的拉痕或磨損，尤其是二次油壓調(diào)節(jié)過(guò)程中所涉及的同步器滑閥、調(diào)速器滑閥、中間滑閥、電液轉(zhuǎn)換器滑閥，均無(wú)異常（圖7～圖8）。

圖7 中間滑閥和一次油壓反饋套筒

圖8 調(diào)速器滑閥和電液轉(zhuǎn)換器滑閥

通過(guò)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比，1#/2#機(jī)調(diào)速系統(tǒng)二次油壓波動(dòng)有著明顯的區(qū)別：1#機(jī)組二次油壓是突降，并有明顯的調(diào)節(jié)信號(hào)累積及動(dòng)作滯后現(xiàn)象，說(shuō)明滑閥存在卡滯現(xiàn)象；而2#機(jī)二次油壓的變化趨勢(shì)連續(xù)，無(wú)調(diào)節(jié)信號(hào)累積，說(shuō)明滑閥響應(yīng)快速、動(dòng)作靈活。

因此，2#機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)二次油壓波動(dòng)的情況，應(yīng)不屬于系統(tǒng)油質(zhì)造成的滑閥卡滯類問(wèn)題。

2.4.3 二次油壓形成特性

二次油壓的形成是通過(guò)調(diào)速器滑閥的動(dòng)作，使其逐漸關(guān)小一次油壓排油口，再通過(guò)中間滑閥的放大和傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由于組成二次油壓錯(cuò)油門的滑閥組中的下部滑閥對(duì)應(yīng)有內(nèi)外兩組控制彈簧，因此整條二次油壓特性曲線隨行程在不同階段有不同斜率，存在兩個(gè)斜率拐點(diǎn)（圖9）：曲線從開(kāi)始至第一個(gè)拐點(diǎn)是外彈簧變形受力；從第一個(gè)拐點(diǎn)至第二個(gè)拐點(diǎn)之間是內(nèi)、外彈簧同時(shí)變形受力；在第二拐點(diǎn)處下部滑閥的托盤與機(jī)械限位頂桿接觸，彈簧不再繼續(xù)壓縮，至此二次油壓的變化完全根據(jù)上部滑閥的位移變化，下部滑閥行至限位已不具備反饋調(diào)節(jié)功能，二次油壓的變化斜率將陡增。因此，在第二個(gè)拐點(diǎn)以后的壓力區(qū)間可定義為非工作區(qū)間或不穩(wěn)定區(qū)間。圖9 中，橫坐標(biāo)為同步器控制滑閥位移量，縱坐標(biāo)為二次油壓大小值。

圖9 二次油壓理論靜態(tài)設(shè)計(jì)曲線

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，二次油壓大小值應(yīng)保證小于靜態(tài)特性曲線第二個(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力值，如二次油壓進(jìn)入非工作區(qū)間即大于該壓力值，因?yàn)樾甭识冈?，同樣的調(diào)節(jié)信號(hào)，產(chǎn)生的變化量很大，極易產(chǎn)生油壓的波動(dòng)，使高調(diào)門隨之波動(dòng)。

大修檢查的情況是，T211 大修停機(jī)后調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)顯示，出現(xiàn)第二個(gè)拐點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的二次油壓值為3.13 MPa。顯然，2#機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)二次油壓在夏季運(yùn)行時(shí)已大于3.13 MPa，二次油壓的工作壓力長(zhǎng)期處于靜態(tài)特性的不穩(wěn)定區(qū)間，因此當(dāng)二次油壓參與調(diào)節(jié)時(shí)，易產(chǎn)生較大波動(dòng)，這就是二次油壓在夏季極易大幅波動(dòng)的根本原因。

對(duì)比1#機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)二次油壓特性曲線，出現(xiàn)第二個(gè)拐點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的二次油壓為3.4 MPa、遠(yuǎn)高于2#機(jī)水平，且1#機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)一直未出現(xiàn)2#機(jī)組類似情況。

3 處理措施

3.1 調(diào)整二次油壓靜態(tài)特性曲線

T211 大修中，對(duì)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)二次油壓特性曲線進(jìn)行了調(diào)整，將下部滑閥控制彈簧的限位頂桿進(jìn)行車削降低高度、車削量為0.5 mm（圖10）。

圖10 彈簧限位頂桿

調(diào)整后的二次油壓特性與理論特性擬合度更好，出現(xiàn)第二個(gè)拐點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的二次油壓為3.3 MPa。

正常工況下，汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)二次油壓力在3.05～3.15 MPa，對(duì)其特性曲線中第二個(gè)拐點(diǎn)位置的調(diào)整，將使二次油壓在機(jī)組調(diào)節(jié)過(guò)程中變得更加穩(wěn)定。

3.2 繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)油質(zhì)的管理

（1）大修期間，清理調(diào)速系統(tǒng)主油箱。

（2）檢查系統(tǒng)油質(zhì)，必要時(shí)進(jìn)行更換。

（3）大修期間，做好調(diào)速系統(tǒng)熱油沖洗工作。

（4）運(yùn)行期間，保持調(diào)速系統(tǒng)濾油機(jī)連續(xù)不間斷運(yùn)行。

4 運(yùn)行效果

T211 大修后至2021 年12 月，經(jīng)過(guò)多個(gè)夏季高溫天氣的驗(yàn)證，海水溫度回落，凝汽器真空亦開(kāi)始好轉(zhuǎn)，2#機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)二次油壓未出現(xiàn)2019 年夏季類似情況，調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能良好，二次油壓及高調(diào)門開(kāi)度穩(wěn)定。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)T211 大修期間的檢查、處理以及大修后的運(yùn)行情況分析判斷，2019 年夏季田灣核電站2#機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)二次油壓大幅波動(dòng)的根本原因是，二次油壓靜態(tài)特性曲線中第二拐點(diǎn)值低于夏季極端工況的二次油壓實(shí)際值，使系統(tǒng)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)。同時(shí)由于高調(diào)門的空行程提高了二次油壓，使系統(tǒng)更頻繁進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，造成油壓的異常波動(dòng)。