帶旋轉(zhuǎn)隔板汽輪機熱工保護優(yōu)化與損壞預(yù)防

李霞

（大唐太原第二熱電廠，山西太原，030041）

帶旋轉(zhuǎn)隔板汽輪機熱工保護優(yōu)化與損壞預(yù)防

李霞

（大唐太原第二熱電廠，山西太原，030041）

某些特殊汽輪機的保護系統(tǒng)仍有較大完善空間。以上海汽輪機廠某帶旋轉(zhuǎn)隔板汽輪機為例，基于其運行過程，分析了抽汽系統(tǒng)保護機理，并進一步提出了汽輪機本體保護設(shè)置的優(yōu)化策略，以及預(yù)防通流部分發(fā)生損壞的措施。研究表明，該汽輪機抽汽系統(tǒng)控制過程穩(wěn)定可靠，對高壓、低壓和高溫環(huán)境均具有相應(yīng)的保護措施；汽輪機本體軸向位移、振動、脹差保護的優(yōu)化有助于提高運行品質(zhì)；汽輪機通流部分的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)和保護系統(tǒng)機理復(fù)雜，易發(fā)生損壞，應(yīng)重視其預(yù)防。相關(guān)策略能夠為同類型機組研制行業(yè)提供技術(shù)支持。

旋轉(zhuǎn)隔板；汽輪機；熱工保護；優(yōu)化設(shè)計；抽汽系統(tǒng)

引言

目前國內(nèi)新建燃煤供熱發(fā)電機組熱工保護控制系統(tǒng)已經(jīng)趨于完善[1-4]，但對于為了增加供汽量而專門研制的特殊型汽輪機，例如上海汽輪機廠的CCZK330-16.7/1.0/0.4/538/538型330 MW中間再熱抽汽凝汽式汽輪機，由于其帶有旋轉(zhuǎn)隔板，實際投運經(jīng)驗較少，機組在控制和保護系統(tǒng)方面設(shè)計也不夠完善。

為此，本文對其保護設(shè)置進行分析和優(yōu)化，并提出防止汽輪機通流部分發(fā)生損壞的措施。

1 汽輪機及其抽汽系統(tǒng)

1.1 汽輪機

上海汽輪機廠CCZK330-16.7/1.0/0.4/538/538型汽輪機屬于亞臨界、單軸、一次中間再熱、三缸兩排汽，可調(diào)整抽汽、凝汽式汽輪機。采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，既可供熱網(wǎng)抽汽（可調(diào)整的壓力范圍為0.4～0.6 MPa），又可供工業(yè)抽汽用汽（可調(diào)整的壓力范圍為0.8～1.3 MPa）。汽輪機高、中壓部分采用分缸結(jié)構(gòu)，低壓部分采用雙流反向結(jié)構(gòu)。

1.2 抽汽系統(tǒng)

汽輪機抽汽閥門、管道的布置如圖1所示。

圖1 抽汽閥門、管道布置示意圖

進入中壓缸的蒸汽通過中壓缸前幾級后，一部分經(jīng)過可控制的旋轉(zhuǎn)隔板進入后側(cè)中壓缸通流部分，另一部分經(jīng)過抽汽壓力調(diào)節(jié)閥進入中壓缸抽汽系統(tǒng)。中壓缸的排汽一部分經(jīng)過可控制的連通管閥門進入低壓缸，另一部分經(jīng)過低壓抽汽壓力調(diào)節(jié)閥，進入低壓抽汽系統(tǒng)。

為確保抽汽機組的安全穩(wěn)定運行，兩路調(diào)整抽汽均采用雙控調(diào)節(jié)模式。通過對旋轉(zhuǎn)隔板（ICV）與中壓抽汽壓力調(diào)節(jié)閥（IEV）的雙控調(diào)節(jié)，保證中壓缸抽汽量達到額定值；通過對連通管壓力調(diào)節(jié)閥（LCV）與低壓抽汽壓力調(diào)節(jié)閥（LEV）的雙控調(diào)節(jié)，保證低壓缸抽汽量達到額定值。兩路抽汽系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)隔板（ICV）和連通管壓力調(diào)節(jié)閥（LCV）均采用油動機進行控制，確保控制過程穩(wěn)定可靠。

2 抽汽系統(tǒng)保護

2.1 調(diào)整抽汽投入條件

當(dāng)機組在純凝汽工況運行時，旋轉(zhuǎn)隔板和連通管壓力調(diào)節(jié)閥全開，抽汽管道的壓力調(diào)節(jié)閥全關(guān)。如要投入抽汽工況運行，必須先判斷是否具備投入條件。通過特征點的壓力（高壓調(diào)節(jié)級后壓力）來確定各調(diào)整抽汽是否允許投入。以低壓調(diào)整抽汽為例：當(dāng)特征點壓力小于規(guī)定數(shù)值時，若有抽汽投入，則發(fā)出報警信號，運行畫面提示運行人員增加主汽流量和負(fù)荷；反之，允許抽汽投入，之后通過調(diào)整抽汽管上的壓力調(diào)節(jié)閥和連通管壓力調(diào)節(jié)閥的開度，使抽汽壓力值滿足要求。

如果要同時投入中壓調(diào)整抽汽和低壓調(diào)整抽汽，則需特征點的壓力同時滿足兩段抽汽的投入條件。兩段抽汽單獨調(diào)節(jié)，互不干涉。

2.2 抽汽壓力保護

為保證機組安全運行，對抽汽壓力（旋轉(zhuǎn)隔板或抽汽蝶閥前壓力）高和低分別設(shè)置報警、自動降負(fù)荷或抽汽解列兩檔保護。

高壓保護措施：一是報警：抽汽壓力達到高報警值時，發(fā)出報警信號，同時打開旋轉(zhuǎn)隔板或抽汽調(diào)節(jié)閥，以降低抽汽壓力；二是自動降負(fù)荷：抽汽壓力達到高報警值時，機組自動降負(fù)荷，直至壓力低于報警值。

低壓保護措施：為了保證葉片的安全可靠性，在投入抽汽時，抽汽壓力也不得太低。保障方法如下：

（1）報警：抽汽壓力達到低報警值時，發(fā)出報警信號，通過調(diào)整抽汽管道上的控制閥門（IEV 或者LEV）節(jié)流，以減少抽汽量；

（2）抽汽解列：若調(diào)節(jié)閥全關(guān)仍無法提高抽汽壓力，達到低報警值時，延遲30 s后抽汽自動解列。

2.3 抽汽溫度保護

主要是指在高溫時進行保護。分別設(shè)置報警、跳機兩檔。

（1）報警：抽汽溫度達到高報警值時，發(fā)出報警信號，同時應(yīng)增加主汽流量或降低抽汽壓力，以降低抽汽溫度；

（2）跳機：抽汽溫度達到高報警值時，打開調(diào)節(jié)閥，降低抽汽壓力，如調(diào)節(jié)閥全開溫度仍維持高值，延遲1 min后機組跳機。

3 汽輪機本體保護及優(yōu)化

汽輪機本體保護主要包括：軸向位移、振動、脹差等TSI（汽輪機安全監(jiān)視系統(tǒng)）輸出保護；軸瓦溫度和推力瓦溫保護；抽汽系統(tǒng)保護等，本章以代表性的TSI輸出保護為例進行優(yōu)化。

3.1 軸向位移保護

目前軸向位移有兩路測量保護裝置——（1A、1B）與（2A、2B）。1A、1B在一個支架，2A、2B在一個支架，每個支架上的信號對應(yīng)一個獨立的TSI卡件。TSI中各送一路遮斷信號至ETS（跳閘保護系統(tǒng)），在ETS中實現(xiàn)串并聯(lián)遮斷功能。TSI中設(shè)置 1s延時，有報警抑制功能；ETS中無延時。

優(yōu)化方案：在TSI中取消延時和報警抑制功能，避免特殊工況信號突變導(dǎo)致保護拒動。在推力軸承工作面安裝軸向位移測量保護裝置，根據(jù)實際推力間隙進行定位。

3.2 軸振大保護

TSI中每一路軸振各輸出一個報警和一個跳閘信號至ETS，在ETS中實現(xiàn)遮斷功能，出現(xiàn)任一遮斷信號或兩個報警信號則迅速跳機。TSI中有3 s延時，有報警抑制功能。

優(yōu)化方案：增加并網(wǎng)前汽輪機沖轉(zhuǎn)階段任一軸振超過遮斷值時跳機的功能，并網(wǎng)后保護邏輯維持不改，同時取消報警抑制功能。

3.3 高低壓缸脹差保護

原高低壓缸脹差均設(shè)計為單點，未設(shè)置自動保護功能，僅要求運行人員根據(jù)脹差數(shù)值和機組其他參數(shù)判斷手動停機。

優(yōu)化方案：高低壓缸各增加一個脹差測點，保護配置修改為“二取二”，取消報警抑制功能，“二取二”后延時3 s跳機。

4 汽輪機通流部分損壞預(yù)防

汽輪機通流部分連通管上的壓力調(diào)節(jié)閥與旋轉(zhuǎn)隔板的控制系統(tǒng)的可靠性將直接影響汽輪機安全運行。因此，本章從調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)兩個方面提出以下防止供熱汽輪機通流部分發(fā)生損壞的措施。

4.1 調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

（1）確定連通管上的壓力調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)隔板的實際開度：檢查其與數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）顯示是否一致，防止閥門開關(guān)動作相反，造成機組啟動過程中通流不暢或通流部分損壞。

（2）檢查連通管上的壓力調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)隔板：在DEH斷電情況下，伺服閥機械零偏和閥門開啟或關(guān)閉的設(shè)置與設(shè)計要求是否一致。

（3）檢查DEH控制功能：保證機組在開閘情況下，連通管上的壓力調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)隔板是否能夠按照設(shè)計要求動作。

（4）測試連通管上的壓力調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)隔板控制系統(tǒng)的LVDT反饋、伺服閥指令、伺服卡等：在故障情況下，設(shè)備動作方向是否與系統(tǒng)設(shè)計要求一致。

（5）檢查測試DEH抽汽系統(tǒng)的邏輯功能：保證閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)合格，以及聯(lián)鎖保護邏輯可靠投入。

（6）完善其它邏輯功能：包括抽汽系統(tǒng)壓力和溫度超限報警的邏輯，以及切除汽輪機遙控方式和降負(fù)荷的邏輯。

4.2 保護系統(tǒng)

（1）汽輪機主保護過程開關(guān)量信號應(yīng)采用“三取二”配置。對于過程模擬量輸入的保護信號與保護輸出為同一DPU的系統(tǒng)，輸入信號經(jīng)模擬/開關(guān)量轉(zhuǎn)換后實現(xiàn)“三取二”配置；對于兩者為不同DPU的系統(tǒng)，輸入信號經(jīng)模擬/開關(guān)量轉(zhuǎn)換后通過硬接線送入保護機柜，實現(xiàn)“三取二”配置。

（2）汽輪機主保護信號輸入的一次元件、取樣管、輸入模件均應(yīng)相互獨立；汽輪機主保護邏輯均應(yīng)考慮信號壞質(zhì)量的情況，避免因信號壞質(zhì)量導(dǎo)致保護拒動。

（3）TSI系統(tǒng)應(yīng)配置兩路可靠接地的冗余電源模塊，并實現(xiàn)電源模塊的無擾切換；TSI系統(tǒng)中軸向位移、振動、脹差等信號必須設(shè)置有聲光報警功能。

（4）汽輪機軸向位移保護應(yīng)采取“四取二”或“三取二”保護方式，且必須可靠投入；TSI系統(tǒng)軸向位移卡件參數(shù)和功能設(shè)置必須保證特殊工況下軸向位移瞬間突變超量程或壞質(zhì)量的保護動作。

（5）汽輪機振動保護需根據(jù)保護機理和信號可靠性研究確定保護實現(xiàn)方式，并制定防止保護誤動或拒動的措施。

（6）汽輪機脹差保護應(yīng)在測量系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的情況下投入，同時必須有防止因單一測點、回路故障而導(dǎo)致保護誤動的技術(shù)措施[5]。

5 結(jié)論

本文對上海汽輪機廠生產(chǎn)的一種特殊供熱式汽輪機的抽汽系統(tǒng)進行了介紹，重點分析了該抽汽系統(tǒng)的運行模式以及相關(guān)的保護設(shè)置，提出了汽輪機本體保護的優(yōu)化措施，并提出了防止供熱汽輪機通流部分發(fā)生損壞的措施，對同類型機組的安全穩(wěn)定運行有較強的參考價值。

[1]國家能源局. 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求（國能安全[2014]161號）[Z]. 2014.

[2]上海電氣上海汽輪機廠. 汽輪機抽汽閥控制[Z]. OP.2.26.02C-01.

[3]中國大唐集團公司. 中國大唐集團公司提高火電廠主設(shè)備熱工保護及自動裝置可靠性指導(dǎo)意見（安生[2009]66號）[Z].

[4]國家能源局. 火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)可靠性評估技術(shù)導(dǎo)則: DL/T 261-2012 [S]. 2012.

[5]城市建設(shè)理論研究（電子版）[J]. 2013(25).

Thermal Protection Optimization and Damage Prevention on Steam Turbine with Rotating Separator

LI Xia
(Datang Taiyuan No.2 Thermal Power Plant, Taiyuan, Shanxi,030041, China)

Protection system for some special steam turbines still has great potential for improvement. A steam turbine with rotating separator manufactured by Shanghai Steam Turbine Plant is taken as an example for analysis on its protection mechanism of steam bleeding system, proposal of optimization strategy on protection option on its main body, and damage prevention on its flow part, which are all on the basis of its operation procedure. Related research shows that, such a steam turbine is stable and reliable on its controlling process, and has corresponding protection measures for environments such as high pressure, low pressure and high temperature; protection optimization on vibration, axial displacement, and differential expansion of the main body of steam turbine helps to improve the operation quality; the flow part of steam turbine is complex in the regulating control system and protection system, making it prone to damage and corresponding prevention should be paid attention to. Related strategies can provide technical support for the development of the same type of unit.

Rotating Separator; Steam Turbine; Thermal Protection; Optimum Design; Steam Bleeding System

TK269

A

2095-8412 (2016) 06-1167-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.030

李霞(1982-)，女，工程師。研究方向：熱控安全管理。Email: lihaixia0207@163.com