汽輪機(jī)超速原因分析

苗曉冬

（華電能源股份有限公司富拉爾基發(fā)電廠，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

汽輪機(jī)超速原因分析

苗曉冬

（華電能源股份有限公司富拉爾基發(fā)電廠，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

汽輪發(fā)電機(jī)組嚴(yán)重超速事故可導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞，甚至造成重大人員傷亡事故。準(zhǔn)確分析超速事故的原因，制訂有效的防范措施，將能最大限度地控制超速事故的發(fā)生。

汽輪機(jī)；超速；負(fù)荷；原因分析

汽輪發(fā)電機(jī)組是高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，各轉(zhuǎn)動部件在工作時產(chǎn)生很大的離心力。由于離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加10%時，各部件材料所受的應(yīng)力將增加21%；當(dāng)轉(zhuǎn)速增加20%時，各部件材料所受的應(yīng)力增加44%。在設(shè)計(jì)時，轉(zhuǎn)動部件的材料強(qiáng)度富裕量是不大的，葉輪等緊力配合的轉(zhuǎn)動部件松動轉(zhuǎn)速通常按超過額定轉(zhuǎn)速20%考慮。大功率汽輪機(jī)組由于蒸汽參數(shù)很高，蒸汽流量很大，在甩負(fù)荷后飛升轉(zhuǎn)速在瞬間很大，嚴(yán)重超速造成的后果十分危險(xiǎn)，近年來相繼發(fā)生了過電廠200MW機(jī)組超速飛車事故，造成整套機(jī)組報(bào)廢的嚴(yán)重惡果，所以，大功率汽輪機(jī)的超速保護(hù)重要性、可靠性更顯得尤其重要。

我廠汽輪發(fā)電機(jī)組雖未發(fā)生過因超速導(dǎo)致的設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞的事故，但也發(fā)生過二次超速事故。一次是2#機(jī)2001年超速事故，原因明顯，是調(diào)速汽門卡澀引起，經(jīng)汽輪機(jī)揭缸檢查，機(jī)組未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞。另一次是1#機(jī)2003年發(fā)生的超速事故，事故原很復(fù)雜，也是我們以前未曾遇見過的。因此，正確分析此次事故原因，為制定合理防范措施提供充分理論依據(jù)是緊迫任務(wù)。

1 事件經(jīng)過

某年12月21日1時29分，1#汽輪發(fā)電機(jī)組勵磁系統(tǒng)突然失火，隨后發(fā)電機(jī)解列、停機(jī)。根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示機(jī)組超速至3230r/min，危急保安器動作，其動作轉(zhuǎn)速為3229r/min，其事故過程大致如圖1。

圖1

2 分析

2.1 事故流程

從此次事故表面看，與甩負(fù)荷試驗(yàn)對于調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說是等同的。其甩負(fù)荷后，轉(zhuǎn)速飛升值不應(yīng)超過3150r/min，危急保安器不應(yīng)動作。但此次事故又有別于甩負(fù)荷試驗(yàn)，其差別之處正是造成此次超速的主要原因，其對比流程圖如圖2。

圖2

從本次事故和甩負(fù)荷試驗(yàn)流程圖對比可發(fā)現(xiàn)，本次事故順序是先負(fù)荷下降，轉(zhuǎn)速飛升，然后主開關(guān)再跳、汽門關(guān)閉；而甩負(fù)荷試驗(yàn)是主開關(guān)跳、汽門關(guān)閉，負(fù)荷下降，然后轉(zhuǎn)速飛升。其原理過程是相反的，也是導(dǎo)致超速的直接原因。

2.2 論證

（1）證一：機(jī)組轉(zhuǎn)速3052r/min時，OPC保護(hù)動作。從工程師站計(jì)算機(jī)歷史趨勢中可查出： OPC動作，轉(zhuǎn)速為3052r/min，這是計(jì)算機(jī)實(shí)際記錄。主開關(guān)向OPC發(fā)送指令為電信號，可認(rèn)為無時間間隔。

（2） 證二：先負(fù)荷下降，轉(zhuǎn)速飛升，然后主開關(guān)跳。負(fù)荷已降至28.19MW，從此時汽門開度未變,而轉(zhuǎn)速已開始上升,此時轉(zhuǎn)速為3003r/min；負(fù)荷為35.52MW，轉(zhuǎn)速已飛升3052r/min，此時OPC動作。因?yàn)镺PC與主開關(guān)傳輸信號為電信號，所以可認(rèn)為主開關(guān)動作與OPC動作同步，所以確定先負(fù)荷下降、轉(zhuǎn)速飛升，然后主開關(guān)跳。

（3） 證三：調(diào)節(jié)汽門全關(guān)后，機(jī)組飛升轉(zhuǎn)速△n≈130 r/min。根據(jù)2#機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)，汽門全關(guān)后機(jī)組飛升轉(zhuǎn)速△n為128r/min，1#、2#機(jī)機(jī)況與設(shè)備完全一致，所以粗略認(rèn)定1#機(jī)汽門全關(guān)后機(jī)組飛升轉(zhuǎn)速△n為120r/min。

（4）不確定因素：由于1#機(jī)在本次事故當(dāng)時，帶有高加及廠用抽汽（5次抽、6次抽）運(yùn)行，加之調(diào)節(jié)汽門嚴(yán)密性和各抽汽逆止門嚴(yán)密性不如大修后甩負(fù)荷試驗(yàn)時期好，所以粗略認(rèn)定這些不確定因素可使轉(zhuǎn)速增加20r/min左右。

2.3 危急保安器動作對轉(zhuǎn)速影響與否

在本次超速過程中，機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升最大值為3230r/min，在大修后所做超速試驗(yàn)中，動作轉(zhuǎn)速為3225r/min，直觀看：轉(zhuǎn)速下降是由于危急保安器動作所致，其實(shí)在這里存在巧合。通過放大轉(zhuǎn)速飛升曲線作標(biāo)圖可發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)速飛升最初1s，其升速率約為50r/min/s，而在飛升峰值附近時，其升速率為7 r/min/s；其飛升率已非常緩，即使危急保安器不動作，它也達(dá)到峰值，它也會自然下降，因?yàn)槲覀冊O(shè)定危急保安器動作值與本次超速峰值非常接近，這是一種巧合，使人們錯覺轉(zhuǎn)速下降是由危急保安器動作所引起的。假如，我們把危急保安器動作轉(zhuǎn)速設(shè)定高一些（在3230r/min以上），危急保安器就不會動作，而轉(zhuǎn)速也會自然回落。

3 結(jié)語

經(jīng)過以上各方面分析、論證，最終認(rèn)為：造成本次機(jī)組超速原因是由于主開關(guān)跳閘在轉(zhuǎn)速飛升之后所致。

（1）在勵磁調(diào)節(jié)柜失火時，如果其滅磁開關(guān)動作能使發(fā)電機(jī)跳閘，機(jī)組也就相當(dāng)一次單純甩負(fù)荷。但由于滅磁開關(guān)中的直流電纜已被先燒斷，使其無法發(fā)出跳機(jī)信號，致使機(jī)組先有轉(zhuǎn)速飛升、再跳閘的異常過程，也是導(dǎo)致此次超速過多的主要原因。

（2）此次超速過程明顯感覺到轉(zhuǎn)速飛升速率小，從3003r/min飛升至峰值3230r/min用了近12s，其用時大大多于甩負(fù)荷轉(zhuǎn)速飛升所用時間，一般來講，無論是電調(diào)還是液調(diào)，在甩50%或100%負(fù)荷試驗(yàn)時，甩負(fù)荷開始到轉(zhuǎn)速峰值都在3s以內(nèi)。本次超速用時過長的原因有甩負(fù)荷幅度問題。在計(jì)算機(jī)顯示負(fù)荷曲線可以發(fā)現(xiàn)，在甩負(fù)荷最后瞬間機(jī)組負(fù)荷由110MW自行下降至30MW，轉(zhuǎn)速也開始飛升至3052r/min。嚴(yán)格地說本次甩負(fù)荷其幅度是30MW而不是所說的110MW，因此升速率較低。

[1]何建綏.汽輪機(jī)超速保護(hù)裝置[M].熱力發(fā)電 2010（3）.

[2]國家能源局.防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)反措[M],2014.

TK268.1

A

1671-0711（2017）12（上）-0092-02