NK63/71/0 型小汽輪機頻繁跳閘原因探析

姚麗峰，劉惠逢，李佩宏

（國電電力大同發(fā)電有限責任公司，山西 大同 037043）

某發(fā)電公司9#機組為某公司生產機組型號為CLNZK660-24.2/566/566 型汽輪機，設計配套2 臺杭汽生產的NK63/71/0 型汽輪機，驅動2 臺半容量汽動給水泵。低壓氣源為4 段抽汽，高壓汽源為冷段再熱蒸汽，備用汽源為主機輔助蒸汽。

1 故障現(xiàn)象及經過

2017 年12 月5 日17 時06 分，機 組 負 荷608MW 背 壓18.7kPa，9#機A 小汽輪機低壓調門全開100%，高壓調門開度52%，速關閥前蒸汽壓力0.71MPa 時9#機A 小汽輪機跳閘，MEH 首出原因為速關油壓低跳閘。18 時03 分經汽機檢修人員就地檢查油管路及閥門無異常，熱控人員檢查MEH 停機電磁閥2222、2223、速關油壓電磁閥1842 就地接線及邏輯均無異常。運行人員于18 時44 分掛閘沖車，給水泵并列運行后密切監(jiān)視9#機A 小機速關油壓的變化情況，并加強趨勢跟蹤繼續(xù)觀察運行。

2017 年12 月7 日17 時06 分，9#機A 小汽輪機再次發(fā)生跳閘，跳閘前機組負荷598MW，低壓調節(jié)閥開度100%，高壓調節(jié)閥開度53%，速關閥前蒸汽壓力0.75MPa。汽機檢修人員認真檢查9#機A 小汽輪機調節(jié)油壓、潤滑油壓、飛錘間隙均無異常，并更換了2222 和2223 兩個停機電磁閥；熱控人員更換2222 和2223 停機電磁閥接線電纜，并拔掉1842 電磁閥接線插頭；運行人員關閉四段抽汽、再熱冷段及輔汽至A 小機3 個進汽電動門，將系統(tǒng)隔離后對9#機A 小汽輪機進行掛閘靜態(tài)試驗。靜態(tài)試驗時現(xiàn)將低壓調節(jié)閥加指令至滿開，再將高壓調節(jié)閥指令從20%到55%、55%到100%大幅度開關，做高調閥門大幅活動試驗，檢驗高調閥大幅開關對速關油壓的影響無異常。所有檢查及試驗結束正常后于12 月08 日01 時20 分再次掛閘沖車。

2017 年12 月9 日7 時43 分，9#機A 小汽輪機第3 次發(fā)生跳閘，跳閘前機組負荷570MW，低壓調節(jié)閥開度100%，高壓調節(jié)閥開度51%。跳閘后全面分析事件原因，經全面檢查和分析后，按相關工藝和措施執(zhí)行，于2017 年12 月12 日回裝9#機A 小汽輪機蒸汽濾網，重新掛閘沖車，并將高調開度限制在20%以下，主機負荷在570MW 以下工作正常，一個月后將高調指令全部放開至100%，機組負荷帶滿至660MW 再未發(fā)生小機跳閘事件。

2 事件原因分析

9#機A 小汽輪機3 次跳閘MEH 首出跳閘原因均為速關油壓低，分析小機調節(jié)系統(tǒng)液壓控制原理圖（圖1），停機電磁閥2222 和2223 均為運行中失電保持、帶電動作跳閘，用于遙控停機。圖1 為不帶電狀態(tài)，啟動和正常運行時，2222 和2223的壓力油是通路，DG40 插裝閥在壓力油作用下關閉。當2222和2223 中任一只得電時，DG40 上腔室與回油接通并開啟排泄速關油，使速關閥關閉、汽輪機停機。經熱控人員檢查跳閘邏輯，均未有跳閘指令輸出至停機電磁閥，可以排除電信號誤動作導致小機跳閘。

從液壓原理圖分析，能使速關油壓瞬間失壓，導致速關閥關閉的只有危急掛閘組件、速關組件、速關閥本身三者中任一故障才可能導致小機跳閘。

圖1

從危急遮斷油門組件圖（圖2）來看，油門在復位時，壓力油由P 經節(jié)流孔板（13）進入油門速關油控制腔，因凸肩（3）的油壓作用面積小于凸肩（6），使滑閥上的油壓力克服彈簧（7）力，將凸肩（6）壓在套筒（8）的密封面上，建立正常速關油，經接口E 送至速關油路。如遇以下情況，會泄放速關油：

2.1 危急遮斷器動作

當轉速超過危急遮斷器跳閘轉速設定值時，遮斷器飛錘脫出，撞擊鉤（15），杠桿（16）動作拉動滑閥（4）向左移動，凸肩（6）的密封盤與套筒（8）脫開，同時在彈簧力作用下凸肩（5）被壓在套筒（2）的密封面上，于是P 口與E 口的通路被遮斷而E 口與T 口被接通，將速關油泄放至軸承箱內。

2.2 手動停機

下拉手柄（1），撥動掛鉤逆時針方向偏轉，拉動滑閥向左移動，油路切換過程同上。

2.3 速關油失壓

當速關油壓力小于0.28Mpa 時，滑閥上的油壓不足以克服彈簧（7）的作用力，于是滑閥在彈簧力的作用下向左移動而泄掉速關油。

經2017 年12 月7 日揭前箱人孔檢查飛錘調整壓蓋無松動、飛錘與碰鉤間隙1.15mm 正常；2015 年12 月25 日A 小機A 修后機械超速試驗飛錘動作轉速為6427rpm，可以排除飛錘動作導致機組跳閘。

考慮機組每次跳閘后掛閘、打閘動作正常靜態(tài)試驗正常，危急掛閘組件，速關組件電磁閥、插裝閥故障或內漏的原因也可以排除。

圖2

速關閥啟動時，啟動油F 接至活塞（13）右側，活塞在油壓的作用力下克服彈簧（14）向左移動，壓向活塞盤（16），使活塞與活塞盤的密封面相接觸，之后速關油E 進入活塞盤左側，隨著活塞盤后速關油壓的建立，啟動油開始有控制的泄放，于是活塞盤與活塞一起在左右兩側油壓差作用下，向右移動直至被試驗活塞（12）限位。因閥桿右端與活塞盤相連，在活塞盤向右移動時速關閥也一同開啟。

速關閥的關閉由保安系統(tǒng)控制，如保安系統(tǒng)中任何一個環(huán)節(jié)被觸發(fā)，都會使速關油下降失壓，活塞與活塞盤在彈簧力作用下脫開，活塞盤左側的速關油從T1 排出，活塞盤帶動閥桿、閥碟快速推至關閉位置。

經分析保安系統(tǒng)無異常動作情況，所以有其他原因讓速關閥油壓迅速下降關閉。而且機組在本次停機前一直正常運行無異常，2017 年11 月26 日至12 月05 日9#機安排臨停檢修，停機期間汽機檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)9#機A 小機速關閥蒸汽濾網損壞，因無濾網備件，故未安裝蒸汽濾網，直接恢復系統(tǒng)。機組啟動后首次帶高負荷就發(fā)生9#機A 小汽輪機跳閘事件，而且三次跳閘有一個共同現(xiàn)象就是在機組增加負荷期間且小機高調閥開度較大(閥位指示50%以上)，所以懷疑速關閥底盤與活塞分開導致速關油瞬間泄壓，導致9#機A 小機速關油壓降低跳閘。

2.3.1 速關閥開啟時受力分析計算

速關閥全開后閥桿在彈簧力作用下、速關油壓力作用下及閥碟前后蒸汽壓差作用下處于平衡狀態(tài):

式中F 為彈簧作用力，查圖知H1=167 時為10310N；

△P 為閥碟前后壓差;S1 為閥碟面積290mm2;S2 為活塞面積212 mm2;P 為速關油壓力0.86MPa。

得當速小氣輪機速關閥碟前后差壓超過△P=0.30MPa 時，速關油壓無法克服彈簧作用力，進而帶動活塞盤向關向移動，造成活塞盤與活塞之間密封面脫開，速關油迅速卸掉，造成速關油壓低而引起小汽輪機跳閘、速關閥關閉。

2.3.2 速關閥閥碟前后壓差形成分析

根據(jù)伯努力定理：

上式第一項稱為動壓，第二項稱為靜壓，第三項稱為總壓。顯然 ，流動中速度增大，壓強就減??；速度減小， 壓強就增大；速度降為零，壓強就達到最大(理論上應等于總壓)。

從3 次小汽輪機跳閘都是在高負荷期（均大于570MW），而且是高壓調門開度大于50%，懷疑由于濾網的取消，導致圖4 中的閥碟（此圖為閥門關閉位置，實際位置如圖4 紅橢圓圈處）直接受到高調閥高速氣流（圖4 紅色箭頭所示）的沖刷，閥碟右側流速小于右側到一定值時使得速關閥碟前后差壓超過△P=0.30MPa，閥碟就會克服油壓的約束向關閉方向運動，致使速關閥油缸內密封破壞漏油泄壓，當速關油壓力小于0.28Mpa 時，危急遮斷滑閥動作泄掉速關油，導致小汽輪機速關閥快速關閉。

2017 年12 月12 日回裝9#機A 小汽輪機蒸汽濾網，重新掛閘沖車，并將高調開度限制在20%以下，主機負荷在570MW以下工作正常，一個月后將高調指令全部放開至100%，機組負荷帶滿至660MW 再未發(fā)生跳閘事件。

結合此次停機檢修時汽機檢修人員取消蒸汽濾網，考慮在沒有蒸汽濾網的情況下高壓管道調節(jié)閥的開啟對速關閥主閥碟沖擊（如圖4 所示），使速關閥閥碟產生了較大的作用力，破壞了速關閥內部固有的平衡狀態(tài)，導致油缸內活塞盤與活塞密封破壞，瞬間泄壓導致速關閥關閉、小汽輪跳閘。

3 相關防范措施

（1）機組C 級以上檢修必須對小汽輪機進汽濾網進行檢查，如有破損應對損壞濾網進行更換。

（2）將原金屬打孔型進汽濾網改型更換為金屬纏繞型進汽濾網，在保證結構強度的同時，避免因金屬打孔型濾網損壞產生的金屬碎片，造成對小汽輪機的通流部件的沖擊損壞。

（3）加強小機靜態(tài)試驗的調整，保證小汽輪機各調閥調整線性良好，指令與輸出反饋一一對應，避免閥門突開突關等大幅波動情況的發(fā)生。

4 結語

由于9#機A 小汽輪機濾網拆除后，導致高負荷期間，高調閥開啟后進入閥門腔室的蒸汽直接沖擊閥碟導致閥碟前后壓差變大，當閥碟前后蒸汽流速增大到一定數(shù)值時，使速關閥閥碟產生了較大的作用力，破壞了速關閥內部固有的平衡狀態(tài)，使油缸內活塞盤與活塞密封破壞瞬間泄壓，導致速關油壓下降，速關閥關閉、小機跳閘。而濾網的作用除了隔離雜質進入小汽輪機內部外，還能將高調蒸汽與速關閥進行間接“隔離”，避免直接沖向閥碟，使蒸汽充滿整個閥殼腔室均勻進汽，保證進入閥殼腔室內的蒸汽均勻流動，避免因高調的打開而出現(xiàn)的蒸汽擾動。同時更換的改進型金屬纏繞濾網，除結構強度加強、不易發(fā)生損壞以外，還具損壞后降低對汽輪機通流部件的沖擊損壞。