一起因給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速異常導(dǎo)致的非計劃停運(yùn)事故分析

曲曉荷

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東電力試驗研究院，安徽 合肥 230000)

0 引言

給水泵汽輪機(jī)(以下簡稱小機(jī))的安全穩(wěn)定運(yùn)行對于機(jī)組具有重要的意義。因小機(jī)異常引起機(jī)組非計劃停運(yùn)(以下簡稱非停)的事故時有發(fā)生。文獻(xiàn)[1]中描述了因小機(jī)轉(zhuǎn)速指令大幅變化導(dǎo)致油動機(jī)大量進(jìn)油從而導(dǎo)致機(jī)組跳閘案例，文獻(xiàn)[2]中描述了因小機(jī)轉(zhuǎn)速測量故障引起的機(jī)組保護(hù)誤動案例，文獻(xiàn)[3]中描述了因小機(jī)供汽汽源切換引起的小機(jī)轉(zhuǎn)速異常情況，文獻(xiàn)[4]中描述了因小機(jī)速關(guān)閥故障開啟引起的機(jī)組啟動異常，文獻(xiàn)[5]中描述了因小機(jī)油系統(tǒng)油壓建立慢卻降低快而引起的機(jī)組跳閘案例。小機(jī)的控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速測量裝置、汽源、油系統(tǒng)等故障均可能造成小機(jī)工作異常，從而導(dǎo)致機(jī)組啟動失敗或跳閘。本文對一起因給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速異常導(dǎo)致的非停事故進(jìn)行了詳細(xì)地分析，并給出了相關(guān)防范措施。

1 案例介紹

某電廠采用660 MW超超臨界參數(shù)燃煤凝汽式發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠有限公司制造的超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)，型號為N660-25/600/600型；鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司制造的超超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行直流鍋爐，鍋爐型號為HG-2030-600/600型；分散控制系統(tǒng)采用上海?？怂共_有限公司生產(chǎn)的I/A控制系統(tǒng)。

1.1 非停前機(jī)組運(yùn)行情況

2017年11月28日非停發(fā)生前,該機(jī)組負(fù)荷591 MW，處于協(xié)調(diào)方式，AGC投入、RB功能投入。風(fēng)煙系統(tǒng)A/B送風(fēng)機(jī)、A/B引風(fēng)機(jī)和A/B一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行，制粉系統(tǒng)A、B、C、D、E五臺磨煤機(jī)運(yùn)行，給水系統(tǒng)A/B汽泵運(yùn)行。各項主參數(shù)為:總煤量220 t/h，總風(fēng)量1664 t/h，給水流量1875 t/h，分離器出口溫度408 ℃。

1.2 非停過程介紹

2017年11月28日19時14分39秒，機(jī)組A一次風(fēng)機(jī)停止信號發(fā)出，DCS隨即觸發(fā)“一次風(fēng)機(jī)RB”。非停前后一次風(fēng)及制粉系統(tǒng)主要參數(shù)趨勢如圖1所示。

圖1 非停前后一次風(fēng)及制粉系統(tǒng)主要參數(shù)趨勢

RB觸發(fā)后，DCS執(zhí)行RB控制指令，協(xié)調(diào)控制切除，A、B磨煤機(jī)分別于19:14:44和19:14:55聯(lián)鎖跳閘(保留C、D、E磨)，給水流量、總風(fēng)量隨鍋爐主控快速下降。

19:17:21，機(jī)組參數(shù)基本穩(wěn)定，負(fù)荷310 MW，主汽壓力22.48 MPa,主汽溫度574 ℃，再熱汽溫566 ℃，分離器出口溫度407 ℃，煤量106 t/h，給水流量800 t/h，總風(fēng)量1631 t/h。RB功能正常。

機(jī)組參數(shù)穩(wěn)定后，MEH主要參數(shù)趨勢如圖2所示，B小機(jī)轉(zhuǎn)速突然由4600 r/min發(fā)生小幅下降，幅度約300 r/min，后經(jīng)MEH調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)速恢復(fù)。隨后B小機(jī)轉(zhuǎn)速再次急劇下降，由4529 r/min降至2855 r/min。19:17:46，B小機(jī)轉(zhuǎn)速下降速率減緩，但此時A小機(jī)轉(zhuǎn)速也開始發(fā)生同步下降。兩臺小機(jī)轉(zhuǎn)速下降過程中，低壓調(diào)門和高壓調(diào)門快速開至全開位，但仍無法抑制轉(zhuǎn)速的下降，鍋爐給水流量同時下降，運(yùn)行人員雖切至手動控制并停運(yùn)C磨，仍無法維持機(jī)組穩(wěn)定。

圖2 非停前后MEH主要參數(shù)趨勢

19:17:58，MFT“給水流量低”信號觸發(fā)，經(jīng)過DCS設(shè)置的30 s延時，鍋爐MFT觸發(fā)，汽輪機(jī)跳閘，機(jī)組解列。

2 非停原因分析

2.1 直接原因分析

在RB動作后機(jī)組參數(shù)基本穩(wěn)定的狀態(tài)下，給水泵系統(tǒng)主要參數(shù)趨勢如圖3的(a)圖所示，兩臺給水泵的轉(zhuǎn)速相繼快速下降且全開高、低調(diào)門后仍無法維持，直接導(dǎo)致鍋爐給水流量下降至MFT動作值。

經(jīng)查，在RB動作后負(fù)荷降至310 MW的過程中，四段抽汽系統(tǒng)主要參數(shù)趨勢如圖3的(b)圖所示，四段抽汽溫度基本維持在376 ℃，四段抽汽流量由35 t/h逐步降至10 t/h。四段抽汽流量穩(wěn)定在10 t/h約10 s后快速降低至0 t/h，再10 s后四段抽汽溫度也發(fā)生急劇下降，至MFT觸發(fā)時降至209 ℃左右，蒸汽已接近或進(jìn)入濕蒸汽狀態(tài)，致小機(jī)出力嚴(yán)重降低，這是本次非停事件的直接原因。

圖3 非停前后給水泵系統(tǒng)及四級抽汽系統(tǒng)主要參數(shù)趨勢

小機(jī)進(jìn)汽溫度降低的原因分析如下：

1)四段抽汽至除氧器進(jìn)口逆止門未關(guān)嚴(yán)。機(jī)組負(fù)荷快降過程中四段抽汽壓力曾降至低于除氧器壓力，除氧器進(jìn)口逆止門未關(guān)嚴(yán)將造成除氧器內(nèi)低溫飽和蒸汽進(jìn)入小機(jī)。

2)備用汽源管道積水。小機(jī)進(jìn)汽溫度下降過程中曾發(fā)生輔汽聯(lián)箱壓力高于四段抽汽壓力，小機(jī)汽源切換至輔汽，由于輔汽至小機(jī)進(jìn)汽管道疏水閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，管道可能存在積水，小機(jī)汽源切換后，小機(jī)進(jìn)汽被積水冷卻，導(dǎo)致小機(jī)進(jìn)汽溫度進(jìn)一步降低。

2.2 根本原因分析

本次事件中雖然機(jī)組RB動作成功，但事件發(fā)生后檢查發(fā)現(xiàn)在RB發(fā)生前后A一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，并未發(fā)生跳閘。經(jīng)查，非停發(fā)生前電廠運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)A空預(yù)器輔電機(jī)振動有增大趨勢，計劃于11月28日夜間對A空預(yù)器輔電機(jī)進(jìn)行更換，并編制了處理方案。19點(diǎn)，運(yùn)行人員通知熱控人員執(zhí)行A側(cè)空預(yù)器出口擋板門等相關(guān)設(shè)備的熱工信號強(qiáng)制措施。其中，要求將空預(yù)器一次風(fēng)管道出口擋板“允許關(guān)”條件強(qiáng)制為1。

機(jī)組DCS邏輯中，A空預(yù)器一次風(fēng)出口擋板的“允許關(guān)”條件直接引用“A一次風(fēng)機(jī)停運(yùn)”信號，即A一次風(fēng)機(jī)停運(yùn)后允許關(guān)閉空預(yù)器一次風(fēng)出口擋板。電廠熱工人員在執(zhí)行該項操作時，對“允許關(guān)”條件引用的信號及與其相關(guān)的其他聯(lián)鎖關(guān)系未檢查到位，簡單執(zhí)行運(yùn)行要求，直接將“A一次風(fēng)機(jī)停運(yùn)”信號強(qiáng)制為1，造成RB觸發(fā)等后續(xù)聯(lián)鎖動作。

因此，熱工人員在執(zhí)行信號強(qiáng)制時檢查和監(jiān)護(hù)不到位，造成“A一次風(fēng)機(jī)停運(yùn)”信號錯誤觸發(fā)，是本次事件的根本原因。

3 防范措施

通過上述分析，可以看出造成此次非停的直接原因是設(shè)備問題，但根本上分析是由人為因素造成的，建議從人員管理和設(shè)備維護(hù)的角度加強(qiáng)防范，具體建議從以下四方面入手：

1)加強(qiáng)對發(fā)電部運(yùn)行人員的技術(shù)培訓(xùn)，特別是針對主重要設(shè)備的熱工保護(hù)、聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行培訓(xùn)，提高運(yùn)行人員運(yùn)行操作的水平和能力、加強(qiáng)熱工強(qiáng)制監(jiān)護(hù)制度的執(zhí)行。

2)建議將RB等重要保護(hù)、聯(lián)鎖引用的電機(jī)反饋信號由運(yùn)行或者停止的單點(diǎn)信號改為“電機(jī)運(yùn)行、停止、電流小于定值”三取二判斷，提高熱工保護(hù)、聯(lián)鎖功能的可靠性。

3)建議檢修四段抽汽至除氧器進(jìn)口逆止門。

4)建議增加輔汽至小機(jī)進(jìn)汽管道上溫度和壓力測點(diǎn)，定期打開輔汽至小機(jī)進(jìn)汽管道疏水閥，保證備用汽源投入可靠。

4 結(jié)論

本次故障的直接原因是四段抽汽溫度急劇下降導(dǎo)致蒸汽接近或進(jìn)入濕蒸汽狀態(tài)，致小機(jī)轉(zhuǎn)速快速下降，小機(jī)出力嚴(yán)重降低，從而導(dǎo)致的機(jī)組非停，但深究其根本原因是人為錯誤強(qiáng)制熱工信號而導(dǎo)致的機(jī)組非停，其中暴露的機(jī)組設(shè)備和人員管理問題值得同類電廠借鑒。