9FA燃氣－蒸汽聯合循環機組跳閘事故的分析與處理

陳元鎖，盧 騷，王建偉

（神華浙江國華余姚燃氣發電有限責任公司，浙江 寧波 315400）

9FA燃氣－蒸汽聯合循環機組為多軸機組，燃氣輪機和蒸汽輪機分軸布置，帶動各自的發電機發電，與國內大多數的9FA單軸機組（燃氣輪機、蒸汽輪機、發電機為同軸布置）相比，其在熱力系統和汽輪機控制方面較為復雜。在一次停機過程中發生了機組跳閘事故，有必要對其進行分析并提出防范措施。

1 機組熱力系統簡介

神華浙江國華余姚燃氣發電有限責任公司采用美國GE公司生產的多軸S209FA燃氣－蒸汽聯合循環機組，“二拖一”模式，其中單臺燃氣輪機額定出力250 MW，汽輪機額定出力280 MW，機組總出力780 MW。

燃氣輪機和汽輪機為分軸布置，各帶發電機發電，2臺燃氣輪機做功后的高溫煙氣進入各自的余熱鍋爐，2臺余熱鍋爐產生的蒸汽合并后送入汽輪機做功，汽輪機為美國GE公司生產的D11型雙缸、一次中間再熱、帶中壓補汽和低壓補汽的凝汽式機組，采用中壓缸啟動模式。D11型汽輪機為高中壓合缸反向布置，低壓缸對稱型式布置，高壓缸進汽由2個高壓缸聯合汽閥（控制閥和截止閥裝在同一閥體內）控制，中壓缸進汽由2個再熱聯合汽閥控制，低壓補汽經1個低壓截止閥和1個低壓調節閥進入中壓缸排汽，中壓缸排汽經導汽管進入低壓缸做功，最終排至凝汽器。

余熱鍋爐為美國DELTAK公司生產的臥式三壓再熱自然循環鍋爐，鍋爐內布置有高壓、中壓、低壓3個獨立的汽水系統及1個再熱器。中壓系統產生的蒸汽從再熱器入口注入，低壓系統產生的蒸汽從中壓缸的排汽室注入，“二拖一”機組熱力系統見圖1。

2 機組的一鍵式幷汽和解爐控制

機組“一拖一”啟動完成后，啟動第2臺燃氣輪機，當其對應的余熱鍋爐產生的主、再熱蒸汽溫度和壓力符合條件時，將其并入汽輪機做功，即機組并汽；同樣，當需要停運1臺燃氣輪機時，則將其對應余熱鍋爐的主、再熱蒸汽撤出后停機，保持另一臺燃氣輪機“一拖一”運行，即機組解爐。

一鍵式自動幷汽的控制策略為：

（1）將待并汽余熱鍋爐的高壓主蒸汽電動閥、高溫再熱蒸汽電動閥、低溫再熱蒸汽電動閥、低溫再熱蒸汽電動調節閥置自動狀態。

（2）將2臺余熱鍋爐的高壓旁路調節閥、高壓旁路減溫水調節閥、再熱旁路調節閥、再熱旁路減溫水調節閥置自動狀態。

（3）調節2臺余熱鍋爐的主、再熱蒸汽溫度差在15℃以下，壓力比較接近后，點擊按鈕啟動自動幷汽程序。

（4）待并汽余熱鍋爐再熱蒸汽旁路自動調節高溫再熱蒸汽壓力，當2臺余熱鍋爐再熱蒸汽電動閥前壓力差小于0.2 MPa時，自動開啟待并汽余熱鍋爐再熱蒸汽電動閥，并上高溫再熱蒸汽。

（5）待并汽余熱鍋爐再熱蒸汽電動閥全開后，對應高壓旁路自動調節高壓主蒸汽壓力，當2臺余熱鍋爐高壓電動主汽閥前壓力差小于0.5 MPa以下時，自動開啟待并汽余熱鍋爐低溫再熱蒸汽電動閥和高壓電動主汽閥，低溫再熱蒸汽調節閥則根據并入的高壓主蒸汽流量進行分配調節；隨后，主、再熱蒸汽旁路調節閥自動調節并逐漸關閉，并汽程序結束。

一鍵式自動解爐與并汽過程正好相反：首先是待停余熱鍋爐主、再熱蒸汽旁路調節閥逐漸開啟，當其高壓主蒸汽流量或低溫再熱蒸汽流量（二者取小值）降至40 t/h以下時，觸發高溫再熱蒸汽電動閥關閉，待其關到位后，再先后觸發關閉低溫再熱蒸汽電動閥和高壓主蒸汽電動閥，解爐過程結束。

3 事故過程

某日，2號機“一拖一”正常運行，1號機檢修后啟動，于13：56完成幷汽操作后“二拖一”運行正常。14：50由于天然氣量原因，2號機開始正常減負荷停機；15：03 2號機負荷降至50 MW后開始一鍵式自動解爐，主、再熱蒸汽旁路逐漸開啟；15：05 2號爐低溫再熱蒸汽流量116 t/h，高壓旁路開度18.9%，再熱旁路開度11.5%，正常情況下，2號爐低溫再熱蒸汽流量將于8 min后降至40 t/h，觸發2號爐高溫再熱蒸汽電動閥、低溫再熱蒸汽電動閥、高壓主蒸汽電動閥的關閉信號；15：05 1號機跳閘，超馳關閉1號爐高溫再熱蒸汽電動閥、低溫再熱蒸汽電動閥、高壓主蒸汽電動閥，1號爐的主、再熱蒸汽旁路自動開啟；立即終止2號爐的解爐操作，手動關閉2號爐主、再熱蒸汽旁路，將2號爐的主、再蒸汽全部供入汽輪機，維持汽輪機的正常運行（期間汽輪機負荷從184 MW降至19 MW，并有隨時逆流切缸和逆功率解列的可能），隨后重新將2號機“一拖一”升至滿負荷運行。

圖1 “二拖一”機組熱力系統

4 事故分析

分散控制系統（DCS）熱工邏輯組態為：當2臺余熱鍋爐的高壓主蒸汽電動閥或高溫再熱蒸汽電動閥均關閉時，汽輪機跳閘。因此，從15：05 1號機跳閘超馳關閉1號爐高壓主蒸汽電動閥、高溫再熱蒸汽電動閥開始，到2號爐低溫再熱蒸汽流量降至40 t/h，中間有8 min左右的時間可以進行事故處理，以使2號余熱鍋爐蒸汽重新并回，接替1號余熱鍋爐即將被切斷的蒸汽。這種在進行2臺余熱鍋爐之間主、再熱蒸汽的切換更替，以維持汽輪機正常運行而不解列停機的解爐過程中，突發運行機組跳閘，在聯合循環機組事故中屬于比較特殊、處理難度比較大的事故類型，這類事故同樣也有可能發生在“二拖一”機組幷汽過程中。

汽輪機出力從15：05 1號燃氣輪機跳閘時的184 MW到15：10已降至19 MW，過程分析如下：運行人員發現1號燃氣輪機跳閘后立即終止2號余熱鍋爐的一鍵式自動解爐程序，并將主、再熱蒸汽旁路切手動后迅速全關。1號燃氣輪機跳閘后，將超馳關閉1號余熱鍋爐高壓主蒸汽電動閥和高溫再熱蒸汽電動閥，1號余熱鍋爐主、再熱蒸汽被隔斷，汽輪機維持運行所需的蒸汽全部轉由2號余熱鍋爐提供。如果此時主蒸汽旁路不立即關閉，會導致主蒸汽壓力偏低，而此時汽輪機尚在主蒸汽入口壓力控制模式，汽輪機高壓缸調門開度自動關小，進入汽輪機高壓缸做功的蒸汽流量減少；另一方面，再熱蒸汽旁路切手動后全關則會導致再熱蒸汽壓力偏高，使中壓缸調門開度指令基準變小，導致中壓缸調門開度過小，有可能會導致汽輪機逆流或逆功率解列。實際上在汽輪機出力降至19 MW時，此時的汽輪機高、中壓缸的開度指令基準分別為14%和28%，4個調門對應實際開度均在5.6%。

D11型汽輪機高壓缸由順流回切至逆流需具備2個條件：一是汽輪機中壓缸調門開度指令基準小于30%，二是發電機定子電流和額定電流的比值小于0.2。當2個條件同時具備時，汽輪機將切至逆流狀態。而當時汽輪機沒有回切，是由于發電機定子電流沒有降到足夠低。

5 應對措施

這種在解爐過程中突發機組跳閘的高風險事故處理，在待停余熱鍋爐的主、再熱蒸汽電動門沒有觸發關閉指令前，可以采取以下防范措施：

（1）立即終止自動解爐程序。

（2）立即關閉待停余熱鍋爐的高壓旁路，再熱蒸汽旁路則根據汽輪機的中壓缸調門開度指令基準情況逐步關閉，也可置自動設定狀態。

（3）設低主蒸汽入口壓力控制值，以盡量維持汽輪機順流穩定。

（4）如有必要，可以將待停余熱鍋爐的再熱旁路撤出自動，并協助調節汽輪機的再熱蒸汽壓力。

（5）注意待停余熱鍋爐的主蒸汽旁路開度，在主汽壓力可控前提下，控制其在較小開度，目的是為了防止其開度過大，導致待停余熱鍋爐的再熱蒸汽壓力升高。如果此時高溫再熱蒸汽電動門沒有完全關閉，則會通過高溫再熱蒸汽電動閥和低溫再熱蒸汽電動閥影響到汽輪機的順流穩定。

[1]王建偉，陳元鎖.S209FA聯合循環機組汽輪機控制[J].浙江電力，2008，27（4）：50－52.