汽輪機排汽裝置低真空測點取樣可靠性研究

吳永波

（山西大唐國際臨汾熱電有限責任公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

山西大唐國際臨汾熱電有限責任公司2×300MW 單元機組，為亞臨界、一次中間再熱、燃煤、脫硫、空冷、抽汽凝汽式發電機組。三大主機分別由哈爾濱鍋爐有限責任公司、上海電氣集團股份有限公司和上海電機集團股份有限公司制造。DCS 系統為北京日立控制系統有限公司生產的HICAS-5000M 控制系統。機組單元控制部分共有機柜40 個、CPU 22 對，分別控制本臺機組的MCS、FSSS、SCS、DAS、ECS、ETS、DEH、MEH 等功能。ETS 即危急遮斷系統，接受DEH 系統、TSI 系統或其它系統來的停機信號，動作停機電磁閥AST1-AST4。ETS 系統也是日立控制系統有限公司的HICAS-5000M 控制系統，由一對冗余配置的控制器進行運算和控制。

1 汽輪機排汽裝置低真空測點取樣可靠性研究

1.1 排汽裝置真空度對汽輪機運行的影響

汽輪機排汽裝置真空度直接對機組的經濟、安全、可靠運行有著重大影響，汽輪機真空過低將帶來以下影響：

1）汽輪機內熱焓降減少，從而使出力降低，降低了汽輪機的效率，減少了經濟效益。

圖1 汽輪機低真空測點取樣管路坡度圖Fig.1 Slope map of the low vacuum point sampling line of the turbine

2）低壓缸內蒸汽密度增大，使尾部葉片過負荷，造成葉片斷裂。

3）增大級反動度，使軸向推力增大，推力軸承過負荷，嚴重時使推力軸承鎢金熔化。

4）排汽溫度升高，造成低壓缸熱膨脹變形，低壓缸軸承上抬，破壞機組的中心產生振動，還會造成軸承徑向間隙變化，產生摩擦而損壞設備。

因此，確保汽輪機低真空取樣可靠，機組汽輪機低真空保護、自動信號準確測量，對機組的經濟、安全、可靠運行至關重要。

1.2 汽輪機低真空測點取樣獨立性分析

該機組汽輪機低真空主保護信號取樣裝置、取樣管路敷設、檢測儀表、DCS 系統邏輯設計、安裝如下：

1）在排汽裝置頂部取出一根取樣管，引至汽輪機前箱低真空試驗塊處，由低真空試驗塊取出兩根儀表管，并分別接兩個真空開關（一通道接LV1、LV3；二通道接LV2、LV4）[1]。

2）真空壓力開關設計為接常開點，邏輯信號取反。正常運行時，真空值低于-31KPa，邏輯中低真空保護信號為0，當真空高于-31KPa 時，真空開關由常閉變為常開，邏輯中低真空保護信號變為1。經ETS 四取二判斷后（LV1或LV3 動作與上LV2 或LV4 動作），觸發汽輪機低真空保護動作，遮斷汽輪機[2]。

該方案在運行中雖未發現異常，但由于從排汽裝置到低真空試驗塊之間的取樣管為單一取樣管，屬于單點保護[3]。另據現場觀察，從設計上來說該取樣管的坡度也不符合真空管道施工設計要求，極易出現水塞現象，如果出現水塞現象，當實際運行中真空降低時，真空開關可能延遲動作或拒動，導致機組產生嚴重損壞。故現有低真空保護設計存在較大的保護誤動或拒動的可能性。

1.3 取樣管路敷設及安裝分析

查閱機組運行維護數據及機組檢修記錄，存有汽輪機低真空壓力顯示測量失準、汽輪機低真空相關保護誤動、低真空保護信號拒動。典型事件如下：

圖2 汽輪機低壓缸內低真空測點取樣裝置斷裂圖Fig.2 Fracture of low vacuum point sampling device in the low-pressure cylinder of a turbine turbine

1）機組頻繁發生汽輪機低壓缸左右側真空壓力顯示異常，將取樣管路對空排放后，顯示恢復正常。綜合判斷原因為，汽輪機低真空管路較長，管路敷設坡度較小，管路積水導致汽輪機低真空測量失準，如圖1 所示。

2）機組投產初期發生過兩次機組背壓RB 保護誤動異常事件，異常事件為取樣管路坡度設計不足，導致取樣口引出管路部位積灰，機組排汽背壓測量信號突變，觸發機組背壓過速率保護。

3）梳理機組歷次停機記錄，分析機組汽輪機、小汽輪機停機過程真空保護開關動作曲線，發現機組汽輪機、小汽輪機停機過程真空保護開關動作異常，開關定值正確，綜合分析為管路坡度設計不足，導致汽輪機、小汽輪機低真空保護、監視信號測量失準，造成汽輪機、小汽輪機停機過程真空保護開關動作異常。

1.4 取樣裝置可靠性分析

查閱機組歷次檢修記錄，多次發現機組低真空取樣裝置在低壓缸內斷裂，如圖2 所示。

針對汽輪機低真空取樣裝置損壞事件，分析原因如下：

1）汽輪機低壓缸內汽輪機低真空取樣裝置未設計支撐，導致機組正常運行及啟停時，低真空主保護測點取樣裝置晃動較大，取樣裝置焊口最終斷裂，導致測點測量失真。

2）低真空保護取樣裝置取樣管徑小、壁厚薄，導致取樣裝置斷裂。

2 汽輪機排汽裝置低真空測點取樣可靠性改進

2.1 取樣管路獨立性改進

依據《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中9.4.3 要求，“所有重要的主、輔機保護都應采用“三取二”的邏輯判斷方式，保護信號應遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統原因測點數量不夠，應有防保護誤動措施”[4]。需重新在汽輪機低壓缸開孔，實現汽輪機低真空主保護信號獨立性取樣，取消低真空試驗模塊或在汽輪機低真空取樣管路獨立取樣后的低真空管路上設置獨立的低真空試驗模塊，確保汽輪機低真空主保護信號取樣可靠。

圖3 改進后的汽輪機低真空取樣裝置Fig.3 Improved steam turbine low vacuum sampling device

2.2 取樣管路敷設改進

針對汽輪機低真空取樣管及管路敷設、安裝不可靠，導致機組發生的典型事件，制定如下優化建議：

1）汽輪機低真空作為機組重要的壓力保護、自動信號，取樣管路直徑應大于20mm，以防止取樣管管徑小導致水、雜質積存，影響機組汽輪機低真空保護、自動信號測量。

2）汽輪機低真空管路敷設路線應盡可能短，大于3m小于50m，防止取樣管路敷設太長導致管路變形、壓力信號傳輸受損，影響機組汽輪機低真空保護、自動信號測量。

3）汽輪機低真空管路敷設時，坡度應一直保持傾斜向上，與低壓缸夾角小于90°（建議夾角為45°～80°），壓力開關置于取樣點的上方，距離不宜遠離汽輪機[5]。

經改進，汽輪機低真空取樣管路敷設路線、坡度、管徑設計、安裝符合現行相關標準及技術規范，滿足機組實際運行環境需求。

2.3 測點取樣裝置改進

針對汽輪機低真空主保護取樣裝置無支撐，取樣管徑小、壁厚薄等缺陷，設計一種汽輪機低真空取樣裝置，使該汽輪機低真空取樣裝置滿足以下要求：

1）加強汽輪機低真空主保護取樣裝置支撐設計，確保機組正常運行時，汽輪機低壓缸內汽輪機低真空主保護取樣裝置不發生大幅度晃動。

2）加大汽輪機低真空主保護取樣裝置取樣管經、壁厚，管經設計30mm ～50mm、壁厚4mm ～5mm，長度600mm，采用四基座焊接，如圖3 所示。

3 改造后的效果

利用機組停備及檢修機會，先后完成“汽輪機低真空取樣管路獨立性改造”“ 取樣管路敷設路線、坡度、管徑重新設計、安裝”“汽輪機低真空取樣裝置優化”技術改造，綜合改進完成后，有效提升了機組汽輪機排汽裝置真空測點取樣的可靠性，運行3 年來，汽輪機低真空保護、自動信號測量準確，再無汽輪機低真空相關異常事件發生。

4 結束語

機組運行參數測量準確，對機組安全、經濟運行十分重要，作為火電廠熱控專業從業人員，應綜合分析熱工信號取樣裝置、傳輸管線及路線、檢測儀表、二次儀表及DCS 系統邏輯設計、安裝合理性，并進一步結合機組運行維護數據、檢修記錄，充分分析熱工信號攝取、應用可靠性，針對存在嚴重影響熱工信號攝取、應用可靠性的安全隱患，積極推進、完成熱工信號攝取、應用可靠性提升優化，確保機組安全、經濟運行[3]。