汽輪機調節油系統潛在故障及原因分析

張 強，譚興春

（海南核電有限公司，海南海口 572732）

0 引言

汽輪機調節油系統是DEH 數字電液調節系統的重要組成部分，系統的動作直接與機組的穩定關聯。例如，汽輪發電機的轉速和負荷是通過改變調節汽閥的位置（開度）來控制的，而汽閥開度則靠汽輪機調節油來維持。因此，系統的安全、平穩和連續運行，是機組經濟安全的必要條件，起著至關重要的作用。

1 汽輪機調節油系統基本組成及功能

汽輪機調節油系統由執行機構、危急遮斷和供油系統等3個部分組成。汽輪機組正常運行過程中，汽機調節油系統應能連續地向各管路和汽閥提供正常壓力的EH 油。

2 EH 油系統主要運行參數

2.1 EH 油溫

系統運行時，EH 油溫正常值約50 ℃，以降低油的黏度，改善油的流動性能。當系統油溫升高至55 ℃時，投油冷卻器（冷卻水電磁閥開啟）和溫度開關（003ST）將發出油溫高報警，自動保護切電加熱器；當油溫升高至60 ℃時，溫度開關（004ST）將發出油溫高高報警。當油溫降至40 ℃時，溫度開關（002ST）將發出油溫低報警，同時切除油冷卻器（關閉冷卻水電磁閥），并停運循環再生泵；當油溫降至20 ℃時，溫度開關將發出油溫低低報警，閉鎖啟動EH 油泵。

系統運行時，油溫低于40 ℃，需手動投運電加熱器，高于50 ℃，需手動停運電加熱器。EH 油溫過高過低都會影響系統穩定運行，油溫過高導致油的品質下降，EH 油的黏度過低而影響閥門調節；油溫過低導致油的黏性增加，過濾器壓差將上升，EH油泵電機可能過載（柱塞式變量泵對油液的清潔度及黏度要求很高，必須確認油溫高于20 ℃，才允許啟動泵組）。

2.2 EH 主油箱液位

系統運行時，EH 主油箱液位正常值約為550 mm（500～650 mm）。670 mm 高油位報警，450 mm 低油位報警，270 mm低低油位報警送至主泵控制柜閉鎖啟泵。當油位高時，嚴重影響EH 油壓力瞬態響應能力，油質可能惡化。油位低時，泄漏嚴重不可控制時，可能導致主控被迫停運調節油泵，停運汽輪發電機組。

2.3 EH 油壓

系統運行時，供油壓力是通過供油泵的調壓裝置（GFR081/082VH）調整。油泵的出口母管壓力約14.8 MPa，額定壓力在15 MPa 左右。在壓力降低到11.2±0.05 MPa 時，壓力開關動作，觸發壓力低報警（GFR001SP 動作），備用供油泵自動啟動（GFR003SP 動作）。在備用泵頂替運行油泵過程中，系統油壓由高壓蓄能器補充調整。

3 EH 油系統可能會出現的故障、原因分析和應對措施

3.1 EH 油壓波動

在汽輪機正常狀態時，EH 油壓的波動可能會高于1 MPa。EH 油的備用泵為恒壓變量柱塞泵，該泵通過出口壓力的變化自動調整泵的輸出流量來調節壓力。若壓力波動范圍在1 MPa以上，則判斷該泵出現調節性故障。當油泵出口壓力（系統運行壓力）比額定壓力偏高時，可能導致系統承壓過大出現漏點。

3.1.1 原因分析

（1）濾網堵塞。系統運行過程中主泵流量約為10 L/min，若吸油濾網堵塞，使得油泵油量減少，使EH 油泵壓力變小。

（2）系統發生內漏。在供油管路內的高壓油流經各供油設備和裝置時，由于設備本身存在的缺陷造成系統內漏。供油管路的高壓油直接返回主油箱或回到無壓油管路，造成系統的壓力不穩定并下降。

（3）系統的高壓蓄能器內膽遭到破壞，致使高壓蓄能器起不到壓力補償作用。

3.1.2 應對措施

參考電站一些經驗，可采取以下措施，避免油壓波動或防止油壓波動進一步加劇。

（1）改變運行方式。通過外置濾油機來代替循環油泵，減小油壓波動。

（2）切換至備用的EH 主油泵。當發現油壓下降，同時主油泵電流也異常波動時，應先啟動備用泵來穩定油壓，再根據以下不同情況采取進一步措施：①當切至備用主油泵運行后，油壓恢復穩定且電流正常，則可以排除系統內漏，此時應采取如下措施，調整主油泵出口壓力調節閥壓力整定值，必要時更換出口壓力調節閥。通過調整EH 主油泵出口壓力調節閥整定值，使EH母管壓力恢復穩定；調整主油泵出口安全閥壓力整定值，必要時更換；主油泵出口壓力調節閥和安全閥調整或更換后，再啟動后仍然存在問題，此時基本可以判定泵本身有故障，應及時修復或更換。若油壓降低的同時主油泵電流也隨之減小，則過濾器堵塞的可能性最大，導致吸油量減少，主油泵電流減小，此時應及時濾油或更換過濾器。②當切至備用泵后，油壓仍然波動且主油泵電流增大、油溫升高，則最大可能是系統存在泄漏，應通過點溫儀測量高壓油設備回油管線（如安全閥的回油管、蓄能器的回油管、油動機的回油管等）的溫度，來查找具體是什么設備存在內漏。在不影響系統運行的前提下，及時停止或退出內漏設備運行，處理內漏設備；若油位也隨之下降，此時還應檢查蓄能器壓力，檢查蓄能器皮囊是否損壞，以及蓄能器充氮閥是否存在外漏，將損壞的蓄能器隔離并修復或更換。

3.2 EH 油箱油位快速下降

EH 油箱油位反映了油箱內儲油情況，重新開主油泵前，油箱油位應在500～650 mm。正常運行油位應為550 mm，低于450 mm 時，有報警信號輸出，當EH 油箱油位低于正常液位時，應及時補油。當液位低于270 mm 時，泵易將空氣吸入，EH 系統產生氣蝕，系統壓力不穩或建立不起壓力，故在此油位下系統不能工作，將停泵。停泵后，油壓低即跳機。參考電站，正常無漏油工況一個月內油位不會下降20 mm。

3.2.1 參考電廠（秦山二期）EH 油箱油位快速下降事例分析及應對措施

2013 年8 月17 日19：02，在中央控制室翻閱KIT 趨勢時發現EH 油箱液位快速下降，由47.8 cm 降至46.5 cm。主控立刻通知現場人員查找漏點，發現4GFR518VH 下游管道與過濾器連接處噴油（往外噴射拇指粗細油柱）。緊急聯系維修機械人員，溝通后，先往EH 油箱油位加至正常油位（由42.2 cm 漲至57.7 cm），同時現場又備用5 桶油，安排專人負責加油。EH 油箱加油后聯系化學取樣人員對油脂進行取樣，同時安排人員對EH 油箱進行濾油。21：01，4GRE010VV 油壓低自動關閉，維修人員拆除4GFR518VH 帶壓堵漏的卡具后，運行人員關閉4GFR518/524/530VH，將漏油點隔離。18 日凌晨，噴油點接頭處理完成，因檢修用膠需要24 h 凝固，19 日早班投運GRE010VV油回路，恢復4GFR518VH 夾具；4GRE010VV 附近保溫層浸入EH 油有少量冒煙，現場準備好相應滅火設備，運行二級干預隊員做好待命隨時啟動，并通知保衛消防人員。為防止火災已將保溫層拆除，使用大量吸油紙清理漏油。

3.2.2 EH 油箱油位下降原因

油系統外泄漏。高低壓蓄能器內膽損壞或蓄能器充氮閥存在外漏情況。

3.2.3 應對措施

（1）及時檢漏及補漏。從上述事例中可知，漏油導致的隱患，應對措施如得當及時，事故完全可以避免。例如，發現EH 油箱油位異常下降，首先應考慮查找漏點，同時對EH 油箱進行補油及濾油、取樣，使EH 油油位補至正常油位及油質合格。發現漏點后，快速將漏點隔離或帶壓堵漏，消除漏油，同時應對現場漏油區域做好滅火準備，并用吸油紙清理漏油，防止發生火災。

（2）更換蓄能器內膽或充氮氣。若發現EH 油箱油位異常下降后，發現系統管道接口并無漏點，此時應檢查高低壓蓄能器氮氣壓力，并更換故障蓄能器或充氮氣。

3.3 EH 油油質下降

EH 油是三芳基磷酸脂型抗燃油，油中的氯含量、水分、酸值和電阻率等參數超標，會腐蝕金屬器件，對油品造成不可修復性的破壞。

3.3.1 參考電廠（秦山二期）EH 油油質下降事例分析及應對措施

在302 大修工作中，發現EH 油箱底部有少許黑色附著物，檢查發現這些黑色附著物來自加熱器套管表面。針對以上現象，廠家建議將EH 油箱的2 組加熱器功率由2.4 kW/組降為1.2 kW/組。最終將EH 油箱的2 組加熱器功率由2.4 kW/組降為1.2 kW/組。新加裝的安裝接口與原加熱器相同，功率降低不會影響系統正常運行。昌江核電廠也可能存在這樣問題，需要隨時關注油質變化，及時響應。

3.3.2 EH 油油質下降原因分析

（1）抗燃油酸值增加。原因有：①運行油溫高，導致老化；②油系統存在局部過熱；③油中含水量大，使油水解。

（2）EH 油顆粒污染度高。原因有：①系統內部產生，例如，管道、油箱或汽閥氧化腐蝕后產生的顆粒物；②系統外部雜物進入，例如，檢修和注油過程中夾帶雜物侵入。3.3.1 中就是系統內部產生的顆粒污染（局部油溫過熱，導致EH 油碳化）。

（3）EH 油水分含量升高。原因有：①冷油器泄漏；②油箱呼吸器的干燥劑失效，空氣中水分進入。

3.3.3 應對措施

（1）增加油箱呼吸器的干燥劑巡檢頻率，及時發現其有效性喪失并更換，以免水分通過呼吸器進入油中。

（2）安裝必要的溫度報警裝置，實時監督油溫，及時發現EH 油油箱油溫過高。

（3）油溫如果降低時，需要盡量采用投入油循環回路的方法來提高油溫，防止系統局部過熱。并且要減少EH 油箱電加熱器投運次數。

（4）當化學定期取樣的結果超出期望值時，應及時投運循環再生裝置，如有必要可投運外置濾油機，以防止油質進一步劣化。

3.4 EH 油油溫升高或降低

在SRI 系統已經投入并正常工作的情況下，如果油溫一直保持在50 ℃之上，則認為該系統發熱量較大。

3.4.1 參考電廠經驗事例——油溫升高或降低

2012 年2 月12 日，運行人員發現GFR 油溫一直下降，聯系電氣人員和專工到現場檢查，經檢查發現4GFR001/002RS阻值無窮大。為避免油溫降低，運行人員將再循環泵和電加熱器保持停運，4SRI112VD 閥門關閉，并關閉4 號常規島0 m 層廠房的門窗，依靠回路自身循環保持油溫在39 ℃左右。2 月17日，加熱器備件到后，電氣人員更換了故障的002RS，001RS 由于被003FI 擋住，技改將GFR 再生裝置整體向左（面向油箱）移動約15 cm 后，更換了001RS。更換后的直阻、絕緣電阻和運行電流均滿足要求。

3.4.2 EH 油油溫升高原因及應對措施

（1）當EH 油熱交換器的冷卻水側閥門控制失靈，無法自動開啟，或者冷卻水異常（壓力、流量不足或溫度升高），冷卻效果差。

（2）系統運行的環境溫度高。若在夏季運行，勢必影響系統的自然散熱，EH 油溫自然有所升高。

（3）EH 油系統發生內漏。若供油管路內的高壓油流經各供油裝置和設備時，由于設備本身存在的缺陷造成系統內漏。供油管路的高壓油直接返回到油箱或是無壓油管路，高壓油的動能會轉化成熱量散失，造成EH 油溫度升高。油溫升高應對措施如下。

（1）首先應通過最直觀的現象，大致判斷因何導致溫升。①如果汽機調節油泵電機電流增大、回油溫度升高、壓力降低同時出現時，大致可以判定是系統存在內漏。此時應通過點溫儀測量高壓油設備回油管線（如安全閥的回油管、蓄能器的回油管、油動機的回油管等）的油管溫度，來查找內漏具體點。②環境溫度高時，若只有EH 油箱溫度高，此時應通過點溫儀直接測量EH 油箱溫度，與油箱溫度計顯示的溫度作對比，排除是否只是油箱溫度計異常導致，油溫實際未升高；檢查油冷卻器是否異常，并及時處理異常，必要時使用臨時冷卻風機降溫，保證油溫維持在允許范圍內。

（2）油溫的升高還會造成油質下降，需要加強對油質的監督，特別是酸值指標的監督。發現油有劣化跡象，及時投入再生裝置運行，保證油質合格并做好因油質劣化引起調節系統故障的事故預想。

3.4.3 EH 油油溫降低可能原因及應對措施

當外界環境溫度低時，同時EH 油電加熱器損壞或油冷卻器誤投，導致EH 油溫降低。

油溫降低應對措施：首先通過點溫儀測量出的油箱溫度與溫度計比較，排除油箱溫度計有無異常；檢查冷卻器是否誤投；若溫度計和冷卻器沒有異常且電加熱器投運，但EH 油溫仍然下降，則由電加熱故障導致的概率最大，此時應停運故障電加熱器，斷開其電源等待確認更換。同時應加強對油溫的監督，必要時開啟循環回油管線和油箱外表面裝設保溫層，若EH 油溫比冷卻器側的冷卻水溫度還低時，此時可以投入油冷卻器進行反向加熱EH 油。如上述油溫降低事例，EH 油油溫下降時，通過測量電加熱器阻值確定電加熱器是否損壞，并及時更換，維持EH油正常溫度。

4 汽輪機調節油系統運行建議

（1）對EH 油管道系統進行全面測溫普查，對局部過熱點進行改造。

（2）對于布置在高溫區域的EH 油系統部分管道，應加強通風散熱，防止局部過熱。

（3）在汽缸和油動機之間加裝冷卻設施，以免EH 油系統中由于熱輻射或熱對流，造成局部過熱現象。

（4）增加系統高壓蓄能器氮氣監測儀表，便于巡檢時監測壓力，幫助運行人員及時發現高壓蓄能器功能失效。

（5）盡量減少電熱器投運次數，天氣變冷時，可對EH 油箱加裝保溫層，減少熱量散失。

5 總結

EH 系統是汽輪機系統的最重要組成部分之一，對機組的穩定和安全運行起著決定性作用。在運行中應加強監控其運行狀態及參數變化，微小的變化也應及時查找原因，并采取應對措施。參考電廠機組汽輪機調節油系統發生的故障來看，通過分析其主油泵電流、EH 油位、EH 油油壓等重要參數，往往能夠幫助人們快速查找到汽輪機調節油系統存在的小缺陷隱患，并對采取何種應對措施提供參考依據，避免小缺陷演變成事故。