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(chǎn)機組型號為CLNZK660-24.2/566/566 型汽輪機，設(shè)計配套2 臺杭汽生產(chǎn)的NK63/71/0 型汽輪機，驅(qū)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(jīng)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(diào)門全開100%，高壓調(diào)門開度52%，速關(guān)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(guān)油壓低跳閘。18 時03 分經(jīng)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(guān)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(guān)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(diào)節(jié)閥開度100%，高壓調(diào)節(jié)閥開度53%，速關(guān)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(diào)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(guān)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(diào)節(jié)閥加指令至滿開，再將高壓調(diào)節(jié)閥指令從20%到55%、55%到100%大幅度開關(guān)，做高調(diào)閥門大幅活動試驗，檢驗高調(diào)閥大幅開關(guān)對速關(guān)油壓的影響無異常。所有檢查及試驗結(jié)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(diào)節(jié)閥開度100%，高壓調(diào)節(jié)閥開度51%。跳閘后全面分析事件原因，經(jīng)全面檢查和分析后，按相關(guān)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(wǎng)，重新掛閘沖車，并將高調(diào)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(diào)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(guān)油壓低，分析小機調(diào)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(guān)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(guān)油，使速關(guān)閥關(guān)閉、汽輪機停機。經(jīng)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(guān)油壓瞬間失壓，導致速關(guān)閥關(guān)閉的只有危急掛閘組件、速關(guān)組件、速關(guān)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(jīng)節(jié)流孔板（13）進入油門速關(guān)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(guān)油，經(jīng)接口E 送至速關(guān)油路。如遇以下情況，會泄放速關(guān)油：

2.1 危急遮斷器動作

當轉(zhuǎn)速超過危急遮斷器跳閘轉(zhuǎn)速設(shè)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(guān)油泄放至軸承箱內(nèi)。

2.2 手動停機

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

2.3 速關(guān)油失壓

當速關(guān)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(guān)油。

經(jīng)2017 年12 月7 日揭前箱人孔檢查飛錘調(diào)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(zhuǎn)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(guān)組件電磁閥、插裝閥故障或內(nèi)漏的原因也可以排除。

圖2

速關(guān)閥啟動時，啟動油F 接至活塞（13）右側(cè)，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(guān)油E 進入活塞盤左側(cè)，隨著活塞盤后速關(guān)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(cè)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(guān)閥也一同開啟。

速關(guān)閥的關(guān)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(guān)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(cè)的速關(guān)油從T1 排出，活塞盤帶動閥桿、閥碟快速推至關(guān)閉位置。

經(jīng)分析保安系統(tǒng)無異常動作情況，所以有其他原因讓速關(guān)閥油壓迅速下降關(guān)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(guān)閥蒸汽濾網(wǎng)損壞，因無濾網(wǎng)備件，故未安裝蒸汽濾網(wǎng)，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(diào)閥開度較大(閥位指示50%以上)，所以懷疑速關(guān)閥底盤與活塞分開導致速關(guān)油瞬間泄壓，導致9#機A 小機速關(guān)油壓降低跳閘。

2.3.1 速關(guān)閥開啟時受力分析計算

速關(guān)閥全開后閥桿在彈簧力作用下、速關(guān)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(guān)油壓力0.86MPa。

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

2.3.2 速關(guān)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，壓強就減小；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(yīng)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(diào)門開度大于50%，懷疑由于濾網(wǎng)的取消，導致圖4 中的閥碟（此圖為閥門關(guān)閉位置，實際位置如圖4 紅橢圓圈處）直接受到高調(diào)閥高速氣流（圖4 紅色箭頭所示）的沖刷，閥碟右側(cè)流速小于右側(cè)到一定值時使得速關(guān)閥碟前后差壓超過△P=0.30MPa，閥碟就會克服油壓的約束向關(guān)閉方向運動，致使速關(guān)閥油缸內(nèi)密封破壞漏油泄壓，當速關(guān)油壓力小于0.28Mpa 時，危急遮斷滑閥動作泄掉速關(guān)油，導致小汽輪機速關(guān)閥快速關(guān)閉。

2017 年12 月12 日回裝9#機A 小汽輪機蒸汽濾網(wǎng)，重新掛閘沖車，并將高調(diào)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(diào)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(jié)合此次停機檢修時汽機檢修人員取消蒸汽濾網(wǎng)，考慮在沒有蒸汽濾網(wǎng)的情況下高壓管道調(diào)節(jié)閥的開啟對速關(guān)閥主閥碟沖擊（如圖4 所示），使速關(guān)閥閥碟產(chǎn)生了較大的作用力，破壞了速關(guān)閥內(nèi)部固有的平衡狀態(tài)，導致油缸內(nèi)活塞盤與活塞密封破壞，瞬間泄壓導致速關(guān)閥關(guān)閉、小汽輪跳閘。

3 相關(guān)防范措施

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

（2）將原金屬打孔型進汽濾網(wǎng)改型更換為金屬纏繞型進汽濾網(wǎng)，在保證結(jié)構(gòu)強度的同時，避免因金屬打孔型濾網(wǎng)損壞產(chǎn)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(diào)整，保證小汽輪機各調(diào)閥調(diào)整線性良好，指令與輸出反饋一一對應(yīng)，避免閥門突開突關(guān)等大幅波動情況的發(fā)生。

4 結(jié)語

由于9#機A 小汽輪機濾網(wǎng)拆除后，導致高負荷期間，高調(diào)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(guān)閥閥碟產(chǎn)生了較大的作用力，破壞了速關(guān)閥內(nèi)部固有的平衡狀態(tài)，使油缸內(nèi)活塞盤與活塞密封破壞瞬間泄壓，導致速關(guān)油壓下降，速關(guān)閥關(guān)閉、小機跳閘。而濾網(wǎng)的作用除了隔離雜質(zhì)進入小汽輪機內(nèi)部外，還能將高調(diào)蒸汽與速關(guān)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(nèi)的蒸汽均勻流動，避免因高調(diào)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(wǎng)，除結(jié)構(gòu)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。