330 MW汽輪機盤車難投入問題的改進

李沖國，陳其忠，劉云雨

(茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名525011)

0 引 言

某廠300 MW汽輪機為亞臨界一次中間再熱、單軸雙缸雙排汽、凝汽式，2007年5月投產，2014年經通流改造擴容為330 MW后，8月重新投入商業運行。汽輪機設4個支持軸承，1號、2號軸承為可傾瓦軸承，3號、4號軸承為橢圓軸承，推力軸承為活支可傾瓦塊型(即密切爾型)，位于高中壓轉子后端，成為軸系相對死點。發電機設2個支持軸承，5號、6號軸承為橢圓軸承，如圖1所示。

圖1 機組軸承及盤車分布圖

盤車裝置裝在4號、5號軸承之間靠近汽輪機側，配額定電壓為380 V、功率為22 kW、額定電流為47.4 A的三角形接線的盤車馬達，盤車轉速設計值為4.10 r/min。降壓軟起動控制器為ABB PSS44/76型。

該機組自通流改造重新投入商業運行后，盤車一直投運正常，因電網深度調峰需要，機組啟停頻繁[1-2]。2018年4月后，機組在停機后轉子惰走到零轉速，卻難以正常投入盤車，嚴重影響了機組的安全性。

1 盤車難投入現象

在2018年4月后該機組的7次停機過程中，有6次盤車未能正常投入，但機組缸溫下降到150 ℃以下時，盤車可正常投入。

熱態投入盤車過程中，啟動盤車電機時，啟動電流峰值最高達到200 A，電氣人員就地測量與表計顯示一致，啟動電流持續時間達到了13 s。盤車熱態投入時,機組相關參數[3]如表1所示。

表1 機組相關參數

結合表1與現場操作情況，總結該機組停機時投入盤車情況如下：

1)兩年來12次停機軸封溫度最高225 ℃，最低103 ℃。

2)汽缸內缸內壁上缸溫最高445 ℃，最低302 ℃；汽缸內缸內壁下缸溫最高426 ℃，最低308 ℃；汽缸內缸外壁上缸溫最高445 ℃，最低301 ℃；汽缸內缸外壁下缸溫最高450 ℃，最低308 ℃。

3)高壓脹差最大2.6 mm，最小-0.5 mm；低壓脹差最大7.6 mm，最小4.8 mm。

4)在2017年，4次投入盤車都一次性成功，未出現問題；2018年8次投入盤車中只有1次是一次性投入成功，其他7次均需要手動盤車方能投入成功。

5)頂軸油A泵從2017年7月4日運行電流94 A、母管壓力18.7 MPa逐漸下降到2018年10月26日運行電流84 A、母管壓力16.4 MPa;頂軸油B泵從2017年4月10日運行電流63 A上升到2018年6月27日86 A，母管壓力18.2 MPa下降到17.5 MPa。

6)如投運盤車一次投入成功，則盤車電機啟動前后頂軸油壓沒有變化；如果盤車投運過程頂軸油壓有波動，則不能一次性成功投入盤車。

7)正常投入盤車電流與汽輪機偏心變化不大。2018年以來停機投盤車過程因啟動電流大，過流跳閘多次，經手動盤車后才能正常投入電動盤車[4-6]。

2 原因分析

1)歷次投入盤車操作均按相同的操作票執行，不存在操作不當的情況。兩年來,停機時各參數無明顯異常情況，不存在汽缸變形機械嚴重卡澀的情況。

2)啟動頂軸油泵后，確信轉子已頂起方可進行盤車投入，潤滑油壓大于0.158 MPa、頂軸母管油壓大于9.8 MPa，不存在油壓低閉鎖盤車啟動的情況。檢查未發現有機組軸承巴氏合金在供油不充分情況下引起磨損的情況。

3)投盤車后，測量轉子偏心度0.019 5 mm，與轉子偏心度原始記錄值0.019 1 mm相比較，其變化量不超過0.03 mm。同時，監聽通流部分無摩擦聲。用機械式轉子彎曲測量儀測得的轉子偏心度即外圓跳動值，結果為0.019 7 mm，小于0.02 mm。判斷轉子沒有發生彎曲，不存在轉子變形嚴重的情況。

4)發現2018年后頂軸油壓較2017年有下降現象，頂軸油A泵從2017年7月4日運行電流94 A、母管壓力18.7 MPa，逐漸下降到2018年10月26日運行電流84 A、母管壓力16.4 MPa;頂軸油B泵從2017年4月10日運行電流63 A上升到2018年6月27日86 A，母管壓力18.2 MPa下降到17.5 MPa。2017年的單臺油泵運行母管油壓基本在18 MPa以上，2018年后單臺泵運行的母管油壓則在16～17 MPa之間。

盤車投運過程頂軸油壓有波動則不能一次性成功投入盤車。因為頂軸油壓下降導致盤車初始啟動力矩增大，具體表現在機組大軸頂起的高度不夠或者機組大軸在某一個位置時頂起高度不夠，造成啟動力矩增大。

嘗試轉子停定前先啟動多1臺頂軸油泵，2臺頂軸油泵運行時頂軸油壓力達18 MPa，也不能正常啟動盤車，對頂軸油壓進行調整并試驗驗證后發現，熱態時3號軸承頂軸油壓是8 MPa，冷態時是12 MPa。3號軸承的頂起高度是0.02 mm，判斷3號軸承的頂起高度影響了盤車熱態啟動。

5)盤車軟啟動時，設定的啟動電壓偏小，啟動力矩過小，未能有效拉動。啟動盤車電機時，啟動電流達到150～200 A(電氣人員就地測量)，持續時間達到了十幾秒(就地盤車電機電流表75 A頂表)。啟動電流持續時間太長則一次回路軟啟動器熱積累保護躲不過啟動電流，假如第1次能夠投入，熱積累保護沒有跳開則投入成功；假如上次熱積累保護積累的熱量沒有消失，再次投入盤車裝置時熱積累保護動作，易造成投入不成功。

6)盤車裝置齒輪偶合間隙大或某一位置耦合不到位造成傳遞力矩增大，產生過流跳開盤車。目前盤車采用經軟啟動器延時切換至旁路的方式，整個啟動流程未有效配合好，盤車未正常時已甩開。

3 改進方案

1)對頂軸油壓進行調整，重新測量調整大軸的頂起高度，冷態進行盤車試驗時根據盤車啟動電流考慮熱態影響。機組于2018年11月7日停機后對頂軸油系統進行了軸頸頂起高度檢查。檢查結果是：3號軸頸頂起高度0.02 mm，4號軸頸頂起高度0.01 mm，5號軸頸頂起高度0.07 mm，6號軸頸頂起高度0.068 mm，A、B頂軸油泵單獨運行時各軸頸的頂起高度一致。盤車投運試驗一次成功，現場觀察盤車裝置嚙合到位后，從按下盤車電動機運行按鈕到電動機開始轉動，用時約5 s，過程中，電動機發出低沉的由小到大的響聲。對各軸頸頂軸油壓進行調整，調整后，各軸頸頂起高度是：3號軸頸頂起高度0.03 mm，4號軸頸頂起高度0.02 mm，5號軸頸頂起高度0.08 mm，6號軸頸頂起高度0.08 mm，A、B頂軸油泵單獨運行時各軸頸的頂起高度基本一致，盤車投運一次成功。現場觀察，盤車裝置嚙合到位后，從按下盤車電動機運行按鈕到電動機開始轉動，用時約3 s，電動機發出低沉的由小到大的響聲。

2)保留原降壓啟動的設計，增加工頻旁路直接采用100%電壓啟動功能：根據頂軸油壓后啟動盤車的試驗結果，機組熱態時盤車轉矩要比冷態時轉矩大。由于電源側變壓器容量為1 600 kVA，電動機功率為22 kW，額定電流為47.4 A，按電動機的直接起動電流為額定電流7倍計算，核算Ist/In≤0.75+Sn/4Pn，式中：Ist表示電動機直接起動時的起動電流，A；In表示電動機的額定電流，A；Sn表示電力變壓器的容量，kVA；Pn表示電動機的容量，kW。電動機可直接起動。通過加裝軟啟動和工頻啟動控制切換開關BK，在啟動時可以根據實際工況實現啟動模式的選擇。當轉由旁路起動時，按下啟動盤車按鈕，KM4直接合閘。新增的控制按鈕如圖2所示。

圖2 新增的控制按鈕圖

3)因改旁路用工頻直接啟動后，啟動電流增大，由軟啟動約200 A增大到約300 A。原KM2、KM3、KM4直接分合啟動電流，為保證觸頭可靠性，更換為開關能力更強的LCD1-95接觸器。盤車電氣一次圖如圖3所示。當轉由旁路起動時，按下啟動盤車按鈕，KM4直接合閘。

圖3 盤車電氣一次圖

4)采用工頻啟動時，應避免頻繁啟動，同時注意電機本體的溫度，防止燒電機。

5)建議運行操作人員在停機時做好不能投入盤車裝置的預想，轉子停定后不能投入盤車裝置時，應馬上手動盤車，感覺到阻力變小后再投電動盤車，由熟練和有經驗的值班員操作，提高成功率。

4 改造效果

機組盤車裝置改造后冷態盤車裝置正常，機組2018年11月25日重新啟動，2019年機組調峰頻繁，4次停機中，二次熱態投入盤車采用原降壓程控軟啟動可一次投入成功，無須手動盤車且無須使用旁路全壓啟動。頂軸油壓調整效果良好。另外2次，先改用旁路啟動，亦一次成功，啟動電流約135 A，歷時2 s后返回。不用旁路，用降壓程控軟啟動再啟動，同樣可成功，啟動電流值最大為226 A，啟動電流大的原因為沒用旁路時，ABB PSS44/76型控制器采取的是自動降壓啟動，同樣的啟動力矩，啟動電流自動增大。盤車正常運行電流為26 A。電氣回路改造同樣起到良好效果。

5 結 語

經過對頂軸油的調整和盤車控制回路的改造，解決了該機組熱態盤車不能正常投入從而不能開機的風險，提高了機組運行的安全可能性和經濟性。