汽輪機汽門全行程活動試驗自主技術改造實施方案探討

陳雨

摘 要：近年來，汽輪機超速事故仍有發生，而完善汽輪機防止超速的各項措施，才能進一步降低事故的發生。汽輪機高中壓主汽門及調速汽門定期活動試驗是最為常規但尤為重要的一項措施。目前大部分機組并不具備汽門全行程活動試驗功能，存在一定的隱患，增加汽輪機汽門全行程活動試驗功能勢在必行。筆者公司自主進行技術改造，實施了汽輪機高中壓主、調速汽門全行程活動試驗功能，本文通過對方案進行分析總結，為各發電企業進行自主改造提供參考。

關鍵詞：汽輪機;超速;汽門;邏輯修改;全行程活動試驗

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）09-0110-02

0 緒論

眾所周知[1]，汽輪機超速造成的事故，會引起整個機組的設備損壞，導致重大的經濟損失[2]。閥門活動試驗是其中預防措施之一，而我公司機組只具備閥門部分行程活動試驗功能，活動開度15%[3]，不能驗證閥門是否全行程靈活無卡澀，在事故狀態仍有卡澀風險。針對此問題，公司準備進行汽門的全行程改造，因廠家報價較高，為減輕企業經營壓力，鍛煉專業隊伍，遂決定自主進行技術改造工作。

1改造前機組設備及閥門活動試驗情況

1.1 機組設備情況

我公司汽輪機為東方汽輪機廠制造，型號為C320/248-16.7/0.36/537/537型，型式為亞臨界、一次中間再熱、高中壓合缸、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式汽輪機。高壓進汽部分布置兩路機前主汽管道，共設置兩個高壓主汽門和四個高壓調速汽門;中壓進汽部分為兩路中壓進汽管道，分別設置中壓主汽門、調速汽門聯合汽閥。正常運行期間（50%負荷以上），只通過四個高壓調速汽門控制機組負荷。

1.2 汽輪機閥門活動試驗情況

公司DEH系統初始未設計汽門全行程活動試驗，只具備高中壓主汽門部分行程活動試驗功能模塊，以及配套的試驗設備、操作畫面。運行人員每周對各主汽門進行一次部分行程活動試驗，活動行程15%。

2 汽門全行程活動試驗功能改造情況

2.1 項目可行性分析

通過對機組設備的分析，汽門全行程試驗可以開展，要求機組負荷控制在70%以下進行。改造工作需增加相關汽門的10%位置行程開關，通過DCS邏輯修改增加相關試驗功能。

2.2 項目調研

2.2.1 設備方面調研情況

從設備及邏輯情況角度，分別對周邊電力企業汽輪機汽門全行程活動試驗情況進行了調研。調研結果發現有的電廠機組出廠具備此項功能，部分電廠因閥門形式無法實現。

2.2.2 運行方面調研情況

與系統內汽輪機型號相似的單位咨詢汽門全行程活動試驗情況，重點了解試驗時間、試驗過程中機組各項參數變化，有的單位試驗情況較好，個別單位也因參數波動較大出現不能試驗的情況。

2.3 方案制定及論證

根據與汽輪機廠家及相關企業調研情況，針對新增汽輪機高中壓主、調速汽門全行程活動試驗的邏輯設計進行了初步審查、修正以及細節完善，確保項目改造方案符合現場實際，試驗過程預防措施要求，保證試驗進行中盡量減小對機組的擾動，提高試驗安全性。

在論證過程中，主要針對可能造成機組參數變化的以下幾方面問題進行了重點研討：

2.3.1 汽門關閉時間控制

全行程活動試驗時，每個汽門的關閉時間對試驗安全有著重要的影響，關閉時間過短可能對主、再熱蒸汽壓力造成較大影響，進而影響汽包水位等參數調節失穩甚至引發事故。關閉時間過長則會造成不必要的時間浪費，影響機組能耗指標。經過分析，決定對通過控制試驗電磁閥關閉的汽門，冷態傳動時記錄全關時間，如動作過快，則通過調整泄油節流孔限制速度;采用MOOG閥控制的汽門，通過設定關閉速率來控制時間。

2.3.2 高壓主汽門與高壓調速汽門間聯接方式

高壓主汽門與高壓調速汽門對應關系如何，是決定高壓閥門單獨試驗還是成套試驗的關鍵，如果是單側進汽對機組負荷和參數的影響較大。弄清楚汽門的實際構造是完成試驗設計的基礎工作，經分析設備圖紙和現場實際試驗，公司機組高壓進汽方式為在兩個高壓主汽門后聯通、四個高壓調速汽門同時進汽。

2.3.3中壓主汽門和調速汽門的布置方式及問題考慮

機組中壓主汽門和調速汽門為聯合汽閥，活動試驗時將形成單側進汽，通過與東汽廠的技術咨詢，同時對以往發生中壓單側汽門的事件參數曲線進行分析，機組在中壓單側進汽方式的狀態，各項參數無明顯變化，全行程活動試驗可以進行。

2.4 試驗方案概述

2.4.1 試驗允許條件

（1）單閥方式。（2）功率控制方式。（3）自動控制方式。（4）機組負荷在150MW～210MW之間。

滿足以上條件，試驗允許進行。試驗過程中任一條件不滿足時切除當前試驗，恢復汽門開度至初始值。

2.4.2 試驗方案主要內容

（1）在DEH控制系統中增加高中壓主汽門、調速汽門全行程活動試驗功能，設置閥門全行程活動試驗投入、切除操作端。（2）全行程活動試驗在“單閥”方式下進行。（3）高壓主、調速汽門每個閥門設置一個試驗操作端，中壓主、調速汽門為成組試驗，設置兩個操作端，共有八部分;每部分均設置試驗投、切功能、試驗允許條件、試驗切除條件。（4）每項試驗均允許試驗過程中手動切除，試驗過程中手動切除后程序控制相關閥門恢復試驗前狀態。（5）試驗在“測功”投入狀態下進行，且閥門全行程活動試驗投入后自動切除一次調頻，試驗切除后自動恢復一次調頻。（6）所有閥門均應在試驗畫面顯示閥門“全開”“10%”“全關”等位置狀態信號，具備LVDT的閥門應在試驗畫面顯示實際開度，便于運行人員監視試驗過程中閥門位置。（7）每個閥門均設置關至10%開度后遮斷電磁閥動作開關功能，可驗證各閥門遮斷電磁閥是否動作正常，該功可在試驗邏輯中選擇投入或切除。

2.4.3 方案技術創新點

（1）試驗過程全面性。增加各汽門關至10%行程動作遮斷電磁閥邏輯，進行汽門全行程試驗過程中，可檢驗各汽門遮斷動作是否正常。（2）試驗過程可控性。各汽門試驗過程均加入手動切除和超時切除功能，當試驗過程中出現異常或超過預期時間時，可以手動或通過超時控制回路將試驗切除，及時恢復到試驗前狀態。（3）保持試驗連續性。為防止試驗過程中，因一次調頻動作將功率控制切除，造成試驗中斷，增加試驗過程中自動屏蔽一次調頻動作回路功能，保證試驗順利進行。

2.5 改造項目實施情況

2.5.1 邏輯編寫

在原有部分行程試驗的基礎上，新增一套全行程試驗功能組，與原有邏輯相互獨立，互不影響。根據汽門關閉方式的不同，使用不同的控制模塊（試驗電磁閥控制或MOOG閥控制）來達到試驗目的，同時在試驗過程中，任一汽門進行試驗時，其它汽門閉鎖相應的試驗功能，避免多個汽門同時動作，確保試驗過程安全穩定。

2.5.2 操作畫面繪制

新增全行程試驗畫面，用于高中壓主、調速汽門全行程試驗投切操作以及各汽門開度、行程開關狀態等試驗信息的顯示。

2.5.3 現場安裝

本次現場元件改造工作較少，在原有行程開基礎上，新增各汽門10%位置行程開關，并敷設電纜接入DCS系統。

3 驗收試驗

為驗證本次邏輯修改效果，于機組啟動前進行了高中壓主、調速汽門冷態模擬試驗，于機組啟動后進行了150MW負荷下熱態試驗。

3.1 冷態模擬試驗

3.1.1 試驗目的

本次增加唐熱1號機組高中壓主、調速汽門全行程活動試驗功能改造為自主進行，在機組啟動前進行冷態模擬試驗，驗證新增閥門動作邏輯是否能夠按要求進行，試驗投入、切除條件是否正確。

3.1.2 試驗方法及步驟

（1）機組處于停運狀態，汽輪機保護試驗、高中壓主、調速汽門整定已全部完成并驗收合格。（2）汽輪機掛閘，保安油建立，掛閘成功后，運行人員在上位機點擊“運行”按鈕，全開高中壓主汽門。（3）將高壓調速汽門1-4閥位指令強制為40%;將中調門閥位指令強制為100%。檢查調速汽門開度正確。（4）將DEH處于自動方式、投入DEH測功控制、機組并網信號強制為1，實際機組負荷強制為160MW，熱工試驗人員確認所有DCM板無故障報警。（5）運行人員依次進行右側高壓主汽門、左側高壓主汽門、高壓調速汽門1-4、左側中壓主、調速汽門成組試驗、右側中壓主、調速汽門成組試驗。（6）記錄各個閥門關閉至10%動作時間、全關動作時間、全開動作時間。

3.1.3 試驗數據

試驗過程中記錄了各汽門開啟及關閉時間病進行備案，各閥門時間在116s～206s，帶遮斷電磁閥試驗在109s～196s內滿足時間要求。

3.2 熱態試驗

通過冷態模擬試驗，驗證了本次新增邏輯的正確性，對試驗中發現的漏洞進行了處理、完善。在機組啟動后負荷維持150MW穩定工況后，進行了熱態試驗。

3.2.1 試驗目的

熱態試驗為邏輯修改異動后驗收試驗，在150MW負荷下驗證高中壓主、調速汽門能否順利進行;同時監視試驗過程中機組負荷、主汽壓力、主汽溫度、汽輪機軸系振動、軸瓦溫度、軸向位移等相關參數是否出現異常波動現象，驗證試驗可行性。

3.2.2 試驗方法及步驟

（1）確認機組所有主汽門已開啟到位，負荷穩定在150MW，已投入功率控制（測功），汽輪機單閥方式運行，主汽壓力、溫度滿足規程規定且穩定無明顯波動。

（2）試驗開始前將汽輪機各瓦振動、溫度、軸位移等主要參數做好趨勢，便于試驗過程中觀察參數變化情況，發現參數異常應立即切除試驗，恢復至試驗前工況。

（3）運行人員依次進行右側高壓主汽門、左側高壓主汽門、高壓調速汽門1-4、左側中壓主、調速汽門成組試驗、右側中壓主、調速汽門成組試驗。

（4）記錄各個閥門關閉至10%動作時間、全關動作時間、全開動作時間。

3.2.3 試驗數據（表1）

試驗過程中記錄了各汽門開啟及關閉時間，從表1可以看出，各閥門動作時間在113s～208s內滿足預期參數要求。

3.2.4 試驗過程中機組負荷及汽輪機各主要參數變化情況

（1）汽輪機各軸承振動情況。在進行150MW負荷熱態高中壓主、調速汽門全行程活動試驗過程中，監視汽輪機各軸承振動、瓦溫均無明顯波動。僅2號高調門關閉后1、2瓦X方向軸振有小幅降低，在調門開啟后恢復正常。同時，期間通過TDM系統監視振動相位試驗期間小幅度變化后恢復正常，無明顯異常趨勢。

（2）機組負荷波動情況。試驗過程中，進行高、中壓主汽門、中壓調速汽門全行程活動試驗時機組負荷無波動，在進行高壓調速汽門活動試驗時，機組負荷波動在±5MW左右，能夠保證主汽壓力穩定。

4 結論

本次1號機組進行高中壓主、調速汽門全行程活動試驗自主邏輯修改，經冷態、熱態試驗驗收正常，達到全行程活動目標要求且對機組安全運行無影響，具備及時發現汽門卡澀隱患的功能。為企業節省資金，鍛煉了專業自主技改能力，也給其它不具備汽門全行程活動試驗的企業提供了相關的技術經驗。

參考文獻

[1] 王寓文.淺談如何預防汽輪機組的超速事故[J].內蒙古煤炭經濟，2016（24）：1-2.

[2] 李樂.汽輪機超速原因分析及預防措施[J].科技創新與應用，2015（17）：123.

[3] 苗曉冬.汽輪機超速原因分析[J].中國設備工程，2017（23）：92-93.