某660 MW二次再熱機組跳閘過程分析及處理

陳 鑫， 許 健， 曹 揚， 張嵐清， 張耀華

(江蘇方天電力技術有限公司，南京 211102)

發電機組的調試工作主要是組織和指導運行人員進行操作和檢查，針對分系統調試及整套啟動調試過程中發現的問題提出建議或解決方案[1]。因此，機組調試是新建發電機組投運的重要組成部分，是承接安裝及運行的關鍵環節，是為機組的安全穩定運行提供經驗、打下堅實基礎的重要步驟。

發電機組正式運行期間，為了維持機組的穩定性，不會輕易進行某些操作，部分隱患可能不易被發現。而調試工作就是對電力設備的制造、設計、安裝、運行進行動態考核和檢驗，并且調試期間內設備特性不明確、系統工況不穩定，容易出現突發狀況，暴露問題，有助于發現缺陷，消除隱患。因此，對跳閘事件進行分析和總結，可以為機組的正式投運消除隱患、積累經驗。

筆者對某660 MW超超臨界二次再熱機組在調試期間發生的一次復雜的機組跳閘進行介紹，并對其發生的各類異常工況進行分析，同時給出處理及預防措施。

1 機組跳閘過程

1.1 機組簡介

該機組汽輪機的型式為超超臨界、二次中間再熱、十級回熱抽汽、單軸、五缸四排汽、凝汽式，型號為N660-31/600/620/620。汽輪機額定功率為660 MW，最大連續功率為696.603 MW。

1.2 跳閘過程

2019年3月31日機組進行整套啟動期間帶負荷調試工作。

20:30:00之前，1號和3號高壓加熱器處于退出狀態，高壓缸排汽溫度維持在440～452 ℃。

20:30:10，機組負荷為382 MW，2號外置蒸汽冷卻器至2號高壓加熱器疏水管道突然破裂，大量汽水噴出，緊急隔離2號外置蒸汽冷卻器及2號高壓加熱器汽側，此時2號抽汽電動閥開度為21%。

20:31:15，關閉2號抽汽電動閥，全部退出2號高壓加熱器汽側，此時高壓缸排汽溫度開始上升。

21:16:28，高壓缸排汽溫度升至460 ℃，高壓缸排汽溫度保護控制器激活，高壓缸排汽溫度控制器開始有指令輸出，此時汽輪機中壓調節閥開度為100%。

21:17:21，現場開始進行清理檢查工作，為了防止4號高壓加熱器突然出現同樣問題，開始退出4號高壓加熱器，此時4號抽汽電動閥開度為32%。

21:18:43，全部退出4號高壓加熱器汽側。

21:24:31，7號低壓加熱器發現安全閥因為受到沖擊而損壞，需要退出7號低壓加熱器汽側，關閉7號抽汽電動閥。

21:25:12，高壓缸排汽溫度為462.2 ℃時，此時高壓缸排汽溫度保護控制器輸出指令為11.52%，中壓調節閥開度為100%，并且中壓調節閥開始關小。

21:30:23，7號抽汽電動閥關閉，7號低壓加熱器退出完畢，高壓缸排汽溫度為462.2 ℃。

21:31:17，高壓缸排汽溫度保護控制器輸出指令為36%，中壓調節閥開度為16.7%，二次再熱蒸汽壓力從1.9 MPa升高至2.6 MPa，高壓缸進汽和排汽的壓差由3.3 MPa減少至2.7 MPa。隨著汽輪機中壓調節閥開度的變化，高壓缸排汽溫度快速升高至485 ℃。

21:32:33，汽輪機中壓調節閥開度為31.17%，機組負荷在跳閘過程中也隨之波動。

21:36:25，高壓缸排汽溫度保護控制器輸出指令為36.5%，高壓缸排汽溫度升高至499 ℃。此時，汽輪機中壓調節閥開度為17.8%，觸發高壓缸切缸邏輯，負荷最高波動到390 MW，最低波動到266 MW。切缸邏輯動作，汽輪機超高壓缸、高壓缸的閥門全部關閉，并且機組高壓旁路閥和中壓旁路閥處于關閉狀態，導致鍋爐再熱器保護喪失，鍋爐總燃料跳閘(MFT)，進而導致汽輪機跳閘。

高壓缸排汽溫度變化見圖1。

圖1 高壓缸排汽溫度的變化

2 機組跳閘原因分析

2.1 高壓缸排汽溫度升高分析

影響高壓缸排汽溫度的主要因素包括：

(1) 高壓缸進汽和排汽的壓差小、高壓調節閥開度小等導致蒸汽流量低，鼓風摩擦產生的熱量不能被及時帶走[2]。

(2) 高壓缸進汽溫度升高，在高壓缸內焓降不變的情況下，排汽溫度會上升。

(3) 高壓缸通流部分結垢，葉片損壞、變形或設計不合理，高壓缸通流部分汽封磨損，蒸汽參數大幅偏離設計值等會導致高壓缸效率降低，從而影響高壓缸排汽溫度。

此次跳閘事故中，機組在高負荷下運行，在高壓加熱器疏水管道破裂后短時間內切除了高壓加熱器，然后又切除了低壓加熱器，大大影響了機組的蒸汽流量。隨后關閉中壓調節閥，排汽壓力差小，影響汽輪機通流，進一步加劇高壓缸排汽溫度的升高，從而導致后續一系列問題的發生。

2.2 機組跳閘分析

機組跳閘的主要原因為：

(1) 高壓加熱器的切除影響蒸汽流量，引發高壓缸排汽溫度升高至460 ℃后觸發高壓缸排汽溫度保護控制器動作，這是跳閘的直接原因。

(2) 高壓缸排汽溫度升高觸發高壓缸排汽溫度保護控制器邏輯激活后，作用于中壓調節閥并使其關小，在旁路關閉的情況下，反而進一步導致高壓缸排汽壓力升高，高壓缸排汽受阻，高壓缸排汽溫度進一步升高至495 ℃以上，觸發超高壓缸、高壓缸切缸邏輯。汽輪機數字式電液調節系統(DEH)邏輯不合理是機組跳閘的重大隱患。DEH相關邏輯及作用見圖2。

圖2 高壓缸排汽溫度保護相關邏輯

(3) 觸發高壓缸切缸邏輯后，超高壓缸、高壓缸同時切缸，超高壓缸、高壓缸的閥門關閉，超高壓缸排汽通風閥、高壓缸排汽通風閥打開[3]。此時，高壓旁路閥和中壓旁路閥處于關閉狀態，并且無相關邏輯開啟，觸發鍋爐再熱器保護，導致鍋爐MFT，引發機組停機。分布式控制系統(DCS)邏輯設置的不合理也是機組跳閘的隱患。

2.3 相關邏輯合理性分析

根據機組熱平衡圖等，在供熱工況下，機組正常運行中，高壓缸排汽溫度為446.9～453.8 ℃，而按照當前DEH/DCS邏輯的設置，當高壓缸排汽溫度達到460 ℃以上時必然導致機組跳閘，當高壓加熱器、低壓加熱器有異常時，極有可能導致機組跳閘，存在極大的安全隱患。

2.3.1 切缸邏輯

汽輪機在高負荷下，即在汽輪機旁路全關閉的情況下，高壓缸排汽溫度>495 ℃時，汽輪機觸發切缸邏輯(超高壓缸、高壓缸同時切缸)。此時，汽輪機超高壓缸、高壓缸閥門關閉，并且旁路全關，會觸發鍋爐再熱器保護，導致鍋爐MFT，觸發汽輪機跳閘。汽輪機緊急跳閘系統(ETS)保護中的高壓缸排汽溫度>530 ℃時跳閘形同虛設，實際中高壓缸排汽溫度>495 ℃時，汽輪機就會因為鍋爐MFT而跳閘。

2.3.2 高壓缸排汽溫度保護控制器邏輯

在啟動階段，為了避免流經汽輪機的蒸汽流量過小，造成超高壓缸及高壓缸排汽區域溫度過高，設置高壓缸排汽溫度保護控制器，根據超高壓缸及高壓缸排汽溫度自動調整各汽缸的流量分配[4]。但是，在帶負荷階段，旁路閥全關，高壓缸排汽溫度保護控制器通過動作中壓調節閥調節通流達到抑制高壓缸排汽溫度上升的目的已實現不了，相反還會加劇高壓缸排汽溫度上升。

2.3.3 旁路邏輯

跳閘時旁路為全關模式，汽輪機為初壓模式，此時觸發旁路快開條件只有鍋爐側主蒸汽壓力>34.1 MPa(即鍋爐超壓保護)、發電機跳閘、汽輪機跳閘、汽輪機側主蒸汽壓力比設定值高2.4 MPa。切缸時旁路無法動作，因此切缸后旁路處于關閉狀態，觸發了再熱器保護，鍋爐MFT。

3 處理措施及應用效果

3.1 處理措施

(1) 將高壓缸排汽溫度保護控制器邏輯觸發條件增加旁路未全關。高壓缸排汽溫度保護控制器的溫度控制需要與旁路配合，才能抑制高壓缸排汽溫度上升。增加此邏輯可避免在旁路全關帶負荷的工況下，高壓缸排汽溫度保護控制器觸發后導致高壓缸排汽溫度進一步升高的情況出現。

(2) 將汽輪機切缸邏輯觸發條件增加機組負荷≤150 MW。一般工況下，切缸只發生在啟動沖轉及低負荷階段，因此原切缸邏輯觸發條件未對負荷進行限制。增加此邏輯后，對于在高負荷階段，如果高壓缸排汽溫度確實異常升高，則由高壓缸排汽溫度>530 ℃的ETS進行保護，可以規避機組高負荷進行切缸操作，增加機組運行安全性。

(3) 將旁路邏輯增加切缸邏輯觸發后高壓旁路閥、中壓旁路閥快開50%。切缸邏輯是無論觸發了超高壓缸或高壓缸的切缸條件，都會引發超高壓缸和高壓缸同時切缸，超高壓缸、高壓缸閥門全關。此時，旁路如果處于關閉狀態則會觸發鍋爐再熱器保護，引發機組停機。增加此邏輯可防止因切缸直接導致的機組停機，配合旁路相關動作可及時進行調整，等到高壓缸排汽溫度降低后進行并缸操作，保證機組運行。

3.2 應用效果

采用針對性的處理措施后，機組運行效果為：

(1) 修改高壓缸排汽溫度保護控制器邏輯后，實際運行中，在旁路閥未關模式下，高壓缸排汽溫度>460 ℃時，高壓缸排汽溫度保護控制器動作，調整通流，關小中壓調節閥。此時，中壓旁路閥開大，維持中壓缸進汽壓力不變，從而可以減小中壓缸進汽流量，增大高壓缸進汽流量，抑制高壓缸排汽溫度升高。

(2) 修改汽輪機切缸邏輯后，實際運行中，在汽輪機熱態啟動過程中，高壓缸排汽溫度>495 ℃時，汽輪機切缸，超高壓缸、高壓缸閥門關閉，中壓缸單缸進汽。等到機組并網，汽輪機進汽量增加并且高壓缸排汽溫度降低后，順利進行并缸操作，機組運行正常，未發生高負荷工況下的切缸。

(3) 修改旁路邏輯后，機組在熱態啟動中切缸，高壓、中壓旁路閥快開50%，隨后切換至壓力自動模式，控制高壓缸和中壓缸進汽的壓力，保證通流以防止鍋爐干燒，避免觸發再熱器保護，保證汽輪機中壓缸單缸進汽工況穩定。等到高壓缸排汽溫度降低后，順利進行并缸操作。

4 結語

以某660 MW超超臨界二次再熱機組為例，針對調試期間的機組跳閘事件，對高壓缸排汽溫度保護控制器邏輯、汽輪機切缸邏輯、旁路邏輯等進行分析，并且提出一些針對性的處理措施。

在對相關邏輯進行優化后，機組運行的安全性和穩定性明顯有所提升，消除了機組運行隱患，提出的相關處理措施對同類型機組的調試運行具有一定參考意義。