淺談25MW汽輪發(fā)電機組常見故障與處理

張 濤

河鋼集團宣鋼公司設備能源部25MW汽輪發(fā)電機組為公司能源回收利用、發(fā)電創(chuàng)效環(huán)節(jié)中的重要設備。確保設備安全、穩(wěn)定、高效運行一直是設備操作和管理人員思考和鉆研的方向。根據(jù)汽輪發(fā)電機組運行參數(shù)、運行狀態(tài)的變化準確判斷出設備故障并迅速處理，確保設備長周期穩(wěn)定運行。根據(jù)25MW汽輪發(fā)電機組正常運行時數(shù)據(jù)要求，設備正常運行不能偏離數(shù)據(jù)，此屬于為設備正常運轉的依據(jù)。25MW汽輪發(fā)電機組蒸汽壓力達到3.43MPa，蒸汽溫度為435℃，抽氣壓力為0.98MPa，潤滑油壓為0.08～0.12MPa，冷油器出口油溫為35～45℃，軸承溫度小于85℃，熱井水位范圍為500～800mm。

1 設備發(fā)生故障時處理原則

25MW汽輪發(fā)電機組運行過程中出現(xiàn)故障，工作人員排除故障可參考儀表指示和設備所處狀態(tài)，迅速準確的判斷出故障的原因、性質、以及發(fā)生部位。技術人員不僅要快速判斷故障，還需要迅速處理故障，消除對人身、設備及生產的威脅。在處理故障和處理完故障后崗位操作人員應服從組長統(tǒng)一指揮，不得擅自操作設備。

故障處理后，應及時將故障發(fā)生的時間、經(jīng)過等情況詳細記錄在設備臺賬上，召開事故調查分析會，查明原因，總結經(jīng)驗，吸取教訓。

故障處理時的原則是盡可能在不影響生產的情況下進行，比較嚴重的設備故障無法在線處理時，應先通知生產調度后進行停機處理。

2 設備出現(xiàn)下列事故狀態(tài)需緊急停機

（1）機組轉速超過額定值12%而未停機。

（2）機組突然發(fā)生強烈振動或清楚聽到內部有金屬聲音。

（3）汽輪機軸封內發(fā)生火花。

（4）機組任何一個軸承斷油或冒煙。

（5）汽輪機油系統(tǒng)著火，不能撲滅，嚴重威脅機組安全運行。

（6）油箱油位下降至下限值，漏油原因不明。

（7）主蒸汽或給水管道破裂，危及機組安全時。

3 25MW汽輪發(fā)電機組常見故障與處理

3.1 汽輪機運行時真空度下降

對于25MW汽輪機，真空的高低對汽輪機組運行的安全性、可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性影響極大。而在實際生產中，我們通常用真空度來反映汽輪機凝汽器真空的狀況。真空度，（凝汽器真空值／當?shù)貥藴蚀髿鈮海100，通過對汽輪機凝汽器真空度下降原因的分析，依據(jù)25MW汽輪機運行參數(shù)變化和設備檢修流程，設計出了防止真空度下降的方案，確保汽輪機組在正常背壓下工作，提升設備工作的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟性、可靠性。

深入研究發(fā)電站汽輪機組熱循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)凝氣設備起到重要作用，凝氣設備能否正常運行直接關系到汽輪機組工作的經(jīng)濟性、安全性、穩(wěn)定性和可靠性。凝汽器真空度測試可反映出汽輪機的工作狀況，也可考察凝汽器綜合性能。汽輪機發(fā)電機組的經(jīng)濟性隨凝汽器真空水平的變化而發(fā)生變化，若汽輪機發(fā)電機組的凝汽器真空下降率達到1%時，汽輪機組的熱量消耗急劇升高，上升率可達到0.6%。所以要確保汽輪機凝汽器處于正常運行狀態(tài)，是發(fā)電廠節(jié)能減排中的一項重要工作。影響汽輪機凝汽器形成真空的因素有多種，如設備真空機組的嚴密性、冷卻水的流速、溫度、抽氣器的運行情況、凝汽器傳熱狀況、機組排氣量等。所以要重點關注汽輪機組凝汽器真空下降情況，設計出防止凝汽器真空度下降的方案，提升機組設備整體運行性能，確保其在適宜情況下工作。

（1）汽輪機運行時真空度下降的措施。發(fā)現(xiàn)真空下降應迅速核對真空表和排汽溫度，對抽氣器、凝泵運行情況、凝汽器熱井水位進行檢查。抽氣器工作不正常引起真空下降的特征有：循環(huán)水出口水溫與排汽溫度的差值增大；抽氣器排氣管向外冒水或冒蒸汽；凝結水過循環(huán)度增大，但經(jīng)空氣嚴密性試驗證明真空系統(tǒng)漏氣并未增加。引起抽氣器工作不正常的原因和處理原則如下：冷卻器的冷卻水量不足，使兩段抽氣器內同時充滿沒有凝結的蒸汽；降低了噴嘴的工作效率。此時應打開凝結水再循環(huán)門，關小通往除氧器的凝結水門，必要時往凝汽器補充軟化水。冷卻器內管板或隔板泄漏，使部分凝結水不通過管束而短路流出；冷卻器汽側疏水排出不正常，也可造成兩段抽氣器內充滿未凝結的蒸汽。冷卻器水管破裂或管板上脹口松弛或疏水管不通，使抽氣器滿水，水從抽氣器排氣管噴出。噴嘴磨損或腐蝕，使抽氣器工作變壞。此時，抽氣器的用汽量將增大，通過冷卻器的主凝結水的溫升也增大。發(fā)生上述情況，應迅速進行處理，啟動備用抽氣器或真空泵。運行中發(fā)現(xiàn)凝汽器水位升高或凝結水流量突然增加，應通知化驗，化驗凝結水質，如凝結水硬度不合格，應降負荷，打開事故放水門。

（2）真空下降原因不明或無法恢復，向生產調度匯報后進行降負荷操作。根據(jù)機組真空度情況調整機組負荷。真空度維持在0.087MPa、0.08MPa、0.072MPa、0.06MPa時都可正常運行，對應的機組負荷為25000kw、20000kw、10000kw、5000kw。

（3）運行中發(fā)現(xiàn)循環(huán)水進水壓力降低，立即提高循環(huán)水進水壓力，同時根據(jù)真空下降情況及軸承溫度、發(fā)電機進風溫度、發(fā)電機鐵芯、線圈溫度進行事故處理，降負荷甚至停機。

3.2 油系統(tǒng)工作失常

汽輪機油又稱透平油，是電廠用油量最大的潤滑油，汽輪機由主要用于給發(fā)電機組潤滑、冷卻散熱、調速和密封作用。汽輪機油的理化性質和使用性能，不僅取決于石油的化學組成和加工方法，而且也受儲油、使用時外界因素的影響。要正確使用、監(jiān)督、維護和管理好油品，就應對汽輪機油的性質進行深入的、系統(tǒng)的了解。油在外力作用下，作相對層流運動時，油分子間就存在內摩擦阻力，油的黏度就是這種內摩擦力的量度。內摩擦阻力越大，油的流動越困難，黏度也就越大。

（1）運行中主油泵工作失常，出口油壓降低，并伴有異聲，則應將發(fā)電機負荷減到零后解列停機。

（2）油系統(tǒng)漏油，油壓和油箱油位同時下降。檢查油系統(tǒng)，找出漏油部位并立即消除，如系油管道漏油而無法消除漏油應停機，如系冷油器漏油，應切換冷油器。

（3）油位下降，油壓不變。可能是冷油器漏油，油箱放油門漏油，油位計失靈所致。檢查冷油器冷卻水有無油花，如系冷油器漏油應切換冷油器。檢查油位計。如確定不是因漏油造成的油位下降或漏點已隔絕，應向油箱加油。

（4）輔助油泵工作失常處理。汽輪機在起動前或停機前，如果輔助油泵有故障則不允許起動或停機。汽輪機起動過程中，如果輔助油泵發(fā)生故障，則應視轉速多少而決定升速或停機，在汽缸膨脹允許下，轉速在1500r/min以上時，則應加快升轉速，盡快發(fā)揮主油泵作用，若汽缸膨脹不允許下或轉速在1500r/min以下應停機。停機過程中，輔助油泵發(fā)生故障，如轉速在1500r/min以上，應重新開啟速關閥，保持空負荷運行，待修復油泵后再停機，轉速在1500r/min以下，應迅速起動事故油泵，破壞真空停機。

3.3 冷卻水系統(tǒng)故障

冷油器出油溫度或發(fā)電機進風溫度異常升高時，應檢查循環(huán)水進水壓力及溫度并調節(jié)冷油器、空氣冷卻器進出水門是否開足。如果循環(huán)水進水壓力低，冷油器、空氣冷卻器經(jīng)調節(jié)無效時，應提高循環(huán)水進水壓力。如果進水壓力無法提高，應根據(jù)發(fā)電機進、出風溫度，凝汽器真空，軸承溫度等情況進行減負荷或停機。

3.4 水沖擊故障及處理

當汽壓、汽溫急劇下降，管道、法蘭、汽缸平面，軸封和軸封信號管冒出白色濕蒸汽，汽缸內部發(fā)出撞擊聲和金屬噪音，汽輪機軸向位移增大，推力軸承溫度升高時，可能出現(xiàn)水沖擊現(xiàn)象。該現(xiàn)象可能是由于鍋爐故障或誤操作，低加水管破裂，抽汽逆止門不嚴，起動時疏水未排盡或排泄不暢，凝汽器滿水倒入汽缸等原因造成。發(fā)生水沖擊應緊急停機，然后進行各項停機操作，并在惰走過程中應仔細傾聽汽輪機內部聲音，密切注意軸向位移油壓，推力軸承溫度和各軸承溫度，正確記錄惰走時間。重新起機過程中要加強疏水，嚴格監(jiān)視軸向位移油壓和推力軸承溫度，并仔細傾聽機組內部聲音，如發(fā)現(xiàn)汽輪機內部有聲音，應停止起動，開缸檢查。

3.5 軸向位移數(shù)值增大

運行中發(fā)現(xiàn)軸向位移增大，應對機組進行詳細檢查。檢查汽輪機進汽汽溫、汽壓，主油泵出口壓力，推力軸承溫度，發(fā)電機負荷以及汽輪機內部聲音和機組振動數(shù)值變化情況。

3.6 機組運行中突然電源中斷

機組運行中突然出現(xiàn)照明熄滅，電源指示熄滅，儀表盤失電情況。如失一路低壓電源，應迅速起動備用凝泵、射水泵，檢查機組情況。若失兩路低壓電源，汽輪機或發(fā)電機保護動作機組自動停機，進行緊急停機相關操作，仔細檢查機組狀況。

3.7 汽輪機超速

汽輪機轉速超過危急保安器動作轉速并繼續(xù)上升稱為嚴重超速。嚴重超速主要發(fā)生在汽輪發(fā)電機與系統(tǒng)解列或運行中甩負荷的情況中，造成嚴重超速的可能原因主要是調節(jié)保護系統(tǒng)故障或設備故障。例如：自動主汽門調速汽門卡澀抽汽管上逆止門卡澀等。

機組嚴重超速時的一般征象如下：

（1）汽輪機運轉聲音不正常。

（2）轉速表和頻率表指示超過限數(shù)值并繼續(xù)上升。

（3）調速油壓迅速增加。

（4）機組振動增大。

超速時汽輪機發(fā)出不正常的聲音，并伴有強烈振動。轉速表指示數(shù)值超過額定值并繼續(xù)上升，主油泵出口油壓迅速升高。機組負荷下降或到零。造成汽輪機超速可能是因為調速系統(tǒng)調節(jié)部件卡澀，速關閥、調速汽門或抽汽速關閥不嚴，危急保安器故障。

出現(xiàn)汽輪機超速情況，應緊急停機，檢查速關閥、調速汽門或抽汽速關閥是否關閉。如轉速仍上升時，應迅速關閉蒸汽總門和外供抽汽門。

3.8 水沖擊

水沖擊是指當汽輪發(fā)電機組的進汽溫度急劇下降到某一程度時，汽輪機進汽將大量帶水。具體表現(xiàn)為單機運行時頻率、電壓下降，并列運行時出力顯著降低，有時水沖擊還會導致葉片的折斷和軸向推力的增加，甚至使推力軸承的軸瓦鎢金熔化，造成通流部分的嚴重磨損和碰撞引起水沖擊的原因一般多是由于鍋爐運行不正常。比如：鍋爐汽包滿水，所并鍋爐汽溫過低，人工調整減溫器時操作不當?shù)犬斊啓C進水時，必須立即故障停機，迅速破壞真空，并把新蒸汽管道和汽輪機本體的全部疏水門打開，同時檢查推力軸承鎢金溫度和回油溫度，正確記錄惰走時間和惰走時真空的變化情況；惰走時仔細傾聽汽輪機內部聲響，測量軸向位移數(shù)值。

汽輪發(fā)電機組處于正常運行狀態(tài)，沒有發(fā)生故障的情況下，則可繼續(xù)運行，如果設備在最初啟動時內部有碰撞聲或摩擦聲，需要暫停設備啟動，對設備故障進行排查與維修。

4 汽輪發(fā)電機組振動防止措施

4.1 建立神經(jīng)網(wǎng)絡70MW汽輪發(fā)電機組振動診斷系統(tǒng)

若要從根本上解決70MW汽輪發(fā)電機組在運行過程中出現(xiàn)的振動故障，工作人員設計了一個汽輪發(fā)電機組振動故障診斷系統(tǒng)，更利于快速檢測設備故障。該系統(tǒng)應用了計算機處理技術，通過數(shù)學建模，處理汽輪發(fā)電機組運行流程。經(jīng)過深入研究后，預防設備故障可在70MW汽輪發(fā)電機組頭、機械箱、易出現(xiàn)振動故障位置加裝吸納紅采集裝置，將收集到的振動信息儲存在固定文件內，應用信號降噪方式提取小波能量。將提取到的故障特征向量進行系統(tǒng)診斷，判定70MW汽輪發(fā)電機組發(fā)生故障的內因，更利于工作人員對設備進行維護。

4.2 防止油膜失穩(wěn)

在對70MW汽輪發(fā)電機組進行設計時需重點關注系統(tǒng)阻尼、軸系穩(wěn)定性能，做好汽輪發(fā)電機組質量控制，避免油膜失穩(wěn)狀況發(fā)生，影響汽輪發(fā)電機組正常運行。日常70MW汽輪發(fā)電機組軸承維護工作可以有效防止油膜失穩(wěn)問題。同時，還應在提高油溫的基礎上增大承載系數(shù)，降低潤滑油粘度。但此種防止措施會降低油膜厚度，使70MW汽輪發(fā)電機組處于高溫工作狀態(tài)，從而導致油質老化問題，期間設計人員應充分注意。

4.3 氣流震蕩防止

與其他設備運行過程中所出現(xiàn)的問題相比，汽輪發(fā)電機組振動頻率大。為了防止汽輪機氣流震蕩，工作人員可采用反旋渦技術對流體軸向進行干擾，提升流體失穩(wěn)界限轉動速度。另外，也可采用增強軸承軸徑偏心率，防止氣流震蕩。還有一種方案是工作人員通過更改軸承幾何形狀，汽輪機的軸向旋流會被打亂，氣流震蕩率強度變弱，確保轉子平穩(wěn)運行。嚴格按規(guī)程要求進行調節(jié)保安系統(tǒng)的定期試驗并做好完整的試驗記錄，運行中任一汽輪機超速保護故障不能消除時應停機消除。

5 汽輪機運行中的維護與條件

運行維護：

（1）每小時抄表一次，在檢查或抄表時發(fā)現(xiàn)表計指示不正確，應立即查明原因，采取對策，予以消除，并做好記錄。

（2）經(jīng)常對汽輪發(fā)電機及輔助設備進行聽音檢查，特別在工況變化后振動異常及交接班時應加強聽音檢查。

（3）汽輪機在運行中應定期（每月一次）取樣化驗油質，根據(jù)油質情況進行濾油和脫水。

（4）根據(jù)潤滑油壓降低及壓差報警現(xiàn)象，判斷濾油器濾芯清潔程度。發(fā)現(xiàn)濾油器堵塞時，應切換備用濾油器，并更換濾芯。潤滑油壓低保護必須正確投入，潤滑油壓低時應能正確、可靠地聯(lián)動交流、直流潤滑油泵。為確保防止在油泵聯(lián)動過程中瞬間斷油的可能，要求當潤滑油壓降至聯(lián)動交流油泵動作值時報警，聯(lián)動交流潤滑油泵，降至聯(lián)動直流油泵動作值時聯(lián)動直流潤滑油泵，降至停機動作值低油壓保護動作停機，投盤車，降至停盤車值時停盤車。

（5）發(fā)現(xiàn)冷油器的濾水器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，應隨時清洗。

（6）冬天，當機房內溫度降到0℃以下時，停用設備（如：凝汽器、冷油器、空氣冷卻器、濾水器、加熱器等）應采取防凍措施。

（7）在純凝狀況下機組絕對不允許超過額定功率，超過額定功率時應立即降低。

6 結語

以25MW汽輪發(fā)電機組為例，結合以往運行操作經(jīng)驗，對汽輪發(fā)電機組易發(fā)生的故障和處理方法進行總結整理，希望能對汽輪發(fā)電機組日常操作、點檢維護有所幫助。