功率運(yùn)行期間單臺MSR二級加熱器退出的分析

中核核電運(yùn)行管理有限公司 張海洋

1 概述

2022年4月， 某 電 廠1號 機(jī) 組1KCO060AR配電盤由1LKR 切回至1LKF 供電時，在切換過程中會有短暫失電間隔，其下游負(fù)荷1GSS102VV（MSR “A”二級再熱器103VV 上游電動隔離閥）接觸器全開限位觸點沒有預(yù)期恢復(fù)閉合狀態(tài)，導(dǎo)致信號送至DEH 狀態(tài)為“非全開”，根據(jù)邏輯1GSS102VV 非全開信號觸發(fā)后將聯(lián)鎖關(guān)閉1GSS 103VV 和106VV（MSR “A”二級再熱器加熱蒸汽大/小控制閥）導(dǎo)致MSR A 列二級加熱退出運(yùn)行。確認(rèn)故障后，主控人員按規(guī)程手動控制恢復(fù)加熱器投運(yùn)，期間汽機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定無波動。

本文通過對某電廠汽水分離再熱系統(tǒng)（GSS）的介紹，并對故障的發(fā)生時對機(jī)組狀態(tài)變化進(jìn)行分析，分析功率運(yùn)行期間MSR 二級加熱器退出對機(jī)組運(yùn)行的影響和改進(jìn)措施，作為同類電廠的參考。

2 汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）介紹

2.1 汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）的功能

從主給水系統(tǒng)來的水在蒸汽發(fā)生器里被一回路的水加熱，變成飽和蒸汽，然后進(jìn)入汽輪機(jī)中膨脹做功，推動汽輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。在此過程中，蒸汽的溫度和壓力會下降，離開高壓缸的末級葉片時，排汽濕度已高達(dá)12%左右，如果不采取措施控制排氣濕度，排氣到達(dá)低壓缸末級時，濕度將達(dá)24%左右，大大超過允許值（12%～15%），會對低壓缸末級葉片產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕，同時也增加了濕汽損失[1]。

為了改善低壓缸的工作條件，減少濕蒸汽對葉片的侵蝕，同時為提高汽機(jī)的相對內(nèi)效率，在汽輪機(jī)的高、低缸之間設(shè)有汽水分離再熱器，從而使進(jìn)入低壓缸的蒸汽在去濕、再熱后有一定的過熱度。

2.2 汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）的構(gòu)成

某電廠汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）由2臺汽水分離再熱器（MSR）、6臺疏水箱及相應(yīng)的蒸汽和疏水閥門及管道組成。整個系統(tǒng)總體上可分為：汽水分離再熱部分和疏水收集回流部分。

2.2.1 汽水分離再熱部分

汽水分離再熱器為雙級四流程布置。雙級即低壓管束區(qū)和高壓管束區(qū)。低壓管束的加熱蒸汽來自高壓缸抽汽，通過通斷式閥控制；高壓管束的加熱蒸汽來自主蒸汽，由兩個調(diào)節(jié)閥控制。四流程即每一級加熱管束在MSR 殼體內(nèi)往返4次。

每臺機(jī)組配置2臺汽水分離器再熱器（“A”和“B”），對稱布置在汽輪機(jī)低壓缸的靠海側(cè)和背海側(cè)。MSR 的組件安裝在圓筒形的殼體內(nèi)。在高壓缸做功后的排氣，從下部進(jìn)入MSR 的殼體側(cè)，然后從兩側(cè)進(jìn)入帶有向下的孔槽的蒸汽分配管。通過蒸汽分配網(wǎng)板后進(jìn)入高效汽水分離波紋板組件，去除其中的水分。除濕后的蒸汽繼續(xù)向上流動，依次經(jīng)過第一級和第二級再熱器的殼側(cè)，被加熱管內(nèi)的蒸汽進(jìn)一步加熱，提高干度，從MSR 頂部的三條管線進(jìn)入汽輪機(jī)低壓缸做功前，變?yōu)檫^熱蒸汽[2]。

2.2.2 疏水回流部分

3臺疏水箱及相應(yīng)的管道和閥門組成了每臺MSR 的疏水回流部分。大量的疏水在MSR 在汽水分離和再熱的過程中產(chǎn)生，通過GSS 系統(tǒng)的疏水系統(tǒng)進(jìn)行疏排。汽水分離器，第一、二級再熱器都有各自獨立的疏水系統(tǒng)[3]。疏水分別由3個開度由各自的疏水箱的水位控制的疏水調(diào)節(jié)閥控制。

2.3 汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）的運(yùn)行

機(jī)組運(yùn)行時，來自高壓缸的抽汽（一級再熱器的加熱汽源）是不進(jìn)行調(diào)節(jié)的，其溫度隨二回路汽水循環(huán)的溫度變化。進(jìn)汽管線上的兩個氣動調(diào)節(jié)閥的條件新蒸汽（二級再熱器的加熱蒸汽）流量，其開度由RTC（再熱蒸汽溫度控制器）控制，從而實現(xiàn)再熱蒸汽溫度的閉環(huán)控制，控制信號來自低壓缸進(jìn)口的熱電偶，通過計算機(jī)控制保證兩個閥門的開啟順序和平穩(wěn)過渡。

機(jī)組正常運(yùn)行時，一臺或二臺MSR 的一級或二級再熱器解列是允許的，但不允許任何一臺MSR的一級和二級再熱器同時解列。如需同時解列檢修，則應(yīng)停機(jī)處理。MSR 一級解列時應(yīng)注意防止二級超負(fù)荷，為此應(yīng)控制MSR 二級出口溫度。此時，RTC 必須轉(zhuǎn)為手動方式，并需要設(shè)置閥門組合配置和執(zhí)行相應(yīng)的規(guī)程。

2.4 汽水分離再熱器系統(tǒng)（GSS）的控制

再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)（RTC）是一個以O(shè)VATION 為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，RTC 系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)進(jìn)入MSR 的主蒸汽流量（二級加熱蒸汽流量）來控制低壓缸入口蒸汽溫度。2臺MSR 各有一套獨立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，每個調(diào)節(jié)系統(tǒng)由對主蒸汽進(jìn)汽閥的調(diào)制控制和對32個電動閥的聯(lián)鎖通斷式控制兩部分組成[4]。

控制系統(tǒng)被設(shè)計為全自動方式，并允許操縱員對所有閥門進(jìn)行手動干預(yù)，利用電動閥的手動超越功能可以使操縱員手動開啟或關(guān)閉電動閥，利用A/M 站可以進(jìn)行調(diào)節(jié)閥的手動控制。在顯示器的相應(yīng)操作窗口中設(shè)有4個按鍵：HOLD、GO、RAMP UP 和RAMP DOWN。MSR 的運(yùn)行方式由調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)實際情況自動選擇冷啟動或熱啟動方式，然后根據(jù)選擇結(jié)果生成再熱蒸汽溫度整定值，并以此來調(diào)節(jié)通過主蒸汽進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)入第二級加熱管束的蒸汽量。整定值的遞增或遞減則取決于負(fù)荷和啟動方式（冷啟動或熱啟動）。

3 事件分析

3.1 時間序列

11:40，現(xiàn)場準(zhǔn)備給1KCO060AR 電源一送電。11:53，操縱員發(fā)現(xiàn)KIT 中觸發(fā)1GSS105MPD（MSR A 二級再熱器疏水箱疏水流量）低2報警：小于30T/h；后通過模擬盤和DEH 中確認(rèn)1GSS103/106VV關(guān)閉。12:30，在DEH 操作界面中開始手動按照規(guī)程，進(jìn)行二級再熱投運(yùn)操作（如圖1所示）。14:00，全開1GSS103/106VV 完成投運(yùn)操作。20:34，維修完成對1GSS102VV 檢修工作。

圖1 DEH 相關(guān)報警及顯示

3.2 MSR A 二級再熱器退出的影響

MSR 是汽水循環(huán)中非常重要的一環(huán)，二級再熱器解列后，由于進(jìn)入低壓缸的蒸汽參數(shù)降低，應(yīng)關(guān)注機(jī)組效率，避免一回路熱功率超限，調(diào)門開度過大。同時，由于加熱蒸汽減少，需關(guān)注MSR 殼體疏水箱液位，防止液位高導(dǎo)致低壓缸有進(jìn)水風(fēng)險。

3.2.1 對機(jī)組熱效率的影響

MSR A 二級再熱器退出影響機(jī)組熱效率，汽機(jī)調(diào)門開大。本次調(diào)門由44.6%開大至49.8%。主回路熱功率變化不明顯（約2%）（如圖2所示）。

圖2 對機(jī)組熱效率的影響

3.2.2 溫度的變化及影響

由于MSR A 二級再熱器退出，導(dǎo)致其出口溫度下降，影響了低壓缸進(jìn)氣參數(shù)，導(dǎo)致汽機(jī)脹差、A 列二級再熱疏水箱水位、7A 高加水位、3A/B 低加疏水水位等發(fā)生變化。

一是MSR A 二級再熱器出口溫度由約270℃突降至220℃（如圖3所示）。

圖3 MSR A 二級再熱器出口溫度

二是由于低壓缸進(jìn)氣參數(shù)的變化，導(dǎo)致GEN 側(cè)脹差略有變化，重新投運(yùn)GSS 后，恢復(fù)初始值。缸脹，汽機(jī)側(cè)脹差無明顯變化（如圖4所示）。

圖4 汽機(jī)參數(shù)變化

三是故障的A 列GSS 二級疏水箱液位最低下降至200mm，正常疏水閥自動全關(guān)。殼側(cè)疏水箱液位有變化，但未觸發(fā)報警（如圖5所示）。

圖5 A 列GSS 二級疏水箱液位

四是7A 高加液位最低下降至261mm，正常疏水閥自動關(guān)小后，液位恢復(fù)正常（如圖6所示）。由于低壓缸抽氣壓力的變化導(dǎo)致低加殼側(cè)壓力略有下降，殼側(cè)液位略有上漲，3A 和3B 的變化最明顯，自動控制開大正常疏水閥后，液位恢復(fù)正常（如圖7所示）。

圖6 7A 高加液位

圖7 3號低加液位

3.3 事件原因

正常情況下1GSS102VV 處于全開狀態(tài)。根據(jù)1GSS102VV的接線圖，1GSS102VV 在DEH 中的“全開”信號不是直接來自閥門電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開限位，而是來自繼電器的常開觸點。閥門在開閥狀態(tài)時，開閥繼電器得電，其常開觸點閉合，到DEH 的“全開”信號為“OPEN 1”，主控T 盤上十字燈“紅燈”亮；開閥繼電器失電后，其常開觸點打開，到DEH 的“全開”信號為“N_OPEN 0”。1KCO060AR 自動切回到1LKF 供電，電源切換前后，其他閥門的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間約為1s，而1GSS102VV 閥門狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時間約為40min，未采取任何措施的情況下又恢復(fù)正常。

經(jīng)儀控人員分析，本次事件的直接原因是開閥繼電器存在輕微卡澀或觸點接觸阻值過大。1GSS102VV 電源在1KCO 電動閥控制屏上，有定期檢查的PM 項目，但KCO 電動閥控制屏在MX 廠房0m，投運(yùn)至今已運(yùn)行20多年，相較于其他配電盤，KCO 電動閥控制屏的運(yùn)行環(huán)境溫度較高，雖然該繼電器的運(yùn)行環(huán)境溫度是-5～50℃，但長期處于高溫環(huán)境，將加速線圈老化、觸點氧化，導(dǎo)致繼電器故障。

4 結(jié)論

通過這次解列發(fā)現(xiàn)單臺MSR 的二級再熱退出對機(jī)組的影響是可以接受的，且通過機(jī)組的自動調(diào)節(jié)能力能夠補(bǔ)償，但是在夏季效率較差時，需要關(guān)注機(jī)組效率，避免超功率。在進(jìn)行電源切換時，要根據(jù)電源負(fù)載做好風(fēng)險分析，尤其是工作在惡劣環(huán)境下的負(fù)載，設(shè)備狀態(tài)的改變可能導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生瞬態(tài)。鑒于此，電廠維修部門應(yīng)合理安排預(yù)防性維修。