某汽轮机一次高压调节阀高位卡涩原因分析及应急措施

时间：2024-07-28

龚利，孙改玲

(湖北华电江陵发电有限公司，湖北荆州 441041)

龚利，孙改玲

(湖北华电江陵发电有限公司，湖北荆州 441041)

介绍了湖北华电襄阳发电有限公司#1机组频繁出现突降负荷的异常现象，经过仔细分析和试验，最终发现是高压调节阀开度超过80%后机械卡涩所致。针对该问题，采取了切实可行的应急措施，取得了继续运行的良好效果，最终停机消除了该缺陷。

300 MW汽轮机；负荷突降；高压调节阀；高位卡涩

0 引言

湖北华电襄阳发电有限公司一期工程是4台300 MW燃煤机组。汽轮机为东方汽轮机厂生产的N300-16.7/537/537-4型亚临界、一次中间再热、高中压合缸、双缸双排汽单轴凝汽式汽轮机。控制系统为DEH-IIIA型;机组两侧各有1个主汽阀和2个调节汽阀,为了减少阀门提升力,主汽阀和调节汽阀都设有预启阀。主蒸汽通过主汽阀和调节汽阀进入高压缸，再热蒸汽分别通过2个主汽阀和其后的中压调节阀进入中压缸。运行中的高压主汽阀、中压主汽阀、中压调节阀全开，通过高压调节阀来控制进汽量的多少。机组正常运行时机组投入自动发电量控制(AGC),负荷调节范围为180～300 MW,采用单阀调节。

1 故障情况介绍

湖北华电襄阳发电有限公司#1机组在正常运行了15年后,经常出现在没有操作的情况下，负荷从270 MW上下突然降到200 MW上下，降幅一般在70～80 MW。因为负荷瞬时大幅下降，给运行调整带来极大的困难，也带来了安全隐患。由于恰值用电高峰期，且是枯水期，机组调峰任务很重，不能及时安排停机消缺，故公司通过讨论，决定先查找原因。

2 负荷突降特点及原因分析

2.1 负荷突降的特点及危害

通过对负荷突降的历史数据进行趋势分析发现以下特点。

(1)负荷突降的速度快，幅度大。降负荷前，主蒸汽压力、温度，再热蒸汽压力、温度，均在正常范围内。

(2)除机组负荷外，降负荷前后AGC指令、汽机调节阀开度指令、调节阀开度反馈等各项参数基本没有变化。

(3)负荷突降频繁发生。负荷突降一般发生在280 MW以上减负荷过程中，但不是每次减负荷都发生突降。

这种现象一方面对电网造成了一定的冲击，另一方面对机组的安全稳定运行也带来影响。因为机组在运行中瞬时甩掉70～80 MW的负荷，会造成主汽压力大幅上升；汽包水位先大幅下降而后又迅速上升，许多重要辅机的工况也将瞬时发生较大变化。如果甩负荷前压力比较高，安全阀还有动作可能；如果运行人员调整操作不及时，还可能导致机组非停。另外，频繁地突甩负荷，汽机阀门和通流部分的部件所承受的应力快速变化，易引起这些部件的疲劳破坏。这种不可预知的突降负荷对运行人员的监盘、操作带来困难，也给机组的安全运行带来隐患。

2.2 原因分析及诊断

通过查阅相关资料和文献，分析可能引起负荷突然发生变化的原因有：(1)蒸汽参数发生突变[1]；(2)调节阀开度发生变化[2](即进汽量突变)；(3)通流部分发生故障，包括抽气管道出现故障[3]；(4)加热器突然切除。从参考文献可以看出，前3种情况在其他电厂都出现过先例。

故对可能原因逐一进行分析排除。从多次甩负荷的历史记录来看，甩负荷之前，锅炉燃烧工况稳定，上水量正常并且无泄漏，蒸汽参数基本无明显变化，所以可以排除第1种可能。从数字式电液控制系统(DEH)数据来看，调节阀开度、反馈均无明显变化，即不是调节阀突关。若汽机的通流部分发生故障，会伴有机组轴承振动增大，轴向位移增大或抽气压力异常等一系列现象。但事实上，这些相关现象都没有出现，因此可以排除这种可能。至于加热器突然切除，会有抽气逆止门关闭、加热器水位异常等变化，通过观察，各加热器在甩负荷前后并无异常，所以这也不是负荷突降的原因。

经过综合考虑，认为调节阀突关的可能性最大，且反馈很可能没有指示调节阀真实的开度。当锅炉发出调节阀指令,首先送到汽机侧作为调节阀开度指令,这一指令与实际开度(调节阀开度反馈)的差值被送到阀门控制(VCC)卡,VCC卡再把该信号送到高压调节阀的伺服阀,伺服阀再把信号经过两级油路放大后,去控制油动机的进油量,进而控制高压调节阀的开度。如果这个控制过程的传递环节中某一环出现问题，确实会出现这种失控的现象。因此，切除AGC,把炉侧的汽机调节阀控制切为手动，但是甩负荷现象仍然时有发生。即使不投遥控，也就是用汽轮机DEH直接控制调节阀开度时,该异常情况还是会发生，所以可以排除锅炉到汽机之前的通道问题。

继续查找原因，采取了2个措施：一是调出多次甩负荷前后的参数曲线进行分析；二是在监盘时有意识地观察并频繁地(约每隔3 min)记录与这一现象有关的参数(特别是在升降负荷的过程中),如负荷、蒸汽、流量指令、各调节阀指令、反馈甚至VCC卡的传输数据等(因为各调节阀的指令和反馈在电脑上做不了历史趋势，所以只能靠人工记录)，以期比较甩负荷前后这些参数的变化。其中一次负荷突降前后的数据见表1。

通过记录锅炉发出的汽机指令，蒸汽流量、各个调节阀的指令等数据，发现都无异常变化。也就是说，油动机之前的信号传输通道都是正常的。另外通过就地的观察发现，在减负荷的过程中，油动机的动作是正常的。即问题出在油动机到调节阀之间的环节上或调节阀本身有问题。

为了确定是否调节阀的原因，记录了几次甩负荷前后的调节阀指令和反馈数据，发现以下特点。

(1)机组在从高负荷(300 MW左右)向下减负荷时，负荷减的特别慢(但实际设定的降负荷速率并不低)。从表1中可看出，调节阀指令从80.6降到65.8后，汽机负荷才下降了20 MW不到。负荷下降速度明显低于调节阀关闭速度。

(2)甩负荷工况都发生在汽机调节阀指令在65左右，阀门输入在26左右，阀门反馈在46左右，负荷280 MW上下的情况；甩负荷后，汽机调节阀指令、阀门输入、阀门反馈基本没有变化，只是负荷降到了200 MW。

表1 #1机组甩负荷前后部分参数

因此可以判断调节阀反馈和负荷不对应。

造成负荷突降的原因是减负荷关门指令传递不到个别油动机。很可能在开始减负荷的时候，某个或某几个调节阀根本没有响应及时，导致实际减负荷的速度异常缓慢，而在调节阀指令在65左右时，未正常动作的调节阀突然关到该指令对应的正常位置，致使发生负荷突降；有时负荷从300 MW减下来时又一切正常，并不发生甩负荷现象。

另外，还发现异常甩负荷的前提是机组曾带过高负荷，且负荷中心的调节阀指令超过了80。

故判断当负荷指令超过80以后，个别调节阀有可能卡涩在高位。即调节阀在相对过开后，刚开始减负荷时没有真正关小，而是在指令降到65左右的时候，突然关闭到相应位置。

为了验证判断，又做了2次负荷变动试验(先将负荷加到300 MW,然后将负荷减到200 MW)，第1次加负荷时让LDC上的负荷指令超过81，在减负荷时出现了调节阀位置显示与负荷不对应的现象(即调节阀指令反馈显著的小于当时负荷应该对应的调节阀开度)，并且在LDC上调节阀指令65.05，负荷278 MW时甩了负荷。另外一次试验也让负荷到了300 MW，但手动控制LCD上的调节阀指令不超过79，在减负荷过程中，参数的对应关系正常，也没有发生突甩负荷的情况。

3 处理措施及效果

经过上述判断与试验，虽不能确定哪个调节阀有突关现象，但可以制定一个切实可行的防止突甩负荷的应急对策。其中最关键的一点就是将LDC的调节阀指令控制在79以下，以避免调节阀相对过开。热工定值改指令最大值设为78(在LCD调节阀指令到78以后，高压调节阀指令就不能增加，且通过试验证明此措施不影响机组带满负荷)。在设定调节阀指令的上限后，再也没有发生类似的甩负荷故障了，减轻了运行人员的压力和工作量，保证了机组安全运行。

当然，这只是应急措施，彻底消除隐患，还待停机后处理调节阀卡涩缺陷。后在停机检修中发现，#2高压调节阀门杆上部一螺栓已坏，导致其预留的间隙变大，使调节阀在相对过开后开始减负荷时不能关小，而在减到一定程度后，弹簧压力与油压力之差可以克服该阻力时，调节阀突然关到位。