华能福州电厂#6汽机ATT试验失败的原因分析及防范措施

引言

华能福州电厂#6汽轮机是上海电气集团生产的N660-25/600/600、超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、八级回热抽汽、凝汽式汽轮机。控制油系统采用EH高压抗燃油,主汽轮机与给水泵的小汽机共用一套控制油系统,原控制油系统配备两台100%容量的控制油泵,容量为82L/min,一运一备,均为德国博世力士乐公司生产,正常运行EH油压力16MPa。汽轮机控制系统采用西门子最新的sPPA-T3000系统。

1西门子汽轮机阀门活动试验ATT

超超临界机组运行参数很高,高温蠕变、高温氧化皮、固体颗粒腐蚀等因素可能造成汽轮机阀门的卡涩,留下严重的安全隐患。为验证各汽门能否正常关闭,跳闸电磁阀能否正常动作,防止和及时发现汽轮机主汽门及调门阀门卡涩缺陷,根据二十五项反措规定,汽轮机必须定期进行阀门活动试验。

西门子公司要求汽轮机ATT试验时负荷低于80%,DEH系统工作正常,汽轮机运行工况稳定,各辅助系统运行情况良好,参数稳定。整个试验过程通过DEH的顺序控制逻辑sGC实现。试验过程中某个阀门从全开状态向全关状态动作时,一个独立的定时器会工作,记录该阀门的关闭时间,并判断时间是否合格。在DEH上投入sGC子组控制后,汽轮机阀门活动试验开始,试验顺序如下:

(1）A侧高压调门的阀限自动设定为0,该调门逐渐关闭,同时B侧高压调门自动打开,维持机组负荷不变。

(2）A侧高压调门全关后,进行A侧高压主汽门的活动试验:主汽门的两个跳闸电磁阀分别动作1次,高压主汽门全程活动2次。

(3）A侧高压主汽门全关后,进行A侧高压调门的活动试验:调门的两个跳闸电磁阀分别动作1次,高压调门全程活动2次。

(4）A侧高压主汽门和高压调门试验完毕,主汽门自动全开,A侧高压调门缓慢打开,B侧高压调门缓慢关小,恢复至试验前状态。

(5）继续顺序进行B侧高压主汽门和高压调门、A侧中压主汽门和中压调门、B侧中压主汽门和中压调门试验。

2油动机结构

西门子汽轮机油动机设计思路严谨、简约,油系统较为简洁,故障点较少,可靠性高。但也存在油路测点少,缺乏油路故障自动判断及快速隔离故障能力的问题。660Mw西门子汽轮机阀门包括A/B侧高压主汽门和高压调门、A/B侧中压主汽门和中压调门以及一个补汽阀,共计9个阀门,所有阀门均由油动机控制开启和关闭,EH油直接从EH油供油母管供应到汽轮机油动机,油路控制回路集中在油动机本体上,各油动机控制回路独立布置。

以调门油动机为例:从供油系统来的EH油经过过滤器后分为两路,一路到跳闸电磁阀,一路到调门电液伺服阀。跳闸电磁阀共两只,冗余配置,接收汽轮机保护系统来的信号。汽轮机正常运行时,跳闸电磁阀为带电状态,大小单向阀保持关闭状态。电液伺服阀接收控制系统来的信号,根据需要将EH油通到活塞进油腔室,克服弹簧力作用开大阀门,或将EH油从油缸进油腔室中放出,使阀门在弹簧力作用下关小。控制系统接收阀门的位置反馈信号,和阀门的指令信号比较,发出指令到电液伺服阀,从而精确地将阀门控制在所需开度。

跳闸电磁阀接收到保护系统的跳闸信号后失电,失电的跳闸电磁阀接通泄油回路,使小单向阀的压力油泄压,进而使小单向阀打开,小单向阀打开后将大单向阀的压力油接通泄油通道,导致大单向阀打开,大单向阀连接着油动机油缸活塞的上下腔室,使活塞上下腔室接通,同时连接泄油通道,进油腔室的油也回到泄油通道,活塞两边油压相等,油动机在弹簧力的作用下迅速关闭,整个油动机的关闭时间<200ms。

3一起典型事件

9月11日,#6机组在ATT试验时,异物卡涩#1高压调门跳闸电磁阀1进油节流孔导致机组跳闸。

3.1事件过程

9月11日12:08,6号机组510Mw,主蒸汽温度602℃,主蒸汽压力20.8MPa,再热器温度583℃,A/C/D/E/F磨运行。开始执行定期工作ATT主机阀活动试验。12:09:55,左侧高压调门跳闸电磁阀1动作,调门全关:12:10:38,控制油A泵出口压力<13.5MPa(135bar）,A泵异常报警:12:10:39,控制油A泵出口压力13.4MPa(134bar）,母管压力13.2MPa(132bar）,A泵出口压力<13.5MPa(135bar）,联锁启动B泵:12:11:03,A泵出口压力16.0MPa(160bar）,母管压力15.9MPa(159bar）,B泵出口压力16.0MPa(160bar）,A、B泵出口压力>16.0MPa(160bar）,联锁停A泵:12:13:23,运行人员复归油泵A泵异常报警,此时,A泵出口压力0,母管压力10.3MPa(103bar）,B泵出口压力10.4MPa(104bar）:12:13:26,母管压力10.2MPa(102bar）,B泵出口压力10.4MPa<13.5MPa(104bar<135bar）,联锁启动A泵:12:13:33,母管压力<10.5MPa(105bar）,延时5s汽机跳闸,锅炉MFT。

3.2原因分析

解体检查#1高压调门跳闸电磁阀1,发现在电磁阀节流孔前有15mm长、1mm宽的异物（橡胶密封圈残片）。解体检查高压油动机控制油模块内的单向控制阀、伺服阀入口滤网、油动机进油滤网、EH系统回油滤网均正常,吊出A/B控制油泵电机,检查两台控制油泵联轴器也正常。

ATT试验中异物堵塞跳闸电磁阀1的节流孔后,当试验进行到跳闸电磁阀1失电动作时,调门能顺利关闭,但恢复过程中,因异物堵塞跳闸电磁阀无法接通油路,导致小单向阀的压力油压无法建立,小单向阀保持打开状态,进而使大单向阀的压力油与泄油回路接通,大单向阀也是打开状态,该调门油动机油腔内外油压泄掉,且进油腔室与泄油回路连接,弹簧力使调门关闭,反馈始终为0,此时一旦调门存在开启指令,则调门伺服阀动作开始进油,而EH油还未进入油动机进油腔就被泄走,调门无法开启,调门指令和反馈的偏差会持续存在并不断扩大,调门控制回路会控制伺服阀的油流量越来越大,并全部通过泄油回路返回EH油箱,导致EH油母管压力迅速下降,加之EH油泵容量偏小,两台EH油泵运行仍无法维持EH油压,当EH油压降至10.5MPa后延时5s汽轮机跳闸。

3.3事件暴露的问题

跳机事件的直接原因是控制油压低于保护值。事件暴露了以下问题:

（1）EH油系统存在杂质。

（2）DEH控制系统在出现跳闸电磁阀故障或单向阀故障时无法自动判断故障。

（3）国产油动机配件质量水平有待提高。

3.4采取的防范措施

为避免汽轮机正常运行中或ATT试验中EH油压下降造成跳机事故,针对跳机事件暴露出的问题,采取了以下预防措施:3.4.1修改优化DEH逻辑,增加故障自动判断及隔离功能

因目前DEH无法监视单向阀前油压及单向阀状态,经论证后采取了以下逻辑优化:

（1）增加ATT试验时DEH检测到控制油母管压力异常同时调门指令反馈偏差大时,发出信号将调门伺服阀指令清零的逻辑。当母管压力>15.0MPa（150bar）,延时30s,才允许投入子环恢复。

逻辑保护条件:（逻辑关系"与"延时5s）两个跳闸电磁阀输出带电指令:调门指令>8%:实际调门全关:油压<14.0MPa（140bar）:调门ATT试验进行中（补汽阀属于MAA1高压主汽门1、调门1组）:

逻辑保护结果:将伺服阀指令置零:将调门阀限降至-5%。

未设计做主汽门活动试验时跳闸电磁阀卡涩主汽门无法开启,自动带电关闭前导阀的逻辑,是因为前导阀管路内有节流孔,即使发生跳闸电磁阀故障,泄油量也不会很大。曾利用停机机会在#5机做试验,主汽门跳闸电磁阀失电关闭,前导阀失电开启情况下,控制油压由16.1MPa（161bar）下降至15.7MPa（157bar）,控制油泵电流由29A上升至43A,对油压的影响不是很大。

（2）增加主汽门及调门跳闸电磁阀断线等导致电磁阀失电时将阀位置零逻辑。

1）主汽门逻辑保护条件:（逻辑关系"与"）任一跳闸电磁阀无指令输出:有且只有一台控制油泵运行（为躲过顺控启动控制油系统的注油过程,当两台控制油泵同时运行超过4s时,跳闸电磁阀无指令输出,不会关闭前导阀。）逻辑保护结果:开启前导阀电磁阀,关闭前导阀（前导阀带电关闭,切断供油）。

2）调门逻辑保护条件:任一跳闸电磁阀无指令输出。逻辑保护结果:将伺服阀指令置零:将调门阀限降至-5%。

3.4.2加强运行人员的培训,制定ATT试验措施

运行部加强运行人员培训,提高异常状态应急处置水平。做好事故预想,在油动机出现类似情况时,能及时中断试验或隔离故障油路,避免机组跳闸,并制定ATT试验时的运行措施。

三期ATT试验每个阀门组分开逐个执行,按顺序#1高压、#2高压、#1中压、#2中压阀门组活动试验,补汽阀暂不执行:做阀试验前现场确认控制油系统运行正常,各主汽门、调门正常:试验前与主控做好联系,保持通信畅通,将对应的供油手动门手柄装好后,开始该组阀试验,如遇跳闸电磁阀故障、单向阀卡涩等异常情况造成大量泄油,控制油压下降,逻辑动作不正常,未能将故障点切除时,及时关闭该组阀门供油手动门。试验完毕取下手柄。

3.4.3控制油系统扩容改造,提高控制油系统稳定性

将6A、6B控制油泵改为博世力士乐新的大容量油泵,流量由82L/min升级为103L/min,并由油箱内改为卧式外置于油箱旁,泵溢流管连通至油箱:6A、6B控制油泵入口处各增加一个入口滤网以及一个手动隔离球阀。

3.4.4加装高性能抗燃油系统在线滤油机

为了使EH控制油的各项指标（如水分、颗粒度、酸值、电阻率等）均能符合相关标准要求,在#6汽机的抗燃油系统上安装1套在线滤油装置KZTZ-2,替换原只有脱水效果真空滤油机。可对运行中抗燃油进行再生、脱水、净化,除去油品老化劣化产生的有害酸性产物、胶质、水分及油中的机械杂质等,保持油品性能的长期稳定,可使油品性能指标充分满足调速系统设备安全运行的要求。

4结语

综上所述,国产西门子油动机配件可靠性不高、EH油设计容量偏小及西门子DEH系统保护逻辑不完善等问题,导致了福州电厂#6机组跳机事件,福州电厂针对性采取逻辑优化、技术改造、运行人员技能培训、加强油质管理及设备清洗等措施,有效消除了ATT试验过程中的安全隐患,事实证明在ATT试验过程中发生故障导致EH油压下降时,能及时隔绝故障并迅速恢复正常,未造成事故扩大,说明防范措施是合理和可行的,为其他同类型机组提供了借鉴经验。