摘要：在电厂的集控运行中，作为核心部件的汽轮机的安全性、稳定性和工作效率将对发电厂的发电效率和实际效益产生很大影响。在实际生产中，为了避免影响汽轮机安全性和工作效率的问题，有必要在电厂的集控运行中开展优化汽轮机的工作，使汽轮机能够长期安全高效运行，确保发电厂的发电效率和运行效率，从而满足社会对电能的需求
关键词：电厂集控运行；汽轮机；优化策略
一、电气集控运行技术分析
电气集控技术可以为电厂带来许多有利条件，主要是因为电厂经常受到生产过程中某些因素的影响，导致生产事故。但是，电力集中控制技术在电厂的应用可以有效减少事故的发生。实际上，电气集中控制技术主要控制子系统的电压和电能，并起到一定的保护作用，以避免异常情况。同时，必须对子系统下属和系统进行监控，包括：数据采集、故障发现和记录，以及性能控制和检测。此外，电气集中控制技术可用于各种数据记录，这提供了依据用于未来的维护和加工，保证良好的性能和经济效益。
二、汽轮机工作原理及其分类
汽轮机是一种表面设有大量叶片结构的旋转式蒸汽动力装置，该装置主要将蒸汽的热能转化为机械能，从而驱动发电机进行发电。具体过程为：锅炉将其内部的水加热后变为水蒸气，由于液体向气体转化的过程中体积快速膨胀，因此蒸汽沿管路加速进入汽轮机，并从一定角度的喷嘴中快速喷向汽轮机叶片，推动汽轮机叶片旋转，从而实现了热能到旋转机械能的转化。汽轮机在发电厂里有着重要的地位，只有保证汽轮机的正常工作才能顺利产生电能，保障社会的进步，居民的正常生活。市面上的汽轮机有多种不同的结构，结构的不同导致它在正常运行时的的工作效率也不一样，每种汽轮机的工作原理也不一样，这就要求技术人员要充分了解不同的汽轮机的工作原理。汽轮机大致的种类在下文中有详细介绍：①从电厂汽轮机的结构功能出发，可以分为单级和多级，单缸和多缸，单轴与双轴汽轮机。②汽轮机的种类有很多，如果是单纯的将其按照工作原理分，可以分为以下几种：速度式汽轮机、冲动式汽轮机、反动式汽轮机。这几种汽轮机的大致区别在于膨胀位置产生的不同，首先是速度式汽轮机，这种汽轮机是由蒸汽在喷嘴中膨胀的，其次是冲动式汽轮机，这是在各级碰嘴处及静叶部位所产生膨胀的，最后是反动式汽轮机，此类是静叶、动叶均发生膨胀的，其相同点是膨胀之后所产生的动能在汽轮机上进行应用。③依据汽轮机热力特性的不同，可把汽轮机细分为：蒸汽式汽轮机、供热式汽轮机、背压式汽轮机、抽汽式汽轮机以及饱和蒸汽式汽轮机。
三、电厂集控运行中汽轮机运行问题分析
3.1汽轮机轴承损坏
轴承是汽轮机运转的重要零件，也是其拖动发电机运转的主要支撑部分。但是，若是工作时间过长，受到长期振动、摩擦和高温的影响，汽轮机的轴承会出现一定的裂纹，从而影响到了轴承的运转质量。同时，由于长时间不清理，轴承室内也会存在一定的杂质，轴承润滑的油脂也会因为变质而失去其原来的润滑作用。此外，质量问题也是导致汽轮机轴承损坏的一个重要原因。若是内部部件质量无法保证，则在工作中，汽轮机内部的高温环境会对轴承产生很大的影响。轴承损坏是汽轮机的重要故障之一，很多情况下，一些微小的故障若是没有及时发现，轴承的损坏会因为进一步的高强度工作加速恶化，从而可能引发大的安全事故。
3.2真空异常
3.2.1 真空过低
当真空随热负荷的增加而下降，基本上可判断为凝汽器的热负荷过高造成。由于机组的调节汽门疏水、各级抽汽逆止门疏水、轴封加热器疏水以及两端汽封疏水均经本体疏水扩容器进入凝汽器，增加了凝汽器的换热强度，当机组抽汽量增加或循环冷却水量不足或虽冷却水量一定但因其水温较高时，就都会导致凝汽器真空度下降。
真空随机组的电负荷的增加而增高。基本上可定为机组的末段抽汽至低压加热器管、阀泄露或低压加热器的空气门及其疏水系统泄露或汽机后轴封漏空气造成。当机组在低电负荷时末端抽汽为微负压，此时若该抽汽系统或与之相连的低压加热器有泄漏点就会造成机组的真空降低。
3.2.2 真空过高
当主蒸汽压力和温度不变，凝汽器真空升高时，蒸汽在汽轮机内的总焓降增加，排汽温度降低，被空气带走的热量损失减少，机组运行的经济性提高；但要维持较高的真空，在进入凝汽器的空气温度相同的情况下，就必须增加真空泵或者循环水出力，增加耗电量，因此，机组只有维持在凝汽器的经济真空下运行才是有利的。所谓经济真空，就是通过提高凝汽器真空，使汽轮发电机多发的电量风机等多消耗的电量的差达到最大值时的凝汽器真空。另外，真空提高到汽轮机末级喷嘴的蒸汽膨胀能力达到极限（此时的真空值称为极限真空）时，汽轮机发电机组的电负荷就不会在增加了。所以凝汽器的真空超过经济真空并不经济，并且还会使汽轮机末几级叶片蒸汽湿度增加，使末几级叶片的湿气损失增加，加剧了蒸汽对动叶片的冲蚀作用，缩短了叶片的使用寿命。因此，凝汽器的真空升的过高，对汽轮机的经济性和安全性也是不利的。
3.3油液质量不佳
油液质量不佳时造成汽轮机油系统故障的主要原因之一，主要表现为油液中颗粒物以及水分子含量过高，远远超过了汽轮机正常运转的范围。在油液中水分含量过高的情况下，很容易造成油质乳化问题，而在该情况下，油液将难以发挥出其预定作用。以润滑油为例，其在乳化的情况下，粘度将大幅度降低，容易造成轴承部件中油膜的破坏，一旦出现该问题，轴承转动过程中可能出现摩擦增加的问题，严重时可能出现干摩擦现象。另外，由于油液的乳化，其防氧化作用也会大幅度降低，会导致保安系统锈蚀，严重时将降低相应构件活动的灵敏性，甚至可能出现保护拒动。
3.4汽轮机组振动过大
电厂汽轮机设备的机组振动过大问题，是汽轮机故障中较难处理的问题之一，而造成这种现象的主要原因有以下几种：第一，汽轮机组中的叶片发生损坏；第二，汽轮机连接部位的螺栓安装不牢固；第三，汽轮机运行时使用的润滑油质量不高，甚至含有大量的杂质。这些都会造成汽轮机组发生故障，一旦汽轮机在运行中机组振动过大，就会对其轴承座和汽缸连接部等带来伤害。
四、电厂集控运行中汽轮机运行优化策略
4.1汽轮机轴承损坏的优化策略
为了保障汽轮机工作的安全性，首先就需要严格按照相关标准，生产或者采购质量有保证的轴承。同时，对于电厂工作人员，也要在工作之前，对轴承進行重点检查，仔细检测是否有裂纹等损坏现象。若是发现问题，需要及时上报，并更换轴承。而在平常的工作中，也要做好汽轮机轴承的防护工作，避免其损坏。可以将防轴电流装置安装在轴承的相关环节上，并需要对轴承周围温度进行严密监控，避免温度过高对轴承造成的损坏。当轴承在检修工作中被发现有故障时，就需要做好维修工作，及时排除故障。在故障排除工作中，必须保证安全，工作也必须在装置完全关闭下进行。
4.2真空调整策略
1000MW级机组一般采用汽机四缸四排汽，双凝汽器布置，凝汽器采用双背压运行方式，分高压凝汽器及低压凝汽器。循环水泵采用高低速型泵，循环水冷却塔使用高位水塔布置，有利于降低噪音。为保障机组真空运行在经济真空范围内，即通过提高凝汽器真空，使汽轮发电机多发的电量风机等多消耗的电量的差达到最大值时的凝汽器真空，要求机组真空不能过高也不过低。
4.2.1真空过低优化
某电厂两台机组共有6台循环水泵，夏季环境温度高，机组真空下降，高负荷下需启动备用循环水泵维持机组真空，低负荷下可停运备用循环水泵，经研究发现单机负荷800MW左右时，停运一台循环水泵，主机真空及厂用电率对机组的影响基本持平。机组低负荷时，停运一台循环水泵对机组降低厂用电率有一定潜力。为在保证机组安全运行的前提下最大限度发挥机组节能潜力，循环水泵夏季运行优化运行方式如下：
1.双机运行总负荷曲线持续低于1400MW（或单机运行负荷曲线低于700MW）5h以上时，机组降负荷过程中，单机负荷低于700MW时停运一台循环水泵，投入联锁备用，保持单机循环水泵两运一备运行方式。
2.单机加负荷至600MW，且负荷曲线显示要持续加负荷时，启动备用循环水泵，保持三台循环泵并列运行方式。
4.2.2真空过高优化
冬季环境温度低，循环水温度低，为防止主机真空过高时，可能由于低压缸强度不足导致机组振动突升情况发生。为保证安全的情况下，维持机组经济运行，某电厂特对真空系统运行方式优化如下：
1.当低压凝汽器背压低于3.0kPa时，打开真空泵联络门，凝汽器倒为单背压运行方式。
2.倒为单背压运行方式后，当凝汽器背压继续低于3.0kPa时，停运一台真空，保持单真空泵运行，停运真空泵投一台联锁备用。
3.单真空泵运行方式，凝汽器背压继续低于3.0kPa时，就地关小运行真空泵冷却水隔离门或关小运行真空泵入口手动隔离门，保持两侧凝汽器背压在3-3.5kPa范围内运行。
4.如运行真空泵冷却水隔离门开度较小，背压仍难维持高于3.0kPa时，适当关闭循环水冷却塔部分钢闸板门。
4.2.3真空异常下降处理措施
机组正常运行中，凝汽器真空异常下降原因如下：
1）循环水量不足或中断。
2）凝汽器冷却水管脏污或结垢。
3）凝汽器水位控制失常，凝汽器满水。
4）真空系统泄漏或真空泵工作失常。
5）轴封系统工作失常。
处理：
1）发现真空（背压上升）下降，应对照低压缸排汽温度表进行确认。只有真空降低同时排汽温度相应升高，才可判断为凝汽器真空真正下降。
2）凝汽器真空下降时，应根据低压缸排汽温度升高情况，开启低压缸喷水电磁阀，控制排汽温度不超过90℃（空负荷排汽温度≯120℃）。
3）因凝汽器真空过低（背压上升）紧急停机时，立即关闭高、低压旁路，并切断所有进入凝汽器的疏水。
4）因循环水中断或水量不足引起的真空下降（背压上升），应立即查找原因并处理。如循环水全部中断，应立即打闸紧急停机，待凝汽器排汽温度下降到50℃左右时，经请示总工程师同意后方可允许向凝汽器通循环水。
5）若轴封压力低，应调整轴封汽母管压力至正常值。如溢流调节阀失控，应关小调节阀前隔绝阀。如系轴封调节阀失控，应开启调节阀旁路。如系轴封汽温低，应开启疏水门，查看并关闭轴封汽减温水门。必要时可切换冷再蒸汽或辅助蒸汽供轴封用汽。
6）因凝汽器水位高引起的真空下降（背压上升），应查明原因，及时设法降低凝汽器水位。
7）检查真空泵入口门应开启，分离器水位应正常，如果真空泵运行不正常影响真空，则应启动备用真空泵运行，停运故障泵，并关闭进气手动门。
8）对真空系统的设备进行查漏和堵漏。如轴封加热器、汽泵密封水回收水箱、凝结水泵密封不正常，应注水。破坏真空门不严密，应关严并注水。真空系统有关阀门（仪表排污门、水位计排放门）等误开，应立即关闭。
9）对小汽机排汽侧进行检查。如小机排汽侧真空低影响凝汽器真空，应紧急堵漏，否则停机处理。
10）当凝汽器内背压升至高一值，确认备用真空泵自启。
11）背压每上升1kPa，应降低负荷100MW。
12）当凝汽器背压升至高二值，汽机跳闸。
4.3油液质量不佳的优化策略
油液乳化多是因为水分含量较高，在出现剧烈搅拌的情况下，很容易出现乳化问题，且高温作用下空气与油液的反应也可能造成油液乳化。为避免油液乳化，有必要对油液的含水量进行合理控制，坚决杜绝油箱进水问题。重点需要对冷却水漏入以及轴封漏气进行防控。对此，必须加强对冷却水压力的查验工作，要确保冷却水的压力满足相关规范（即低于油液压力）。同时需要加强汽轮机轴封性能的检测，确保其密闭性能良好。应该定期做好油箱底部水分清除工作，在清洗油系统之后，需要及时清除系统内部残余水分，尽可能降低油液中水的含量，以保障油液质量。
4.4振动过大的优化策略
要避免汽轮机组振动过大问题，首先，需要对断裂的叶片进行修复，避免出现不平衡现象；其次，按照相应的操作规程严格执行每一环节；最后，确保汽机启停符合工作流程，加强对汽轮机振动情况的系统监视，将振动参数控制在合理的范围内，并在机组中安全相应的保护装置。
4.5主、再热蒸汽的优化策略
作为超超临界机组采用高蒸汽参数，额定主汽压28MPa，主蒸汽温度600℃，再热蒸汽温度620℃，能有效提升机组经济性。
在汽轮机正常运行中，不可避免地会发生蒸汽参数短暂地偏离额定值地现象。当偏离不大，没有超过允许范围时，不会引起汽轮机部件强度方面地危险性，否则，会引起运行可靠性和安全性两个方面地问题。
当初始压力和排汽压力不变时，主蒸汽温度变化使得整个热循环热源温度变化，循环热效率变化。主蒸汽温度升高，机内理想焓降增大，做功能力增强。相反，主蒸汽温度降低时，做功能力降低，效率降低。
在调节汽门全开的情况下，随着初温的升高，通过汽轮机的蒸汽流量减少，调节级叶片可能过负荷。随着温度升高，金属的强度急剧降低。另外，在高温下金属还会发生蠕变现象。所以猛烈的过载或超温对它们都是很危险的，目前，制造厂都规定了温度高限，一般不超过额定汽温5～8℃。
在调节汽门开度一定时，初温降低则流量增大，调节级焓降减少，末级焓降增加，末级容易过负荷；另外，初温降低，则排汽湿度增大，增大了末级叶片的冲蚀损伤；初温降低，还会引起轴向推力的增大。因此初温降低，不仅影响机组运行的经济性，而且威胁机组的安全运行。为保证安全，一般初温低于额定值15～20℃时，应开始减负荷。
在调节汽门开度一定时，当初温和背压不变而初压升高时，汽轮机所有各级都要过负荷，其中末级过载最严重，同时初压升高对汽轮机管道及其他轴压部件的安全性也会造成威胁。初压降低时，不会影响机组的安全性，但机组出力要降低。因此，运行中主蒸汽压力的要求按机组规定压力运行，特别是滑压运行机组要严格按照变压运行曲线维持机组运行。
结束语
目前，中国的环保工作力度不断加大，为了更好地满足社会环保需求和增加电能需求，提高现有火电机组发电效率是最有效的方式。本文以电厂为研究对象，针对汽轮机运行问题提出了相应的优化策略。促进汽轮机组的高效稳定运行，有助于提高发电效率和运行效率，具有重要意义。
参考文献：
[1]吴志敏.电厂汽轮机运行中的常见问题及解决对策[J].中国高新技术企业，2017.
[2]张宝东.试论电厂汽轮机运行中的故障及其处理对策[J].企业技术开发，2016.
[3]陈胜利，荆涛.排汽压力对汽轮机运行优化试验结果的影响研究[J].热力发电，2016.
论文作者:胡友伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：汽轮机论文; 凝汽器论文; 真空论文; 机组论文; 蒸汽论文; 负荷论文; 轴承论文; 《电力设备》2019年第8期论文;