（深能合和电力（河源）有限公司 广东河源 517000）
摘要：根据电厂汽轮机启动过程中出现转速突升的现象，从启动时冲转原理出发，分析转速突升的原因及危害，根据实际情况作出具体整改措施保障机组安全。
关键词：汽轮机；高压缸启动；转速；突升；对策
1 概述
广东河源电厂2×600MW超超临界机组系哈尔滨汽轮机厂引进三菱技术生产制造的超超临界压力汽轮机，型号为 CCLN600-25/600/600，超超临界、单轴、两缸两排汽、一次中间再热、凝汽式汽轮机汽轮机，采用高压缸启动方式，高压主汽门方式冲转，转速达到2900RPM时切换到高压调门控制升速、带负荷。汽轮机调节系统为高压抗燃油型数字电液调节系统（简称DEH），电子设备采用了ABB北京贝利控制有限公司的Symphony系统，液压系统采用了哈尔滨汽轮机控制工程有限公司成套的高压抗燃油EH装置。
2 汽轮机冲转过程介绍及案例
2.1冲转过程介绍
机组启动过程中，炉侧升温升压结束，蒸汽参数即主蒸汽温度、压力、蒸汽品质、润滑油温度等指标均已满足要求的条件下汽轮机方可进行冲转。本机启动时采用通过高压主汽门TV控制进汽量的高压缸启动方式。汽轮机挂闸指令发出后，危及遮断阀关闭、AST电磁阀关闭，OPC、AST、薄膜阀油压建立，汽轮机各高压主汽门、高压调门、中压主汽门、中压调门执行机构建立油压，具备正常动作条件。由于中压主汽门IV没有伺服阀，在执行机构油压建立后中压主汽门随即开启。运行人员发出开机指令RUN命令后，四个高压调门门、四个中压调门全开，汽轮机准备冲转。通过DEH画面设定目标转速和升速率，选择GO命令后，转速给定按照事先设定的升速率向目标值爬升，转速PID在偏差的作用下输出增加，开启高压主汽门TV，汽机实际转速随之上升。当转速给定与目标值相等时，程序自动进入HOLD状态，等待运行人员发出新的目标值。动作过程中参数控制如下表所示：
2.2 事件描述
2.2.1 热力系统简介
主蒸汽通过两个主汽阀和四个调节阀进入汽轮机的高压缸。然后，主蒸汽从高压缸排出并流回再热器进行再加热，再加热蒸汽通过两个再热主汽阀和四个再热调节阀进入中压缸。中压蒸汽通过中压通流做功之后，由连通管进入低压缸，然后流经低压缸，最终排入凝汽器。其中高压缸排汽除返回再热器加热外，还供小机调试用汽、二号高加抽汽、辅汽联箱供汽三部分，具体见图一所示：
图一
2.2.2 事件经过
冲转前机组主汽压力：8.53MPa，温度：476℃，汽机挂闸，挂闸后发现RSV1无法打开，RSV2正常打开，经分析怀疑RSV1存在卡涩（以前机组启动出现过类似现象），尝试通过打开GV和IV通过压力平衡解决此问题，汽机挂闸，打开GV和IV后，在主汽门关闭的情况下，汽轮机转速快速上升，在1分钟之内由3rpm快速冲转至近1900 rpm，升速过程中RSV1打开，在其后的约5分钟时间内汽机转速继续上升并超过3000rpm，后发出汽机打闸指令，转子转速最高上冲至3037rpm，后转入惰走下降过程，在整个过程中，机组振动、轴瓦温度、胀差、轴位移等正常，未发生异常现象。
3事件原因与危害性分析
3.1事件原因分析：
图三
机组正常启动中通过主汽门控制蒸汽量从而达到控制转速的目的，由上述启动冲转过程可知，当汽轮机挂闸后中压主汽门全开。由图一所示，汽轮机高压缸排汽至锅炉再热器加热后进入汽轮机中压缸做功，其中有一部分蒸汽引至辅助蒸汽联箱供汽，而辅汽联箱与另一台机组相连，在汽轮机冲转前存在0.8-1.0Mpa的蒸汽供给。正常情况下汽轮机未冲转前再热器应无压力，若此时锅炉再热蒸汽侧存在蒸汽势必会通过中压缸全部进入汽轮机来推动汽轮机转子转动，而冷再至辅汽供汽逆止门不严或失灵将使再热器带压，汽轮机挂闸后蒸汽通过RSV和IV进入汽轮机，推动汽轮机，导致转速快速上升。此次汽轮机冲转时转速与再热器压力对应关系如下图三所示：
由图三不难看出，随着转速的快速突升，再热器压力快速下降，说明再热器内蒸汽在汽轮机挂闸后通过中压主汽门、中压调门全部进入汽轮机中压缸做功而导致转速无法控制达到每分钟近1900转的升速率，远远超过规定的300rpm的升速率。而当汽轮机打闸后所有主汽门、调门关闭，汽轮机转速下降，再热器压力重新回到0.8MPA，这也从侧面印证了此次汽轮机转速突升与再热器压力有关。究其根本原因，此次再热器带压是阀门存在故障所致，辅助蒸汽通过冷再供辅汽管道逆向窜入再热器，此管路中设有单向逆止门（只能冷再供辅汽），但逆止阀失效，导致蒸汽逆向进入再热器中，导致再热器带压。而机组保护逻辑及规程亦存缺陷，保护逻辑及操作规程未对汽机冲转条件涉及再热汽压力参数作细致的限制，导致冲转过程中忽略了此点。
3.2危害性分析
3.2.1 转速突升对轴系安全性影响
此型汽轮机发电机组轴系由高中压转子、低压转子、发电机转子及励磁端轴承组成，轴系转子间刚性连接，每根转子均有两个径向轴承支撑，整个轴系有一个推力轴承，它们均是强迫润滑型的。高中压转子的径向轴承，采用无扭转4瓦可倾瓦支撑轴承，增强抵抗由于调节级负荷变化引起的蒸汽力的能力，提高轴系稳定性。低压缸采用2瓦可倾瓦轴承，具有良好的对中性能。推力轴承是自位式京士伯里型轴承，发电机转子两端和励磁端轴承采用椭圆瓦式轴承。当汽轮机转速快速上升超过规定的升速率时，对轴瓦以及油膜的稳定将带来巨大风险，此种形式的轴承在对升速率高达1900rpm/min的升速过程中经受住了考验，其转速与轴承金属温度对应曲线如下图四所示：
图四
汽轮机不能按预定的目标转速及升速率进行升速时，其转速极易落入汽轮机轴系共振区域内，引起汽轮机振动增大甚至设备损坏。哈尔滨汽轮机厂生产的CCLN-25/600/600x型汽轮机的共振区域较为密集，当实际转速在700-900RPM，1300-1700RPM，2100-2300RPM时，转速进入临界区，机组振动加大，故汽轮机在启动过程中必须根据不同的启动工况及缸温以合理的升速率通过这些临界转速区域。从上图可以看出，当汽轮机转速突升过程中，快速通过临界区，此过程轴承振动值最大到74μm，轴承金属温度最高达73℃，由于此次机组启动为极热态启动，本身缸体与转子温度较高，动静间变形量小，应力分布比较均匀，故此次转速突升未对汽轮机轴系造成过大伤害。
3.2.2.转速突升对汽轮机本体安全的影响
在高压缸启动方式中，完全是由TV控制进入汽轮机的蒸汽量来达到升速暖机的目的，再热器带压后蒸汽必然通过RSV、IV 进入到汽轮机即使没有造成转速飞升也必将破坏高中压缸的流量分配比例，使高压缸进汽流量偏小，降低了启动过程中的暖机效果，同时还有可能引发因高压缸排汽温度过高而使机组跳闸、高压缸未级叶片过热等危害。此次转速快速突升过程中由于高压缸没有进汽，中低压缸炙热的转子与缸体受到冷却导致中低压转子冷却收缩变形大于缸体，加上转子快速突升的泊桑效应最终导致汽轮机转速突升过程中胀差呈现下降趋势。而轴向位移在转速突升过程中出现急降趋势，这是由于对称布置的高中压缸只有中压缸进汽瞬间进汽后轴向推力短时不平衡所致，好在中压缸进汽量及参数比较低，通过推力轴承克服了这部分不平衡，最终使得轴位移在轴承范围内未对动静部件造成损坏。此外，由于转速快速升高时间较短，高压缸内鼓风摩擦通过高压缸排汽温度升高2℃可以判断此次转速突升未对高压缸末级叶片造成过大伤害。
4 防范改进措施
1）为避免汽机启动时再热蒸汽压力超标，在DEH逻辑中，增加“再热蒸汽压力≤0.05MPa”作为汽机运行的允许条件。
2）应继续对启停机操作票进行细化（包括启机前的参数确认）。值班员在操作过程中，应严格执行操作规范。
3）择机对冷再至辅汽联箱供汽管道逆止门进行检查维修，消除安全隐患，保证逆止门安全可靠。
5结论
汽轮机在采用高压缸启动方式时，转速不受控现象的基本原因除去高压主汽门调节异常引起的原因外，再热器带压是导致转速突升的根本原因，为在汽轮机冲转阶段、转速突升给汽轮机本体带来巨大伤害，当出现转速自行上升时，应进行综合表计分析，禁止盲目升速，如分析GV动作是否灵活等。在升速过程中，如果转速不能按照预先设定的升速率进行升速，应果断将机组打闸，查明原因并彻底解决后再进行机组重新启动。
此次转速突升事件发生在汽轮机极热态启动过程中，汽轮机各部件变形量较小，应力分布较均匀，发生转速突升后果断打闸，未对汽轮机本体造成巨大伤害，通过此事件发现无论是控制逻辑上还是日常操作规程中均出现了疏漏的地方，希望对同类型机组起到一定参考作用。
参考文献：
[1]河源电厂运行部．广东河源电厂集控规程[S].2016．
[2]河源电厂检修部．广东河源电厂控制逻辑说明[R].2016．
[3]沈士一.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社.1992．
论文作者:徐叶兴1,黄志彬2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/6/1
标签：汽轮机论文; 转速论文; 高压论文; 蒸汽论文; 机组论文; 转子论文; 中压论文; 《电力设备》2018年第2期论文;