1、全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机133600MW 超临界机组汽轮机中压缸启动及故障分析处理何 辉 吴 强（湖南华电长沙发电有限公司 湖南 长沙 410203）【摘 要】以东方汽轮机厂生产的N600-24.2/566/566型超临界汽轮机为例，介绍了某厂一期工程2台600MW超临界机组汽轮机中压缸启动的过程和特点， 就启动过程中存在的故障进行了分析和处理。【关键词】超临界机组 汽轮机 中压缸启动 故障分析 处理0 引言某厂 2600MW 超临界机组汽轮机为东方汽轮机厂引进日立技术生产制造的超临界压力、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、纯凝汽式汽轮机，型号为：N6
2、00-24.2/566/566，机组默认启动方式为中压缸启动模式。锅炉为东方锅炉厂引进技术制造的国产超临界参数、变压、直流、本生型锅炉，锅炉型号 DG1900/25.4-1 型，采用内置式启动分离系统。启动循环系统由启动分离器、储水罐、储水罐水位控制阀（361 阀）等组成。为配合锅炉启动和汽轮机冲转，机组配有 HORA气动型高、低压二级串联旁路系统，其中高压旁路容量为 140%BMCR，低压旁路总容量为220%BMCR，旁路容量仅能满足机组启动要求，不考虑满足机组甩负荷要求。1 启动过程及分析 1，21.1 机组启动总则根据机组初始状态不同，汽轮机的启动可分成不同的启动状态。其目的是对汽轮发电
3、机组的缸体和转子的寿命影响在满足要求的前提下，获得最快的启动速度和经济性。划分冷热态启动的依据是高压缸内下缸第一级金属温度和中压内下缸第一级金属温度值。对于中压缸启动，根据中压内下缸第一级金属温度 T 的高低划分机组状态：a.冷态：T305b.温态：305T420c.热态：420T490d.极热态：490T一般情况下我们把机组的启动过程分成以下三个阶段：a. 锅炉点火到汽轮机冲转；b. 汽轮机冲转、升速到发电机并网；c. 从并网、切缸到带满负荷。全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机1341.2 冷态启动过程介绍1.2.1 锅炉点火到汽轮机冲转锅炉点火后，确认高、低旁路控
4、制压力、温度上升率正常，高、低旁减温器及三级减温减压装置均正常投入运行。（1） 高压缸预暖机组冷态启动时，调节级后高压缸内壁金属温度小于 150，汽轮机需要利用辅助蒸汽对高压缸进行预暖。待调节级后高压缸内壁金属温度大于 150时，高压缸预暖完成。高压缸预暖前的准备：a、预暖前检查确认汽机跳闸、CRCV (高排逆止阀) 关、BDV (事故排放阀) 开、盘车投运、真空13. 3 kPa。b、辅汽联箱蒸汽过热度大于等于 50，辅汽联箱压力达 0.5-0.7MPa，温度达 220-380。图 1 高压缸预暖保持时间通过调整 RFV (倒暖阀) 和导汽管上的疏水阀开度，保持辅汽通过 RFV 倒流入高压缸
5、，然后逐渐加热高压缸，最后经过导汽管上的疏水阀排入凝汽器， 控制暖缸速率判据：维持高压缸内蒸汽压力应当增压至 0. 39 0. 49M Pa (不得 0. 7M Pa) ，汽缸温升率271，MSV 上的疏水阀、CV 与汽缸间导汽管上的疏水阀打开。1）在 OIS“自动控制”画面，点击“汽机挂闸” ，在操作端上选择“挂闸” ，OIS 上“汽机挂闸”状态变为“挂闸” 。2）在 OIS 上“自动控制”画面中，点击“高调阀阀壳预暖”按钮，选择“投入” ，则#2 号高主汽阀微开 21，可同时对 4 个高调阀阀壳进行预暖。3）当高调阀内外壁温差大于 80时，在汽轮机控制画面上，点击“阀壳预暖”按钮，在操作端
6、上选择“关” ，按“执行” ，检查#2 号高压主汽阀全关。全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机1354）当高调阀内外壁温差小于 70时，重复 2）和 3）项操作，直至高压调节阀内外壁金属温度均上升至 180以上，且内外壁温差小于 50时，高压调阀室预暖结束。5）当上述项目 4） 的要求被满足或者 CV 阀蒸汽室预热已进行了至少 1 小时后，则认为已完成蒸汽室预热操作。预暖结束后，再选择“切除”按钮，将#2 号高主汽阀全关。由于阀壳预暖需在机组挂闸下进行， 要注意调门严密性差可能会导致汽轮机冲转。（3）旁路运行状态高旁在锅炉点火后自动开至 10%，随着锅炉升温升压，高旁前
7、压力达到 1. 0M Pa，高旁开度增加，以维持 1. 0M Pa，直到 30%。高旁前压力升至 1. 1M Pa，高旁控制方式由最小压力控制转入压力斜坡控制，保持 30% 开度，压力逐步增加至 8. 73M Pa，达到 8. 73M Pa 后，转入定压控制方式。但实际由于受锅炉限制：东方锅炉启动循环系统储水罐水位控制阀（361 阀）要求贮水箱压力大于 12.0Mpa 或主汽压力大于 8.9Mpa（此信号为主汽压力 ABC 取中值）自动关闭至凝汽器电动门；贮水箱压力大于 12.0Mpa 自动关闭至定排电动门。从而要求锅炉转直流前，主汽压力控制在8.0Mpa 以下，防止贮水箱压力或主汽压力波动超
8、过限制值，自动关闭至定排电动门或至凝汽器电动门，为控制贮水箱水位，使锅炉主给水流量低于保护值 MFT 动作。低旁在热再压力达 0.2MPa 时开始开，保持 0.2MPa 压力，直至低旁开至 50%，保持 50%开度，再热蒸汽压力开始提升，再热蒸汽压力到 1.1MPa 时，低旁维持再热蒸汽压力。1.2.2 汽轮机冲转、升速到发电机并网蒸汽参数到达冲转参数后，准备汽机冲转。冲转方式为中压缸启动，投入“暖机”模式。1）选择“速率” “100rpm/min”，选择“转速” “200 rpm/min”，MSV 开启，ICV 开启升速，当实际转速达到 200r/min 时，在 OIS“自动控制”画面上点击
9、“摩擦检查” ，在弹出的对话框中选择“投入” ，状态显示“投入” ，此时，中调门关闭，转速下降，目标转速不变。仔细倾听机组有无摩擦声。 “切除摩擦”检查后，转速将会自动向目标转速靠近。2）待汽轮机摩擦检查结束，且转速下降至 100rpm 以下时，在“自动控制”画面上点击“暖机运行” ，在弹出的窗口中选择“投入” ，画面显示为“投入” 。3）设定目标转速 1500rpm，升速率设置为 100rpm/min。在 OIS“自动控制”画面上按“进行/保持”按钮，状态显示“进行” ，开始升速。检查高压调节汽阀开始开启，汽轮机冲转至 400rpm 时，高压调节阀开度保持不变，延时 60 秒后，中压调节汽阀
10、开始开启，汽轮机继续冲转至 1500rpm。4）汽轮机 1500rpm 暖机当高压缸调节级处内壁温度和中压缸进汽室温度均大于 320或在汽轮机冲转参数条件下暖机时间超过 4 小时，中速暖机结束。检查汽轮机高压缸总胀 8mm。暖机结束，点击“暖机运行”选择“切除”后联关高压调节汽阀，VV 阀保持开启。在暖机结束到倒缸完成过程中应高度关注高排温度，防止因高压缸未进汽而引起鼓风损失使得高排超温。在此过程中，VV 阀一直处于开状态。选择目标转速 3000rpm/min，汽轮机直接升速至 3000rpm/min 后定速。1.2.3 机组并网、切缸并网带初始负荷：DEH 收到来自电气发同期请求后，汽机转速
11、自动受电气同期程序控制，并网后机组带初负荷 15MW。机组带初负荷暖机 30 分钟后。在汽机“自动控制”画面设定升负荷率全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机13630MW/min，点击“目标” ，在操作端上输入“阀门开度” ，按“进行”键。随着机组负荷的增加，1、2 号中压调节阀开启至全开，1、2、3、4 号高压调节阀开启，事故排放阀 BDV 关闭，确认高排逆止阀自动开启，高压缸排汽通风阀 VV 应自动全关。此时，由高压调节阀控制机组负荷。高旁维持主汽压力逐渐关闭至全关，中压调节阀开启至全开，低旁维持再热汽压力逐渐关闭至全关。 “阀门开度”设定的大小由锅炉启动流量决定，
12、也决定了切缸完成后机组负荷。锅炉启动流量要合适，太小则切缸完成后主汽压力、 再热汽压力过低，造成一系列异常，甚至切缸时高排逆止阀可能打不开，造成高压缸憋缸，而导致中压缸启动失败；太大则高旁全关后机组负荷太高，或切缸完成后高旁不能完全关闭。2 启动过程中存在的故障分析及处理2.1 故障 1：汽机冲转时引起 OPC 超速保护动作汽机冲转过程中，由于锅炉热负荷过低，启动流量太小，冲转前主汽压力 4.5Mpa，高旁手动控制开度 60%，热再压力 0.49Mpa，低旁自动控制开度 0%，汽机冲转过程中主汽压力、 再热汽压力下降至过低，汽机冲转接近 3000 rpm 时，为升速至 3000 rpm，ICV
13、 开度过大。不得已急剧加强锅炉燃烧，开大高旁开度，提高冷再压力，由于 ICV 开度过大，主、再热汽压力急剧升高，ICV 关闭不及时，汽机转速升高，引起汽机 OPC 超速保护动作。2.2 故障 2：汽机 OPC 超速保护动作时引起汽机跳闸机组启动调试时，多次发生汽机 OPC 超速保护动作使汽机跳闸异常。在#2 机组 DEH 汽机 OPC超速保护静调时，发现汽机高、中压调门伺服阀缺一块控制板，加装该控制板后问题得到解决。2.3 故障 3： 高、低压旁路打开缓慢机组启动时，高、低压旁路开启缓慢，造成主、再热汽压力调节困难；汽机冲转过程中，需开大高旁而高旁开大缓慢，加之锅炉启动流量过低，使再热汽压力过
14、低，进而 ICV 波动，汽机转速随之波动，紧急加强锅炉燃烧，主、再热汽压力又快速上升，机组转速随之上升，汽机 OPC 超速保护动作；机组切缸时，操作时高旁关小过快，需再次开大高旁而高旁开大缓慢，再热汽压力下降至过低，由于辅汽由冷再供汽，造成辅汽压力 0.2Mpa 过低，轴封供汽压力过低甚至中断。以上问题在高、低压旁路气动执行机构气源附近加装仪用压缩空气储气罐得到解决。达到设计要求：高旁阀门快关所能达到的最短时间为 35S，低旁阀快关时间为 24 s，调节时间 825s。2.4 故障 4：汽机 #2 轴承轴振突发性振动增大机组负荷 500MW 左右，主机 CV 开度 88%，#4 高调开度关至零
15、，#2X 轴振高高报警，且数值跳跃波动大。将主汽压力由 21.3Mpa 降至 20.6Mpa，主机 CV 开度 92.6%，#4 高调开至17%（#1CV:100%，#2CV：78%，#3CV：82%#4CV：17%） 。#2X 轴振稳定在 0.010.02之间。#2X 轴振为蒸汽激振，调节级喷嘴进汽的非对称性，引起不对称的蒸汽力作用在转子上，在极端工况下（#4 高调开度关至零）产生的蒸汽扰动力作用在转子上，使#2X 轴振高高报警，且数值跳跃波动大。当#4 高调稳定有一定的开度（17%左右）后#2X 轴振稳定在较低的水平。此问题在厂家同意将高调的进汽阀门顺序改成#4 高调最先进汽得到解决。 全
16、国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机1373 结束语目前， 国内三大汽轮机厂家仅东汽默认启动方式为中压缸启动方式，其它两厂默认为高中压缸联合启动方式，相比较高中压缸联合启动方式，中压缸启动方式具有许多优点，有利于适应各种状态下的快速启动，有利于锅炉迅速达到冲转参数3。同时，中压缸启动方式对于旁路系统控制要求更高些，另外，中压缸启动方式要与锅炉的启动循环系统相互配合，使机组启动安全、经济。对调试过程中发现的问题, 经改进已得到很好的解决。对机组高、中压缸的金属温升率和高、中压转子的热应力控制在设计要求范围内, 对汽轮发电机组的缸体和转子的寿命影响在满足要求的前提下，冷态和温
17、态启动时, 如何缩短机组的启动时间, 降低启动中的燃油量, 提高经济性，有待进一步的摸索。参考文献：1 石 景 华电长沙发电厂 600 MW 机组汽机整套启动调试报告R， 长沙：湖南省电力试验研究院，2007。2 DL/T 8632004, 汽轮机启动调试导则S。3 程贵兵, 石 景, 郭卫华 600MW 超临界汽轮机中压缸启动及故障分析处理J，2005 年 600MW 机组调试增刊，湖南省电力试验研究院。 作者简介：何辉（1972） ，男，湖南宁乡人，湖南华电长沙电厂副总工程师，工程师，硕士，从事火电厂生产管理方面的工作。吴强（1978） ，男，江西丰城人，湖南华电长沙电厂助理工程师，从事火电厂运行方面的工作。
