660MW超超临界机组汽轮机中压缸启动及故障分析处理

罗国根

摘 要： 以东方汽轮机厂生产的N660-25/600/600型超超临界汽轮机为例，介绍了新昌一期工程2台660MW超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：超超临界机组；汽轮机；中压缸启动；故障分析；處理

0 引言

新昌电厂2×660MW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超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压凝汽式汽轮发电机组，型号为：N660-25/600/600，机组默认启动方式为中压缸启动模式。

1 启动过程及分析[1，2]

1.1 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，高压缸第一级后汽缸金属内表面温度低于150℃，采用冷态启动方式（中压缸启动）。

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。

1.2 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。

1.2.1.1高压缸预暖

检查冷段再热管道内蒸汽压力应不低于700 kPa（g）。确认1段抽汽管道逆止门处于全关状态。确认冷再管道疏水阀开启，疏水正常。检查凝汽器压力不高于13.2kPa（a）。确认汽轮机处于跳闸状态。检查并确认高压缸第一级后汽缸内壁金属温度低于150℃。

1.2.1.2高压缸预暖的操作程序：

（1）辅助蒸汽系统来汽管道充分疏水。（2）将汽轮机导汽管疏水阀门由100%关闭至20%开度。

1.2.1.3预暖操作：

（1）将高压缸预暖阀开启到10%开度，同时检查通风阀处于全关状态。

（2）高压缸预暖阀10%开度保持30分钟后，再开启到30%开度。

（3）高压缸预暖阀30%开度保持20分钟后，再开启到55%开度，保持此开度直到高压缸第一级后汽缸内壁金属温度升到150℃。

（4）一旦高压缸第一级后汽缸内壁金属温度升到150℃，应立即进行高压缸热浸泡。

（5）高压缸内蒸汽压力应当增压至0.5～0.7MPa（g），通过调整预暖阀和疏水阀来实现。

（6）在预暖期间，金属表面的温度升高率不应大于制造厂提供的温差要求。

1.2.1.4预暖完成后的操作：

（1）完全开启汽轮机导汽管疏水阀门。

（2）完全开启高排逆止门前疏水阀门。

（3）将预暖阀开度关闭至10%的开度并保持5分钟，然后在5分钟内逐步关闭预暖阀。当预暖阀全开时，检查通风阀应全开。

1.2.1.5汽轮机调节阀预暖

在调节阀蒸汽室内壁或外壁温度低于150℃时，在汽轮机启动前必须预热调节阀蒸汽室。预热用的主蒸汽通过1号主汽阀的预启阀进入调节阀蒸汽室。

（1）检查并确认危急遮断阀处于跳闸位置，而负荷限制设定是关闭位置。

（2）将主汽阀的疏水阀和导汽管疏水阀打开。

（3）主蒸汽温度应高于271℃。

（4）汽轮机重新复位。

（5）点击“阀壳预暖”，此时1号主汽阀开启至预热位置。

（6）注意观察调节阀蒸汽室内外壁温差，当温差小于80℃，继续预热；当温差大于90℃，停止预热。重复该过程直至调节阀蒸汽室内壁或外壁温度都高于180℃，并且内外壁温差小于50℃。

1.2.1.6冲转

（1） 机组置位，安全系统油压建立，检查高压、中压主汽门全开。

（2） 投入汽机调节系统，设定目标转速 200 r/min，转速升速率100 r/min/min，汽机开始升速。

（3） 冲转后，立即检查盘车装置应自动脱开；否则应立即打闸停机，待故障消除后重新冲转。

（4） 汽机首次冲转到 200 r/min后，检查设备运行无异常后按下“全关阀”按钮，检查所有高压调节阀（CV）和中压调节阀（ICV）应关闭。汽轮机转速下降，就地检查汽轮机本体内部和轴封处无金属摩擦声，各轴承金属温度及回油温度正常。在此期间，机组不允许停转。

（5）升速及暖机过程中，重点检查以下项目：

倾听汽轮发电机组内部声音有无异常；

检查测试轴承振动及轴振动；

检查推力轴承及各轴承金属温度、润滑油压和回油温度；

汽缸总膨胀、轴向位移及相对胀差等参数指示正常；

检查汽缸金属温度及温差值；

检查轴封系统工作情况；

检查凝汽器真空和低压排汽缸喷水情况；

发电机氢、油、水系统各参数正常；

检查高、低压旁路系统工作状态；

检查汽机本体及管道疏水是否正常；

检查凝汽器、除氧器、各加热器水位正常；

检查给水泵、凝结水泵、循环水泵等运行正常；

1.2.1.7暖机

（1）确认摩擦检查已完成，检查并确认高排通风阀（VV）已关闭，按下OIS上的暖机“按钮”，将转速目标值设定1500r/min，转速升速率100r/min/min，检查并确认OIS板上的“关全阀”指示灯灭。汽轮机转速上升。当转速升至400r/min时，检查高压调节门开度保持，中调门逐渐开启，监视转速上升情况。

（2）根据油温、氢温调整润滑油冷却器和氢气冷却器冷却水量。

（3） CV阀微微开启直到转速升至400r/min，检查并确认高排通风阀全开。当转速升至400转/分时，CV阀的开度被电液调节器锁定。而中压调节预启阀仍将开启，使汽轮机升速至1500转/分，进行中速暖机。在暖机运行时，汽轮机转速由中压调节阀控制。

（4）在汽机暖机过程中按照冷态启动曲线将主蒸汽温度缓慢滑升至378℃ ，再热蒸汽温度缓慢滑升至335℃，控制温升率不得超过55℃/小时。

（5）中速暖机160分钟，汽机中压内缸壁进汽部分温度达到320℃以上，高压调节级内壁温度达到320℃，相应中压排汽温度达到240℃，中速暖机结束。检查高中压缸体膨胀已均匀胀出，高中压缸胀差趋于稳定且回缩，低压缸胀差等各项控制指标不超限。做好暖机结束参数记录。

（6）当暖机运行完成后按“暖机”下的“切除”按钮复位，检查并确认CV阀关闭、VV阀全开。

1.2.1.8定速3000r/min

在OIS面板上選定目标转速3000r/min和升速率100r/min/min，汽轮机转速继续上升。过临界时升速率应自动升为300r/min/min。

2 启动过程中存在的故障分析及处理

2.1 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。

2.2 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3～5S，低旁阀快关时间为2～4 s，调节时间8～25s。

2.3 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，#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0.01～0.02㎜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。

4.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。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] 新昌发电厂660 MW机组汽机整套启动调试报告[R]，江西：江西省电力试验研究院，2007。

[2] DL/T 863—2004， 汽轮机启动调试导则[S]。