9FA燃气－蒸汽联合循环机组跳闸事故的分析与处理

陈元锁，卢 骚，王建伟

（神华浙江国华余姚燃气发电有限责任公司，浙江 宁波 315400）

9FA燃气－蒸汽联合循环机组为多轴机组，燃气轮机和蒸汽轮机分轴布置，带动各自的发电机发电，与国内大多数的9FA单轴机组（燃气轮机、蒸汽轮机、发电机为同轴布置）相比，其在热力系统和汽轮机控制方面较为复杂。在一次停机过程中发生了机组跳闸事故，有必要对其进行分析并提出防范措施。

1 机组热力系统简介

神华浙江国华余姚燃气发电有限责任公司采用美国GE公司生产的多轴S209FA燃气－蒸汽联合循环机组，“二拖一”模式，其中单台燃气轮机额定出力250 MW，汽轮机额定出力280 MW，机组总出力780 MW。

燃气轮机和汽轮机为分轴布置，各带发电机发电，2台燃气轮机做功后的高温烟气进入各自的余热锅炉，2台余热锅炉产生的蒸汽合并后送入汽轮机做功，汽轮机为美国GE公司生产的D11型双缸、一次中间再热、带中压补汽和低压补汽的凝汽式机组，采用中压缸启动模式。D11型汽轮机为高中压合缸反向布置，低压缸对称型式布置，高压缸进汽由2个高压缸联合汽阀（控制阀和截止阀装在同一阀体内）控制，中压缸进汽由2个再热联合汽阀控制，低压补汽经1个低压截止阀和1个低压调节阀进入中压缸排汽，中压缸排汽经导汽管进入低压缸做功，最终排至凝汽器。

余热锅炉为美国DELTAK公司生产的卧式三压再热自然循环锅炉，锅炉内布置有高压、中压、低压3个独立的汽水系统及1个再热器。中压系统产生的蒸汽从再热器入口注入，低压系统产生的蒸汽从中压缸的排汽室注入，“二拖一”机组热力系统见图1。

2 机组的一键式幷汽和解炉控制

机组“一拖一”启动完成后，启动第2台燃气轮机，当其对应的余热锅炉产生的主、再热蒸汽温度和压力符合条件时，将其并入汽轮机做功，即机组并汽；同样，当需要停运1台燃气轮机时，则将其对应余热锅炉的主、再热蒸汽撤出后停机，保持另一台燃气轮机“一拖一”运行，即机组解炉。

一键式自动幷汽的控制策略为：

（1）将待并汽余热锅炉的高压主蒸汽电动阀、高温再热蒸汽电动阀、低温再热蒸汽电动阀、低温再热蒸汽电动调节阀置自动状态。

（2）将2台余热锅炉的高压旁路调节阀、高压旁路减温水调节阀、再热旁路调节阀、再热旁路减温水调节阀置自动状态。

（3）调节2台余热锅炉的主、再热蒸汽温度差在15℃以下，压力比较接近后，点击按钮启动自动幷汽程序。

（4）待并汽余热锅炉再热蒸汽旁路自动调节高温再热蒸汽压力，当2台余热锅炉再热蒸汽电动阀前压力差小于0.2 MPa时，自动开启待并汽余热锅炉再热蒸汽电动阀，并上高温再热蒸汽。

（5）待并汽余热锅炉再热蒸汽电动阀全开后，对应高压旁路自动调节高压主蒸汽压力，当2台余热锅炉高压电动主汽阀前压力差小于0.5 MPa以下时，自动开启待并汽余热锅炉低温再热蒸汽电动阀和高压电动主汽阀，低温再热蒸汽调节阀则根据并入的高压主蒸汽流量进行分配调节；随后，主、再热蒸汽旁路调节阀自动调节并逐渐关闭，并汽程序结束。

一键式自动解炉与并汽过程正好相反：首先是待停余热锅炉主、再热蒸汽旁路调节阀逐渐开启，当其高压主蒸汽流量或低温再热蒸汽流量（二者取小值）降至40 t/h以下时，触发高温再热蒸汽电动阀关闭，待其关到位后，再先后触发关闭低温再热蒸汽电动阀和高压主蒸汽电动阀，解炉过程结束。

3 事故过程

某日，2号机“一拖一”正常运行，1号机检修后启动，于13：56完成幷汽操作后“二拖一”运行正常。14：50由于天然气量原因，2号机开始正常减负荷停机；15：03 2号机负荷降至50 MW后开始一键式自动解炉，主、再热蒸汽旁路逐渐开启；15：05 2号炉低温再热蒸汽流量116 t/h，高压旁路开度18.9%，再热旁路开度11.5%，正常情况下，2号炉低温再热蒸汽流量将于8 min后降至40 t/h，触发2号炉高温再热蒸汽电动阀、低温再热蒸汽电动阀、高压主蒸汽电动阀的关闭信号；15：05 1号机跳闸，超驰关闭1号炉高温再热蒸汽电动阀、低温再热蒸汽电动阀、高压主蒸汽电动阀，1号炉的主、再热蒸汽旁路自动开启；立即终止2号炉的解炉操作，手动关闭2号炉主、再热蒸汽旁路，将2号炉的主、再蒸汽全部供入汽轮机，维持汽轮机的正常运行（期间汽轮机负荷从184 MW降至19 MW，并有随时逆流切缸和逆功率解列的可能），随后重新将2号机“一拖一”升至满负荷运行。

图1 “二拖一”机组热力系统

4 事故分析

分散控制系统（DCS）热工逻辑组态为：当2台余热锅炉的高压主蒸汽电动阀或高温再热蒸汽电动阀均关闭时，汽轮机跳闸。因此，从15：05 1号机跳闸超驰关闭1号炉高压主蒸汽电动阀、高温再热蒸汽电动阀开始，到2号炉低温再热蒸汽流量降至40 t/h，中间有8 min左右的时间可以进行事故处理，以使2号余热锅炉蒸汽重新并回，接替1号余热锅炉即将被切断的蒸汽。这种在进行2台余热锅炉之间主、再热蒸汽的切换更替，以维持汽轮机正常运行而不解列停机的解炉过程中，突发运行机组跳闸，在联合循环机组事故中属于比较特殊、处理难度比较大的事故类型，这类事故同样也有可能发生在“二拖一”机组幷汽过程中。

汽轮机出力从15：05 1号燃气轮机跳闸时的184 MW到15：10已降至19 MW，过程分析如下：运行人员发现1号燃气轮机跳闸后立即终止2号余热锅炉的一键式自动解炉程序，并将主、再热蒸汽旁路切手动后迅速全关。1号燃气轮机跳闸后，将超驰关闭1号余热锅炉高压主蒸汽电动阀和高温再热蒸汽电动阀，1号余热锅炉主、再热蒸汽被隔断，汽轮机维持运行所需的蒸汽全部转由2号余热锅炉提供。如果此时主蒸汽旁路不立即关闭，会导致主蒸汽压力偏低，而此时汽轮机尚在主蒸汽入口压力控制模式，汽轮机高压缸调门开度自动关小，进入汽轮机高压缸做功的蒸汽流量减少；另一方面，再热蒸汽旁路切手动后全关则会导致再热蒸汽压力偏高，使中压缸调门开度指令基准变小，导致中压缸调门开度过小，有可能会导致汽轮机逆流或逆功率解列。实际上在汽轮机出力降至19 MW时，此时的汽轮机高、中压缸的开度指令基准分别为14%和28%，4个调门对应实际开度均在5.6%。

D11型汽轮机高压缸由顺流回切至逆流需具备2个条件：一是汽轮机中压缸调门开度指令基准小于30%，二是发电机定子电流和额定电流的比值小于0.2。当2个条件同时具备时，汽轮机将切至逆流状态。而当时汽轮机没有回切，是由于发电机定子电流没有降到足够低。

5 应对措施

这种在解炉过程中突发机组跳闸的高风险事故处理，在待停余热锅炉的主、再热蒸汽电动门没有触发关闭指令前，可以采取以下防范措施：

（1）立即终止自动解炉程序。

（2）立即关闭待停余热锅炉的高压旁路，再热蒸汽旁路则根据汽轮机的中压缸调门开度指令基准情况逐步关闭，也可置自动设定状态。

（3）设低主蒸汽入口压力控制值，以尽量维持汽轮机顺流稳定。

（4）如有必要，可以将待停余热锅炉的再热旁路撤出自动，并协助调节汽轮机的再热蒸汽压力。

（5）注意待停余热锅炉的主蒸汽旁路开度，在主汽压力可控前提下，控制其在较小开度，目的是为了防止其开度过大，导致待停余热锅炉的再热蒸汽压力升高。如果此时高温再热蒸汽电动门没有完全关闭，则会通过高温再热蒸汽电动阀和低温再热蒸汽电动阀影响到汽轮机的顺流稳定。

[1]王建伟，陈元锁.S209FA联合循环机组汽轮机控制[J].浙江电力，2008，27（4）：50－52.