给水泵汽轮机高压汽源控制逻辑的改进

刘杰

(广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519000)

1 机组概况

某电厂2×600 MW超临界机组给水系统配备了2台50%额定流量的汽动给水泵以及1台30%额定容量的电动给水泵。给水泵汽轮机采用上海汽轮机厂生产的ND(Z)84/79/07-1型单缸、冲动、单流、纯凝汽式汽轮机，可采用多种汽源。给水泵汽轮机具有低压、高压2套独立完整的配汽机构。低压汽源来自主机中压缸排汽，正常运行时蒸汽参数为310 t/h，2.4 MPa；高压汽源来自主机高压缸排汽，蒸汽参数为270 t/h，4.5 MPa。2套机构各配有主汽门和调节汽门。此外，该汽轮机还可使用辅助蒸汽作为启动用。高压调门和低压调门通过机电液调节系统(MEH)控制。高、低压蒸汽均通过主汽门，再通过调门进入汽缸。厂家给定的阀门重叠度函数如图1所示。

图1 阀门重叠度函数

给水泵汽轮机和汽动给水泵的前、后轴承均安装x向和y向振动探头，8个振动测点中任意一个点达到跳闸值120 μm并持续3 s后，汽轮机安全监视(TSI)系统发出给水泵汽轮机振动大信号至给水泵汽轮机危急跳闸系统(METS)，经过逻辑运算后发出信号，遮断给水泵汽轮机，同时“轴承振动大”首出。

2 故障过程及原因分析

2012-10-18 T 16:44:18，该厂#3机组负荷600 MW，因3B给水泵汽轮机后轴承x方向振动大，导致3B给水泵汽轮机跳闸，#3机组给水泵RB1(电泵停运)动作，机组给水流量迅速由1 723 t/h降至1 062 t/h，导致机组参数有了较大波动，机组负荷由600 MW降至273 MW。

3B给水泵汽轮机跳闸后，通过CRT画面，查阅3B给水泵汽轮机保护首出为“3B给水泵汽轮机轴承振动大”。调出3B给水泵汽轮机历史趋势，发现3B给水泵汽轮机后轴承y方向振动值超过振动跳闸值(120 μm)。热控人员就地测量，确认3B给水泵汽轮机后轴承振动探头电压正常，检查确认振动检测前置器及信号回路正常、TSI振动卡件工作正常。

对跳闸前、后3B给水泵汽轮机的主要参数进行对比检查，结果见表1。

表1 跳闸前、后3B给水泵汽轮机主要参数

从表1可以看出，3B给水泵汽轮机跳闸前，调节级温度及高、低压调门开度有显著的变化。调节级温度测点安装在小汽轮机进汽缸上部，反映小汽轮机内部金属温度,调节级温度从16:40:31的306 ℃变化至16:41:52的243 ℃。高、低压蒸汽流量会影响调节级温度，跳闸前3B给水泵汽轮机低压调门反馈开度已达到93%，根据3B给水泵汽轮机阀门流量试验数据，当低压调门开度大于85%时，低压蒸汽流量几乎无变化。在此段时间，高压调门实际开度由0.8%开至2.4%，因此可以认为，正是高压调门的开启导致小汽轮机内部温度短时间内大幅变化，后轴承振动上升，并最终导致跳闸。

该厂2012年5月完成#3机组大修，修后3B给水泵汽轮机多次出现后轴承振动突升现象。依据机组特性，结合设备安装检修情况与运行参数，发现一些共同现象。

(1)振动突升现象均发生在3B给水泵汽轮机高压调门开启后，并伴有调节级温度突降60～70 ℃的现象。

(2)每次调节级温度均降至高压汽源的温度以下。

(3)调节级温度突降越严重，其后轴承振动突升的情况也越严重。

由于3B给水泵汽轮机高压导汽管仅在高压调门开启时才有蒸汽通过，平时并不畅通，且按照该汽轮机的出厂设计，高压导汽管的疏水阀从给水泵汽轮机冲转升速后就关闭，所以该管道容易积水。高压调门开启后，高压汽源投入，导致调节级温度突降，给水泵汽轮机本体内部温度在短时间大幅变化，这是振动大的根本原因。

3 处理措施

如何防止调节级温度突然下降，是解决给水泵汽轮机振动突升的重点。根据高、低压调门的控制逻辑，机组正常运行时，低压调门开至一定开度，高压调门才开始开启，高压蒸汽参与做功。高压蒸汽来自高压缸排汽，机组负荷高时，高压缸排汽温度比四抽蒸汽温度低50 ℃，此时投入高压蒸汽，将导致给水泵汽轮机温度降低，引起振动突升。

根据机组特性，从安全性和经济性方面考虑，决定修改3B给水泵汽轮机高压汽源调节阀控制逻辑：机组负荷超过270 MW时，提前将给水泵汽轮机高压调门开度开至3%；在负荷低于250 MW时关闭高压汽源调节阀，使高压汽源管道一直处于暖管状态。

原给水泵汽轮机调门控制逻辑为：将单元机组协调控制系统(CCS)控制逻辑送来的给水泵转速信号经过比例-积分-微分(PID)运算后得出阀门总指令，阀门重叠度函数将阀门总指令分配至高压调门和低压调门，得出高、低压调门各自的开度指令，通过各自的伺服控制系统由伺服阀控制高、低压调门的动作。

为了实现逻辑修改，在高压调门的控制逻辑中加入1路新的控制，由模块HP_FX2和CALC实现，如图2所示。HP_FX2的作用是将机组的实际负荷值转换成高压调门的开度指令，此开度指令送入模块CALC进行运算。CALC模块是一个条件跳转模块，当机组跳闸时，输出高压调门指令为0，否则输出HP_FX2的运算值。然后经过一个取大运算模块，与根据阀门重叠度函数计算的高压调门指令进行比较，二者输出较大者作为当前时刻给水泵汽轮机高压调门开度指令。

图2 给水泵汽轮机调门控制逻辑

机组低负荷阶段将汽动给水泵退出运行，对3B给水泵汽轮机高压调门控制逻辑进行了修改。经过随后的观察，发现3B给水泵汽轮机高压调门动作情况与逻辑要求一致，再未出现轴承振动突升现象。

4 结束语

目前，大型机组给水系统的主流配置正在从2台汽动给水泵加1台电动给水泵向2台汽动给水泵转变，对汽动给水泵的可靠性要求也越来越高。给水泵汽轮机振动大是一个复杂的问题，引起振动大的原因有很多，应根据机组振动特点和运行工况具体分析。该厂通过修改高压调门开度逻辑，有效改善了机组振动情况，提高了机组的安全性和出力能力，降低了机组停运风险，提高了机组经济性，取得了良好的社会效益和经济效益。