汽轮机调节系统二次脉动油压异常分析

刘军龙，黄 潜，张福海，胡冬清，姜剑峰，郭光宗

（江苏核电有限公司，江苏 连云港222042）

田湾核电站一期工程为两台俄罗斯列宁格勒金属工厂制造的K-1000-60/3000型汽轮机，额定功率为1060 MW，单轴、五缸八排汽。配有由4个高压主蒸汽阀和调节阀组成的高压阀组，4个由低压蒸汽阀和调节阀组成的低压阀组，1个再热蒸汽调节阀，4个高压缸排汽旁排阀。夏季运行时，循环冷却水温度在23～32 ℃之间，1号汽轮发电机组功率在1036～1074 MW范围内运行，均值为1058 MW，二次脉动油压均值为3.14 MPa，波动范围为3.07～3.20 MPa。2号汽轮发电机组功率在1020～1077 MW范围内运行，均值为1055 MW，二次脉动油压均值为3.18 MPa，波动范围为3.06～3.65 MPa。

两台机组汽轮机调节系统二次脉动油压出现达到或超过报警值3.2 MPa的现象。尤其是2号汽轮机调节系统二次脉动油压高、波动大且引起机组电功率波动大。

1 汽轮机调节系统及设备简介

田湾核电站汽轮机调节系统为机械液压与电液并存，实施电调功能的电液转换器主要用于快速响应工况，且伺服机构为纯机械液压机构，调节系统本质上属于机械液压调节。机械液压控制部分通过同步器－调速器滑阀－中间滑阀－油动机滑阀的逐级放大产生稳定的液压信号去控制油动机的行程，从而控制调节阀的行程。

1）调速器采用高速机械离心弹性调速器，感受机组的转速信号，调速块的位移是调速器的输出信号。

2）调速器滑阀是调节系统的第一级放大机构，它的主要作用是将调速器产生的位移信号放大并传递给中间滑阀。建立控制油压开启高低压主汽门，建立一次脉动油压。主要由随动滑阀、控制滑阀等组成。

3）中间滑阀是将调速器滑阀传递来的液压信号（一次脉动油压）加以放大并转换为二次脉动油压的中间放大环节。主要由控制滑阀、连杆等组成。

汽轮机运行期间调节系统采用“PD”(功率控制，即堆跟机）或“PM”(主蒸汽压力控制，即机跟堆）控制模式，通过功率或压力偏差产生脉冲信号作用到同步器电机，从而控制同步器控制滑阀行程，改变一次脉动油压。一次脉动油压经中间滑阀放大，转变为二次脉动油压，并由油动机控制高压调节阀、再热蒸汽调节阀，调整机组的转速和负荷。

2 汽轮机调节系统二次脉动油压高原因分析

2.1 汽轮机调节系统二次脉动油压高趋势分析

对于蒸汽参数确定的汽轮机，机组功率取决于主蒸汽流量，而主蒸汽流量取决于高压调节阀开度。田湾核电机组汽轮机功率通过带有预启阀的高压调节阀节流控制主蒸汽流量，而高压调节阀开度依靠二次脉动油压控制的油动机行程实现开度控制。即二次脉动油压与高压调节阀开度、主蒸汽流量、机组功率成正比。

由于夏季循环冷却水温度较高，造成汽轮机真空降低。高压调节阀入口饱和蒸汽参数可认为不变，1 kg新蒸汽的入口焓值也不变。由于凝汽器真空下降，排汽焓值升高，1 kg新蒸汽的焓降减小，做功量减小。机组功率控制模式运行时需要较高的二次脉动油压，增大高压调节阀开度增加进汽量，才能维持一定的功率。因此，循环冷却水温度升高，机组凝汽器真空降低是导致汽轮机二次脉动油压升高的促成因素。

2.2 汽轮机调节系统静态试验分析

1）同步器控制滑阀行程与一次脉动油压、中间控制滑阀行程以及二次脉动油压曲线如图1～图4所示。在相同的同步器控制滑阀行程，1号机组汽轮机调节系统的一次脉动油压与中间控制滑阀行程均小于2号机组汽轮机，但二次脉动油压大于2号机组。1号机组汽轮机二次脉动油压曲线拐点出现在同步器控制滑阀行程约为16.4 mm处，此时二次脉动油压约为3.38 MPa。2号机组汽轮机二次脉动油压曲线拐点出现在同步器控制滑阀行程约为16.3 mm处，此时二次脉动油压约为3.13 MPa。

图1 同步器控制滑阀行程与一次脉动油压Fig.1 Travel and pressure controlled by the speed regulator slide valve

图2 同步器控制滑阀行程与中间控制滑阀行程Fig.2 Travel of speed regulator and intermediate slide valve

图3 同步器控制滑阀行程与二次脉动油压Fig.3 Travel of speed regulator slide valve and pressure-control regulation valve servo

图4 二次脉动油压与高压调节阀油动机行程Fig.4 Travel of high pressure regulating servo and pressure-control regulating valve servo

2）二次脉动油压与高压调节阀油动机行程曲线（见图4）。

在相同的高压调节阀油动机行程，1号机组汽轮机二次脉动油压大于2号机组汽轮机二次脉动油压，即在相同的二次脉动油压条件下，1号机组汽轮机高压调节阀油动机行程小于2号机组汽轮机高压调节阀油动机行程。

综合上述汽轮机调节系统静态试验分析认为：

1）由于2号机组汽轮机中间滑阀的中间控制滑阀下部凸肩与套筒的轴向距离较大，尽管中间控制滑阀有较大向上的位移量，但中间控制滑阀与套筒的相对位移小，从而中间控制滑阀下部凸肩与套筒的过封油口较大，高压油进入中间控制滑阀底部较多。进油量高于同步器随动滑阀排油口的排油量，从而使一次脉动油压较大。中间控制滑阀与反馈活塞错油门的过封油口小，从而使二次脉动油压相对1号机组小。

2）由于二次脉动油压曲线在拐点之后的斜率陡然增加，2号机组汽轮机二次脉动油压曲线拐点油压低于1号机组，从而使其二次脉动油压在较低的情况下，容易产生较大的波动现象。

2.3 1号、2号机组汽轮机热力系统运行参数分析

根据表1两台机组汽轮机热力系统运行参数进行如下定性分析：

（1）汽轮机效率定性分析

核电机组汽轮机高压缸进汽为湿饱和蒸汽，低压缸排汽为湿蒸汽，目前机组在线运行不容易确定蒸汽湿度，所以难以精确地确定机组的效率。两台机组汽轮机高压缸进汽参数是相同的，由于2号机组汽轮机凝汽器实际运行中真空略高，1 kg新蒸汽做功相对1号机组略大，因此，2号机组汽轮机效率相对较高。当2号机组汽轮机功率大于1号机组，凝汽器真空接近或略高时，其给水流量仍小于1号机组，给水流量可近似等于主蒸汽流量，也证明2号机组汽轮机效率大于1号机组汽轮机。

表1 汽轮机热力系统运行参数Table1 Operation parameters of steam turbine thermal system

（2）主蒸汽流量定性分析

当两台机组功率以及当凝汽器真空看做基本相等时，2号机组汽轮机给水流量则小于1号机组汽轮机给水流量，即2号机组汽轮机主蒸汽流量小于1号机组。

当两台机组功率基本相等，2号机组汽轮机实际运行中凝汽器真空略高于1号机组汽轮机，在不考虑机组效率或2号机组汽轮机效率高时，2号机组汽轮机主蒸汽流量应该小于1号机组。因此，主给水流量正确反映了两台机组主蒸汽流量的变化趋势。

（3）二次脉动油压分析

两台机组汽轮机在相同的功率下，2号机组汽轮机二次脉动油压均值略高于1号机组汽轮机二次脉动油压且波动较大。

2.4 汽轮机高压调节阀及油动机综合分析

根据章节2.2结论：在相同的高压调节阀油动机行程，2号机组汽轮机二次脉动油压小于1号机组汽轮机二次脉动油压，即在相同的二次脉动油压条件下，2号机组大于1号机组汽轮机高压调节阀油动机行程。

因此，机组在相同的功率及真空条件下，1号机组汽轮机二次脉动油压高于2号机组才符合逻辑。但实际运行中2号机组汽轮机二次脉动油压高于1号机组汽轮机二次脉动油压。可能的原因如下：

（1）机组在相同的功率及真空条件下，2号机组汽轮机需要较大的主蒸汽流量

机组在相同的功率及真空条件下，2号机组汽轮机实际运行中二次脉动油压高于1号机组汽轮机二次脉动油压，根据上述逻辑分析，2号机组汽轮机高压调节阀油动机行程应该大于1号机组，高压调节阀开度、主蒸汽流量也应该大于1号机组。

但实际1号机组汽轮机主蒸汽流量大于2号机组，说明尽管2号机组汽轮机二次脉动油压高，高压调节阀油动机开度大，可能其高压调节阀开度较小，从而主蒸汽流量较小（在相同的功率、真空情况下，2号机组主蒸汽流量小于1号机组原因为2号机组汽轮机效率较高）。

2号机组主蒸汽流量较小可能的原因为：虽然高压调节阀油动机有较大的行程，但高压调节阀油动机的空行程较大，高压调节阀开启行程小。即高压调节阀油动机需要更高的行程，才能使高压调节阀开度达到所需的蒸汽通流面积，从而在机组真空相同，保证所需的主蒸汽流量与1号机组汽轮机达到相同的功率。而高压调节阀油动机需要更高的行程，意味着需要更大的二次脉动油压，从而使2号机组汽轮机二次脉动油压均值略高于1号机组。

根据设备安装图纸要求，高压调节阀预启阀预启行程6 mm，高压调节阀阀杆上端部与油动机连接装置间隙0.05～0.1 mm；因此，高压调节阀与油动机维修后回装过程中，有可能造成上述间隙过大，从而高压调节阀油动机空行程增加。

（2）二次脉动油压不稳定且波动较大

根据章节2.2结论：二次脉动油压曲线在拐点之后的斜率陡然增加，2号机组汽轮机二次脉动油压曲线拐点油压低于1号机组，此时一次脉动油压稍有变化，会引起二次脉动油压很大的变化。由于2号机组汽轮机调节系统二次脉动油压在3.13 MPa左右是拐点，当二次脉动油压超过3.1 MPa以上时，容易产生二次脉动油压波动并呈现峰值比1号机组二次脉动油压大的现象。

3 纠正措施

针对2号汽轮机调节系统二次脉动油压高、波动现象，T206大修期间采取以下纠正措施：

1） 检查测量高压调节阀预启阀行程及高压调节阀阀杆与油动机连接部件间隙，消除高压调节阀的上述超标间隙，重新标定油动机行程“0”位，减小其空行程。

2） 调整同步器一次脉动油压排油口与中间滑阀一次脉动油压进油口大小的一致性，使一次脉动油压曲线呈平缓趋势。调整汽轮机调节系统静态特性曲线，提高汽轮机二次脉动油压值并使其拐点上升至3.25 MPa。

4 结论

通过对两台机组汽轮机夏季工况运行时调节系统二次脉动油压高问题进行了趋势分析，结论为循环冷却水温度高促成调节系统二次脉动油压升高。经过两台机组汽轮机调节系统静态试验以及热力系统运行参数进行对比分析，2号机组汽轮机调节系统二次脉动油压拐点低以及高压调节阀油动机空行程是导致二次脉动油压高、波动的主要因素。

基于原因分析，提出了相应的纠正措施。经大修处理后，2号汽轮机夏季运行二次脉动油压均值为3.15 MPa，范围一般在3.06～3.2 MPa，满足机组的安全可靠运行。

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