某汽轮机高调门异常动作全过程分析

阮圣奇

摘要：某机组在启动加负荷过程中，运行人员为快速增负荷，缩短启动时间，误将主蒸汽压力调整过高，导致高调门快速关小，机组负荷大幅波动。本文以卸荷阀动作原理以及高调门流量特性为基点，从事件发展先后顺序，全过程深度剖析此次高调门异常动作原因。

关键词：主蒸汽压力、卸荷阀、流量特性

中图分类号： TM712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）9（b）-0000-00

引言

某电厂1号汽轮机为哈尔滨汽轮机，1号汽轮机机组启动期间，运行人员为快速并网并提高机组负荷，机组负荷226MW，锅炉四台磨煤机运行，主汽压力22.1MPa，调节级压力6.5MPa，机组主控处于手动控制状态，DEH为单阀控制方式，各高调门指令及开度均为20%左右，突然1至4号高调门先后快速关至12%左右，机组负荷大幅波动，18时34分调门开度突然迅速恢复，机组负荷恢复。

此次调门异常动作引起电厂高度重视，专门组织设备专工以及电力研究院技术人员研究讨论，以下为该事件全过程分析。

1 调门异常动作前机组主要参数

1号汽轮机高调门动作前，发电机功率224.12MW，主蒸汽要阿里22.16 MPa，调节级压力6.48 MPa，1～4号调门开度分别为19.85%、20.29%、20.35%和20.35%。

2 调门异常动作第1阶段

时间：2015年，10月26日，18：19：19～18：21：01

现象：

（1）1～4号调门分别从从18：19：19、18：20：06、18：19：26和18：19：41开始突然快速关小，并稳定在12%左右。

（2）发电机负荷降为零；主汽压持续升高，最高升至28.8MPa。

（3）由于高调门突然关小，DEH迅速做出反应，调整高调门伺服阀输入电流，发出开调门信号，但在第1阶段调门无法打开。

原因分析：

（1）高调阀两端主蒸汽压力和调节级压力偏差过大（压差为15.7 MPa），同时调门开度都维持在20%左右，巨大的蒸汽下压力作用于调节阀阀芯，通过杠杆结构作用于油动机下油缸内EH油，油压传递至卸荷阀先导阀芯，最终克服先导阀芯弹簧作用力，开启先导阀，EH油通过阻尼孔至先导阀，流向回油管路，阻尼孔导致杯型滑阀上部压力降低，上下压差使杯型滑阀上移，并最终打开卸荷阀卸油通道，调门迅速关小。

卸荷阀作用原理图如图1[1]。

（2）阻尼孔导致杯型滑阀上部压力降低后，先导阀芯前压力同时降低，在弹簧作用下，先导阀复原，EH油不再通过阻尼孔流动，导致杯型滑阀上下部分油压相同，杯型滑阀下移复原，阻断卸油通道。

（3）调门迅速关小并稳定后，主蒸汽压力继续上升，在阀芯的蒸汽下压力作用下，伺服阀虽然接受正向电流，不能实现下油缸充油过程，高调阀无法打开[3]。

3 调门异常动作第2阶段

时间：2015年，10月26日，18：21：02-18：34：00

现象：

发电机功率为零后，经历157秒，功率重新上升，最高至113.4MW，过程持续134秒后发电机功率降为零；又重新经历167秒，功率上升，最高至76.2MW，过程持续149秒后发电机功率降为零。

上述两个过程如图2所示。

原因分析：

（1）高调阀在10～15%之间存在调门流量特性曲线的拐点，拐点前后流量特性曲线斜率急剧变化，此时1～4号高调门均处在拐点附近，拐点前后流量变化明显[4]。

同时，高压蒸汽对阀芯和阀杆产生类似卡门涡街效应，高调门开度产生156～167秒的准周期性变化，也即156～167秒后在蒸汽作用力下调门开度跨越流量特性拐点，汽轮机进汽量增大，发电机功率上升。

同时在经历134～149的另外一个准周期后，调门开度重回流量特性拐点范围内，汽轮机进汽量显著减小，发电机出力为零，甚至逆功率。

（2）发电机重新带负荷过程，电厂原先怀疑为高加内部饱和水汽化所致，通过分析，排除该可能性：

首先，高加内部汽化无法产生足够的能量，使得发电机发出约113.4MW功率，其次，该过程发电机功率呈现两次上升过程，而高加汽化过程不会停歇，最后，发电机负荷上升过程，高加进汽压力和调节级压力同步升高，同时高加出水温度也同步升高，只能是蒸汽进入汽轮机高压缸和1、2、3号高加，导致给水温度升高。因而排除高加汽化导致发电机重新带负荷的可能性。

4 调门异常动作第3阶段

时间：2015年，10月26日，18：34：01开始

现象：

主蒸汽继续降低至16.2MPa，调门突然开启，发电机负荷升高；

原因分析：

（1）首先，仍然是卡门涡街效应，经历167秒准周期后，此时主蒸汽压力已经降低至16.2MPa，调门开度越过流量特新拐点，汽轮机进汽量增大，调节级压力升高，主蒸汽压力绝对值和调阀前后压差下降使得蒸汽下压力大幅降低，EH油重新进入下油缸，调节阀打开。

5 结论

（1）此次调门异常动作主要原因为运行人员未按照运行规程中，关于机组启动运行参数要求，导致主蒸汽压力严重偏大。

（2）汽轮机控制油系统高调门卸荷阀，在危急遮断系统未动作情况下，仍可能发生卸油，关键原因在于卸荷阀内部油压超标，导致卸荷阀被动卸油。

（3）汽轮机高调门卸荷阀先导阀芯设计而言，建议将该针形阀和对应弹簧设计余量加大，考虑由于机组偏离设计参数的恶劣情况下不发生误动。

参考文献

[1] 上海新华控制技术（集团）有限公司.电站汽轮机数字式电液控制系统[M].北京：中国电力出版社，2005：24-29.

[2] 数字电液控制系统说明书，哈尔滨汽轮机有限公司.

[3] 郑展友.汽轮机高压调节汽阀提升力不足原因分析及对策[J].工业技术，2006，25：14.

[4] 周长伟，朱晓静，宋绍伟.汽轮机高压调门函数设置与流量特性的匹配[J].发电设备，2012，26[6]：413-415.