600 MW机组超临界汽轮机低压缸胀差大的原因分析及处理

张振宇，戚梦瑶

（1.国家电投河南电力有限公司平顶山发电分公司，河南 平顶山 467000；2.中国平煤神马能源化工集团有限责任公司铁路运输处，河南 平顶山 467000）

600 MW机组超临界汽轮机低压缸胀差大的原因分析及处理

张振宇1，戚梦瑶2

（1.国家电投河南电力有限公司平顶山发电分公司，河南 平顶山 467000；2.中国平煤神马能源化工集团有限责任公司铁路运输处，河南 平顶山 467000）

某发电厂2台600 MW机组超临界凝汽式汽轮机启动及运行中低压缸胀差时而偏高，甚至超过汽轮机厂家规定的安全运行值，对此，分析了汽轮机相关参数变化对低压缸胀差的影响，发现造成低压缸胀差偏大的主要原因是低压轴封供汽温度控制效果差。通过改造低压轴封供汽温度控制系统，有效降低了汽轮机低压缸胀差，提高了机组的安全性和经济性。

超临界汽轮机；低压缸；胀差；低压轴封温度

机组启动加热、停运冷却以及负荷发生变化时，汽缸和转子会产生热膨胀或冷却收缩，转子与汽缸之间的相对膨胀差称为胀差。胀差过大或过小，意味着汽轮机动静部分相对间隙发生了变化，如果胀差值超过了规定值，动静间隙消失，就会发生动静摩擦，可能引起机组振动增大，甚至叶片断裂、大轴弯曲等事故[1]。因此，在汽轮机启动、停运以及发生事故过程中应该严密监视和控制高低压缸胀差在规定的范围内。由于低压缸转子比高、中压缸部分的转子长，且低压缸缸体也较高、中压缸要大，所以机组低压缸胀差变化值往往要比同工况下的高、中压缸胀差变化值大许多[2]。

针对某发电厂2台600 MW机组超临界凝汽式汽轮机启动及运行中低压缸胀差有时过高的状况，结合投产以来机组相关参数进行分析，提出低压轴封母管温度控制不准确是造成低压缸胀差时而偏大的主要原因，并对其进行了改造。改造后的控制系统调节品质良好，低压缸胀差控制在安全运行值以内。

1 汽轮机概况

某发电厂2台汽轮机采用上海汽轮机厂有限责任公司生产的N600-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、八级回热抽汽、凝汽式汽轮机。高、中压缸具有冲动式调节级和反动式压力级的混合型式，低压缸是双流、反动式，凝汽器设计的平均背压值为5.2 kPa。汽轮机转子采用整锻无中心孔转子，旋转单元通过推力轴承定位，整个轴系被支撑在9个轴承上。汽缸与转子膨胀关系如图1所示。

制造厂规定低压缸胀差报警值为15.24 mm，跳闸值为16 mm。2台机组自2010年投产以来，低压缸胀差一般为14 mm左右，有时偏高达到报警值，特别是2015年1月12日，2号机组启动带负荷时，胀差达到了报警值，给机组运行带来了极大的安全隐患。

图1 汽缸与转子膨胀示意

2 低压缸胀差偏大原因分析

2.1 低压缸胀差偏大的影响因素

汽轮机低压缸胀差偏大的主要原因如下：

（1）滑销系统或轴承台板滑动性能差、易卡涩。针对滑销系统，就地检测汽缸膨胀顺畅，在1号机组大修期间，对滑销系统进行检查未发现卡涩现象，缸胀数值也比较平滑，排除了滑销系统导致胀差偏大的可能。

（2）TSI（汽轮机安全监视系统）测量问题[3]。查看低压缸胀差测量参数历史数据，无突变、冒尖等异常，测量电压值也与DCS（分散控制系统）显示值相对应，就地检查也未发现测量装置存在物理破损，接线屏蔽和电缆绝缘良好。可以判断TSI测量准确，排除了测量可能。

（3）轴承油温过高。查看历史数据，机组启停及正常带负荷时，轴承油温一直控制在合适的范围内，排除了轴承油温过高导致的轴承膨胀叠加。

（4）真空变化的影响。真空太高会导致汽轮机低压缸排汽压力及温度过低，排汽温度下降时，低压缸缸体收缩，会使低压缸胀差增大。该发电厂采用海水冷却，全年气温变化不大，机组真空维持在-96.6 kPa左右，偶尔达到-98 kPa，故凝汽器真空不是引起低压缸胀差偏大的主要因素。

（5）轴封供汽温度过高，引起轴颈过分伸长。2台机组低压轴封温度调节系统都是手动状态，低压端部汽封体的入口温度较高，就地剥开保温层测量得到温度为160℃左右，故认为低压轴封供汽温度调节不好，温度过高是低压缸胀差偏大的主要原因[4-8]。

2.2 低压轴封供汽温度对胀差的影响

汽轮机正常运行情况下，低压缸缸体较大，而受热处的面积相对较小，膨胀量比较小。低压缸转子共有4处受轴封加热，转子又具有良好的导热性，使得转子的膨胀量要比缸体大得多。如果低压轴封供汽温度过高，低压缸转子4处叠加起来的膨胀量会增加1～2 mm。2号机组低压轴封供汽温度对低压缸胀差的影响如表1所示。

表1 2号机组低压轴封供汽温度对低压缸胀差的影响

从表1可以看出，有效控制轴封供汽温度是解决低压缸胀差偏大的关键。然而通过分析低压端部汽封体调节端和电机端温度的历史数据得知，这两点的温度在160℃左右，有时会更高，且温度经常波动，这就是低压缸胀差偏高的根本原因。

将2号机组低压轴封温度调节系统投自动，设定值是125℃，被调量始终是107℃，调门始终处于关闭状态，而低压端部汽封体电机端温度已达到183℃。发现2台机组参与调节的温度都采用减温器后面管道上的测点温度，此测点距离减温水喷水点太近，不能准确反映出低压轴封母管的真实温度，这与汽轮机说明书不一致，说明书明确指出低压轴封喷水控制系统设定温度以低压端部汽封体（电机端）的温度为基准。故低压轴封供汽温度控制效果不好，导致轴封供汽温度过高是汽轮机低压缸胀差偏大的主要原因。

3 低压轴封供汽温度控制系统的改造

3.1 低压轴封温度的控制

在高中压汽封供汽管进入低压轴封之前，设有喷水减温器用以降低低压汽封密封蒸汽的温度，喷水控制系统设定温度以低压端部汽封体（电机端）的温度为基准，减温器的温度整定值为149℃，低压汽封供汽温度控制范围维持在121～177℃，以防止汽封壳体变形和损坏汽轮机转子。

3.2 低压轴封供汽温度控制系统的改造

（1）喷水控制系统被调量的选择。2台机组的轴封母管减温水调阀以低压端部汽封体（电机端）的温度作为被调量，并且在DCS轴封系统画面增加低压端部汽封体的调节端和电机端温度显示。

（2）控制参数的优化。DCS画面组态完成后，低压轴封温度调节系统投自动，调整PID参数，提高调节品质。

4 改造效果

2台机组低压轴封供汽温度控制系统改造后，投入自动运行状态，低压轴封供汽温度能准确控制。当调节系统减温器的温度设定值为130℃，满负荷600 MW时，2台机组的低压缸胀差分别为12.14 mm和12.56 mm，低压缸胀差有效控制在安全值以内。

5 结语

通过对某发电厂2台600 MW机组超临界机组低压轴封供汽温度控制系统的成功改造，提高了控制系统的调节品质，有效解决了由于轴封供汽温度高引起的汽轮机低压缸胀差偏大问题，提高了机组的安全性和经济性。

[1]罗晶.微油模式下机组冷态启动的低压缸差胀控制[J].浙江电力，2011（12）∶60-62.

[2]黄树红.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3]朱北恒，孙长生，丁俊宏.2009年浙江火电机组热工保护系统可靠性改进[J].浙江电力，2010（8）∶53-56.

[4]解祥奇.汽轮机启动过程中胀差的分析和控制[J].科技风，2011（11）∶40-41.

[5]何洪流.汽轮发电机低压缸胀差大原因分析及处理[J].贵州电力技术，2015（7）∶17-19.

[6]刘振杰，许晨，顾春术.600 MW机组胀差变化特性分析及控制[J].电力安全技术，2013（6）∶7-10.

[7]周辉，丁亮.汽轮机胀差产生的原因分析与控制[J].应用能源技术，2011（7）∶4-6.

[8]程昆明，张俊杰，黄冬梅.机组胀差大的原因分析及处理[J].华中电力，2003（6）∶68-70.

（本文编辑：张 彩）

Cause Analysis and Treatment of Large Differential Expansion of LP Cylinder in Supercritical Steam Turbine of 600 MW Units

ZHANG Zhenyu1，QI Mengyao2
(1.Pingdingshan Power Generation Branch，SPIC Henan Electric Power Co.，Ltd.，Pingdingshan Henan 467000，China；2.Railway Transport Department，China Pingmei Shenma Energy&Chemical Group Co.，Ltd.，Pingdingshan Henan 467000，China）

In a power plant，differential expansion of low pressure cylinder of two 600 MW supercritical condensing steam turbines during startup and operation was high and sometimes exceeded the safety value specified by the manufacturer.Therefore，the paper analyzes how the relevant parameter variation of the steam turbine influences differential expansion of low pressure cylinder.It is detected that the large differential expansion of low pressure cylinder results from poor temperature control of low pressure steam supply for shaft sealing，by transformation of which differential expansion of low pressure cylinder of steam turbine is greatly reduced，and safety and economy of the units are improved.

supercritical steam turbine；LP cylinder；differential expansion；LP shaft sealing temperature

TK267

：B

：1007-1881（2017）03-0059-03

2016-10-16

张振宇（1983），男，工程师，主要从事发电厂过程控制管理及研究工作。