高压缸应力大造成机组跳闸分析与处理

刘永友

(安徽淮南平圩发电有限责任公司，安徽 淮南 232089)

0 引言

某电厂3期2×1 000 MW机组使用北重阿尔斯通(北京)电气装备有限公司(ALSTOM)生产的四缸、四排汽、一次再热反动式凝汽汽轮机，其控制系统采用ALSTOM的P320-V4系统。高压缸有2个高压主汽截止阀、2个高压主调节阀、2个过载阀；中压缸有2个中联主汽截止阀、2个调节阀。

金属部件若受热不均，会出现温差，产生热应力；温差越大，热应力也越大。部件高温部分受到压缩应力，低温部分受到拉伸应力，而压缩和拉伸应力交错循环将会导致金属产生疲劳裂纹，消耗设备的使用寿命；裂纹逐渐扩大，直到设备断裂失效。汽轮机在非稳定状态下运行时，汽轮机转子表面温度变化优先于转子中心温度变化，由此产生转子应力变化。转子应力除了与温度有关外，还与转子的几何尺寸、材质等相关。ALSTOM的汽轮机不仅将应力计算应用于汽轮机启停及升降负荷过程中，而且将应力作为汽轮机的重要保护项目直接作用在汽轮机保护控制系统。

1 故障简述

2016-11-27T21:34:36，电厂6号机组负荷从961.6 MW降至893.5 MW，高压缸热应力温度从461.1 ℃升至476.2 ℃，高压缸实际应力从2.2 %升至65.8 %，升负荷裕度由100 %降至79.5 %，高排压力从4.98 MPa降至4.59 MPa。

21:52:36，6号机组负荷降至829.5 MW，热应力温度升至495.7 ℃，高压缸实际应力从65.8 %升至103.2 %，升负荷裕度降至-7.4 %，汽轮机热应力强制甩负荷动作，高调阀流量指令由78 %开始下降。

21:54:44，高调阀指令降至25.8 %，负荷降至312 MW，锅炉给水流量低，锅炉MFT动作，联锁汽轮机跳闸。

2 检查过程

2.1 逻辑动作

汽轮机高压缸应力大于102 %，对应的汽轮机升负荷裕度小于-5 %，高压缸应力大强制甩负荷到0条件触发，甩负荷速率20 %/min；汽轮机高压调阀快速关闭，机组给水流量不足，给水流量低条件触发锅炉MFT。

2.2 应力测点检查

对高压缸应力温度测量回路进行检查，未发现异常，该温度元件为3支，趋势显示一致且无突变或坏点现象，排除元件及测量回路故障。因探头测量实际温度显示偏低，检查温度探头校验记录，U601A检修该应力温度元件校验合格。

3 原因分析

图1 高压缸应力温度组件安装示意

高压缸应力温度测点安装在高压缸内缸进汽口处，应力温度组件通过高压缸内缸和外缸之间的套筒安装在内缸壁上，安装示意如图1所示。套筒头部圆形密封，探头头部与高压内缸内表面的距离为5 mm，高压缸内壁与高压缸进汽直接接触，该测点温度近似于高压缸转子表面温度。温度探头安装到位后，将温度探头和弹簧盘焊接在一起，防止探头在套管内晃动(在第1次安装时确认)。在弹簧盘后元件有一个S弯，防止探头因高压缸内外缸膨胀或收缩而损坏。S弯出口焊接在法兰盘上，法兰盘固定在高压外缸上。

第1次安装调整后，弹簧盘处点焊固定，即弹簧盘至探头端部距离固定。正常时高压缸内外缸间间隙固定，探头端部与高压缸内缸壁可靠接触，温度测量准确。若探头未紧贴内缸壁，探头测量温度将降低且受套管内气体温度影响。若套管密封不严，高压缸排汽将影响探头测量，造成探头温度降低，且在工况变化时温度变化幅度更大，从而造成应力大幅变化。

结合机组MFT前高压缸应力温度变化趋势分析，确认高压缸应力温度探头未紧贴高压内缸内壁，造成温度测量值偏低且负荷变化时应力温度波动大，从而造成此次变负荷过程中高压缸应力值大于102 %。

4 处理措施

机组停运后，测量高压缸应力测点相关参数，测点位置如图2所示。测量高压缸应力探头弹簧盘至探头顶部距离A为395 mm；测量高压缸弹簧固定面至最深处距离F为13 mm，算得应力探头弹簧至探头顶部距离G为382 mm。实际测量该值为375 mm，小于G值7 mm，因此高压缸应力探头顶部不能触及内缸内壁，无法准确反映高压缸应力实际变化。

拆除应力探头后，发现密封组件内5个圆垫片与1个密封环装反。测量套筒顶部到外缸法兰面距离B为51 mm，套筒长度为230 mm，C为290 mm，计算D为9 mm，符合标准。

图2 高压缸应力测点相关参数测量

将高压缸应力探头密封组件重新调整，保持D值不变。安装后测得F为21 mm，算得G为374 mm，应力探头可达到底部，可以准确反映高压缸应力变化。按此标准安装后，高压缸应力测量准确，机组运行正常。

5 结束语

ALSTOM汽轮机应力控制模型，在实际应用中体现了一定的优越性：在应力不超过允许值的情况下，加快了汽轮机启停和负荷变动的速度，缩短了机组启停时间，减少了机组启停及大幅度变负荷过程中对汽轮机材质的损害，延长机组使用寿命，提高了机组的安全性及经济性。

此次高压缸应力值大造成机组跳闸的根本原因是应力探头安装不到位，反映出机组检修时对应力探头的安装不规范、验证不到位。为此，升级了应力探头安装文件版本，明确安装标准，确保一次元件测量可靠。同时，机组在正常变负荷过程中高压缸应力温度出现如此大的波动，可以确定应力温度测量不准确；此时应解除相关应力温度保护后对测点进行检查，并加强相关参数监视。