汽轮机汽门全行程活动试验自主技术改造实施方案探讨

陈雨

摘 要：近年來，汽轮机超速事故仍有发生，而完善汽轮机防止超速的各项措施，才能进一步降低事故的发生。汽轮机高中压主汽门及调速汽门定期活动试验是最为常规但尤为重要的一项措施。目前大部分机组并不具备汽门全行程活动试验功能，存在一定的隐患，增加汽轮机汽门全行程活动试验功能势在必行。笔者公司自主进行技术改造，实施了汽轮机高中压主、调速汽门全行程活动试验功能，本文通过对方案进行分析总结，为各发电企业进行自主改造提供参考。

关键词：汽轮机;超速;汽门;逻辑修改;全行程活动试验

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）09-0110-02

0 绪论

众所周知[1]，汽轮机超速造成的事故，会引起整个机组的设备损坏，导致重大的经济损失[2]。阀门活动试验是其中预防措施之一，而我公司机组只具备阀门部分行程活动试验功能，活动开度15%[3]，不能验证阀门是否全行程灵活无卡涩，在事故状态仍有卡涩风险。针对此问题，公司准备进行汽门的全行程改造，因厂家报价较高，为减轻企业经营压力，锻炼专业队伍，遂决定自主进行技术改造工作。

1改造前机组设备及阀门活动试验情况

1.1 机组设备情况

我公司汽轮机为东方汽轮机厂制造，型号为C320/248-16.7/0.36/537/537型，型式为亚临界、一次中间再热、高中压合缸、两缸两排汽、抽汽凝汽式汽轮机。高压进汽部分布置两路机前主汽管道，共设置两个高压主汽门和四个高压调速汽门;中压进汽部分为两路中压进汽管道，分别设置中压主汽门、调速汽门联合汽阀。正常运行期间（50%负荷以上），只通过四个高压调速汽门控制机组负荷。

1.2 汽轮机阀门活动试验情况

公司DEH系统初始未设计汽门全行程活动试验，只具备高中压主汽门部分行程活动试验功能模块，以及配套的试验设备、操作画面。运行人员每周对各主汽门进行一次部分行程活动试验，活动行程15%。

2 汽门全行程活动试验功能改造情况

2.1 项目可行性分析

通过对机组设备的分析，汽门全行程试验可以开展，要求机组负荷控制在70%以下进行。改造工作需增加相关汽门的10%位置行程开关，通过DCS逻辑修改增加相关试验功能。

2.2 项目调研

2.2.1 设备方面调研情况

从设备及逻辑情况角度，分别对周边电力企业汽轮机汽门全行程活动试验情况进行了调研。调研结果发现有的电厂机组出厂具备此项功能，部分电厂因阀门形式无法实现。

2.2.2 运行方面调研情况

与系统内汽轮机型号相似的单位咨询汽门全行程活动试验情况，重点了解试验时间、试验过程中机组各项参数变化，有的单位试验情况较好，个别单位也因参数波动较大出现不能试验的情况。

2.3 方案制定及论证

根据与汽轮机厂家及相关企业调研情况，针对新增汽轮机高中压主、调速汽门全行程活动试验的逻辑设计进行了初步审查、修正以及细节完善，确保项目改造方案符合现场实际，试验过程预防措施要求，保证试验进行中尽量减小对机组的扰动，提高试验安全性。

在论证过程中，主要针对可能造成机组参数变化的以下几方面问题进行了重点研讨：

2.3.1 汽门关闭时间控制

全行程活动试验时，每个汽门的关闭时间对试验安全有着重要的影响，关闭时间过短可能对主、再热蒸汽压力造成较大影响，进而影响汽包水位等参数调节失稳甚至引发事故。关闭时间过长则会造成不必要的时间浪费，影响机组能耗指标。经过分析，决定对通过控制试验电磁阀关闭的汽门，冷态传动时记录全关时间，如动作过快，则通过调整泄油节流孔限制速度;采用MOOG阀控制的汽门，通过设定关闭速率来控制时间。

2.3.2 高压主汽门与高压调速汽门间联接方式

高压主汽门与高压调速汽门对应关系如何，是决定高压阀门单独试验还是成套试验的关键，如果是单侧进汽对机组负荷和参数的影响较大。弄清楚汽门的实际构造是完成试验设计的基础工作，经分析设备图纸和现场实际试验，公司机组高压进汽方式为在两个高压主汽门后联通、四个高压调速汽门同时进汽。

2.3.3中压主汽门和调速汽门的布置方式及问题考虑

机组中压主汽门和调速汽门为联合汽阀，活动试验时将形成单侧进汽，通过与东汽厂的技术咨询，同时对以往发生中压单侧汽门的事件参数曲线进行分析，机组在中压单侧进汽方式的状态，各项参数无明显变化，全行程活动试验可以进行。

2.4 试验方案概述

2.4.1 试验允许条件

（1）单阀方式。（2）功率控制方式。（3）自动控制方式。（4）机组负荷在150MW～210MW之间。

满足以上条件，试验允许进行。试验过程中任一条件不满足时切除当前试验，恢复汽门开度至初始值。

2.4.2 试验方案主要内容

（1）在DEH控制系统中增加高中压主汽门、调速汽门全行程活动试验功能，设置阀门全行程活动试验投入、切除操作端。（2）全行程活动试验在“单阀”方式下进行。（3）高压主、调速汽门每个阀门设置一个试验操作端，中压主、调速汽门为成组试验，设置两个操作端，共有八部分;每部分均设置试验投、切功能、试验允许条件、试验切除条件。（4）每项试验均允许试验过程中手动切除，试验过程中手动切除后程序控制相关阀门恢复试验前状态。（5）试验在“测功”投入状态下进行，且阀门全行程活动试验投入后自动切除一次调频，试验切除后自动恢复一次调频。（6）所有阀门均应在试验画面显示阀门“全开”“10%”“全关”等位置状态信号，具备LVDT的阀门应在试验画面显示实际开度，便于运行人员监视试验过程中阀门位置。（7）每个阀门均设置关至10%开度后遮断电磁阀动作开关功能，可验证各阀门遮断电磁阀是否动作正常，该功可在试验逻辑中选择投入或切除。

2.4.3 方案技術创新点

（1）试验过程全面性。增加各汽门关至10%行程动作遮断电磁阀逻辑，进行汽门全行程试验过程中，可检验各汽门遮断动作是否正常。（2）试验过程可控性。各汽门试验过程均加入手动切除和超时切除功能，当试验过程中出现异常或超过预期时间时，可以手动或通过超时控制回路将试验切除，及时恢复到试验前状态。（3）保持试验连续性。为防止试验过程中，因一次调频动作将功率控制切除，造成试验中断，增加试验过程中自动屏蔽一次调频动作回路功能，保证试验顺利进行。

2.5 改造项目实施情况

2.5.1 逻辑编写

在原有部分行程试验的基础上，新增一套全行程试验功能组，与原有逻辑相互独立，互不影响。根据汽门关闭方式的不同，使用不同的控制模块（试验电磁阀控制或MOOG阀控制）来达到试验目的，同时在试验过程中，任一汽门进行试验时，其它汽门闭锁相应的试验功能，避免多个汽门同时动作，确保试验过程安全稳定。

2.5.2 操作画面绘制

新增全行程试验画面，用于高中压主、调速汽门全行程试验投切操作以及各汽门开度、行程开关状态等试验信息的显示。

2.5.3 现场安装

本次现场元件改造工作较少，在原有行程开基础上，新增各汽门10%位置行程开关，并敷设电缆接入DCS系统。

3 验收试验

为验证本次逻辑修改效果，于机组启动前进行了高中压主、调速汽门冷态模拟试验，于机组启动后进行了150MW负荷下热态试验。

3.1 冷态模拟试验

3.1.1 试验目的

本次增加唐热1号机组高中压主、调速汽门全行程活动试验功能改造为自主进行，在机组启动前进行冷态模拟试验，验证新增阀门动作逻辑是否能够按要求进行，试验投入、切除条件是否正确。

3.1.2 试验方法及步骤

（1）机组处于停运状态，汽轮机保护试验、高中压主、调速汽门整定已全部完成并验收合格。（2）汽轮机挂闸，保安油建立，挂闸成功后，运行人员在上位机点击“运行”按钮，全开高中压主汽门。（3）将高压调速汽门1-4阀位指令强制为40%;将中调门阀位指令强制为100%。检查调速汽门开度正确。（4）将DEH处于自动方式、投入DEH测功控制、机组并网信号强制为1，实际机组负荷强制为160MW，热工试验人员确认所有DCM板无故障报警。（5）运行人员依次进行右侧高压主汽门、左侧高压主汽门、高压调速汽门1-4、左侧中压主、调速汽门成组试验、右侧中压主、调速汽门成组试验。（6）记录各个阀门关闭至10%动作时间、全关动作时间、全开动作时间。

3.1.3 试验数据

试验过程中记录了各汽门开启及关闭时间病进行备案，各阀门时间在116s～206s，带遮断电磁阀试验在109s～196s内满足时间要求。

3.2 热态试验

通过冷态模拟试验，验证了本次新增逻辑的正确性，对试验中发现的漏洞进行了处理、完善。在机组启动后负荷维持150MW稳定工况后，进行了热态试验。

3.2.1 试验目的

热态试验为逻辑修改异动后验收试验，在150MW负荷下验证高中压主、调速汽门能否顺利进行;同时监视试验过程中机组负荷、主汽压力、主汽温度、汽轮机轴系振动、轴瓦温度、轴向位移等相关参数是否出现异常波动现象，验证试验可行性。

3.2.2 试验方法及步骤

（1）确认机组所有主汽门已开启到位，负荷稳定在150MW，已投入功率控制（测功），汽轮机单阀方式运行，主汽压力、温度满足规程规定且稳定无明显波动。

（2）试验开始前将汽轮机各瓦振动、温度、轴位移等主要参数做好趋势，便于试验过程中观察参数变化情况，发现参数异常应立即切除试验，恢复至试验前工况。

（3）运行人员依次进行右侧高压主汽门、左侧高压主汽门、高压调速汽门1-4、左侧中压主、调速汽门成组试验、右侧中压主、调速汽门成组试验。

（4）记录各个阀门关闭至10%动作时间、全关动作时间、全开动作时间。

3.2.3 试验数据（表1）

试验过程中记录了各汽门开启及关闭时间，从表1可以看出，各阀门动作时间在113s～208s内满足预期参数要求。

3.2.4 试验过程中机组负荷及汽轮机各主要参数变化情况

（1）汽轮机各轴承振动情况。在进行150MW负荷热态高中压主、调速汽门全行程活动试验过程中，监视汽轮机各轴承振动、瓦温均无明显波动。仅2号高调门关闭后1、2瓦X方向轴振有小幅降低，在调门开启后恢复正常。同时，期间通过TDM系统监视振动相位试验期间小幅度变化后恢复正常，无明显异常趋势。

（2）机组负荷波动情况。试验过程中，进行高、中压主汽门、中压调速汽门全行程活动试验时机组负荷无波动，在进行高压调速汽门活动试验时，机组负荷波动在±5MW左右，能够保证主汽压力稳定。

4 结论

本次1号机组进行高中压主、调速汽门全行程活动试验自主逻辑修改，经冷态、热态试验验收正常，达到全行程活动目标要求且对机组安全运行无影响，具备及时发现汽门卡涩隐患的功能。为企业节省资金，锻炼了专业自主技改能力，也给其它不具备汽门全行程活动试验的企业提供了相关的技术经验。

参考文献

[1] 王寓文.浅谈如何预防汽轮机组的超速事故[J].内蒙古煤炭经济，2016（24）：1-2.

[2] 李乐.汽轮机超速原因分析及预防措施[J].科技创新与应用，2015（17）：123.

[3] 苗晓冬.汽轮机超速原因分析[J].中国设备工程，2017（23）：92-93.