某1036MW容量超超臨界機(jī)組在運行過程中汽機(jī)通風(fēng)閥(Ventilator valve，簡稱VV閥)突然開啟，機(jī)組保護(hù)動作停機(jī)。原因在于閥門優(yōu)化試驗過程中，管道及閥體振動導(dǎo)致VV閥的控制電磁閥瞬間失電造成，國內(nèi)同類型機(jī)組也曾發(fā)生過類似問題。剖析VV閥在控制保護(hù)的邏輯設(shè)計方面存在潛在的缺陷，通過改變控制電磁閥的控制模式、改進(jìn)VV閥控制邏輯回路等措施，解決了VV閥誤動導(dǎo)致停機(jī)的普遍性難題。

1、引言

　　基于日立技術(shù)設(shè)計的1036MW超超臨界機(jī)組上沒有設(shè)置高壓缸排汽逆止門，而是在汽輪機(jī)4號高壓調(diào)節(jié)汽閥后的導(dǎo)汽管上接出設(shè)置了通風(fēng)閥(Ventilator valve，簡稱VV閥)，引至凝汽器。當(dāng)汽機(jī)跳閘高壓調(diào)節(jié)汽閥全關(guān)時聯(lián)鎖開啟VV閥，利用再熱器系統(tǒng)的蒸汽回流冷卻高壓缸及其各級葉片，保護(hù)汽輪機(jī)安全停運。但在機(jī)組運行過程中，VV閥開啟控制及邏輯設(shè)計等方面并不合理，因VV閥誤開而導(dǎo)致機(jī)組非正常停運的可能性較大，據(jù)了解，目前國內(nèi)已有不止一臺同類型機(jī)組出現(xiàn)過類似事故。VV閥誤開后造成汽機(jī)推力軸承及凝汽器的沖擊損傷，對汽機(jī)安全存在潛在的威脅。

2、1036MW機(jī)組汽輪機(jī)VV閥簡介

2.1、VV閥保護(hù)邏輯原理

　　VV閥為額定工作壓力為25.0MPA的氣動閥門，其工作氣源壓力為0.5Mpa，來自汽機(jī)儀用空氣母管。VV閥設(shè)計流量為105t/h，帶節(jié)流孔板(Φ3mm)的旁路的最大流量為0.48t/h。。如圖【1】所示，主蒸汽管道通過VV閥與凝汽器直接相連接，并帶有一節(jié)流孔板(Φ3mm)的旁路，在機(jī)組運行過程中，保持VV閥前后管道有微量蒸汽通過，起暖管作用。機(jī)組跳閘時，跳機(jī)信號聯(lián)鎖開啟VV閥，使高壓缸及冷再蒸汽的回流至凝汽器，極大限度減少汽輪機(jī)軸向推力和高壓缸的鼓風(fēng)摩擦，是對汽機(jī)本體保護(hù)的一道重要防線。

　　在機(jī)組運行過程中，如果VV閥開啟，為保護(hù)汽機(jī)本體及凝汽器安全，汽機(jī)聯(lián)鎖跳閘，這是該類型1036MW超超臨界機(jī)組普遍的設(shè)計原則，其邏輯原理為：

　　1)汽機(jī)跳閘，蒸汽流量D0.5%，自動打開VV閥。

　　2)汽機(jī)掛閘，蒸汽流量D0.5%，自動關(guān)閉VV閥。

　　3)機(jī)組運行，VV閥動作開啟，機(jī)組跳閘。

圖1 VV閥管路系統(tǒng)圖

2.2、VV閥原設(shè)計控制邏輯

　　原設(shè)計VV閥控制原理如圖(2)所示，VV閥為雙氣缸結(jié)構(gòu)，VV閥開閉由三個氣動閥控制，分別為D、D1、D2。氣動閥D由控制電磁閥EVI控制，根據(jù)廠家的原來設(shè)計，當(dāng)電磁閥EVI帶電時，D1接通控制氣源，D2排氣，氣缸向下運動關(guān)閉閥門;當(dāng)電磁閥EVI失電時，D1接通排氣，D2接通控制氣，氣缸向上運動開啟閥門。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)總結(jié)了原控制電磁閥EV1控制模式為：

　　1)“失電排氣，D1排氣，D2通氣，VV閥打開”。

　　2)“得電通氣，D1通氣，D2排氣，VV閥關(guān)閉”。

圖【2】改進(jìn)前的VV閥控制原理圖

圖【3】改進(jìn)前現(xiàn)場的VV閥圖片

3、VV閥誤開過程及原因分析

3.1、VV閥誤開導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)動作跳閘過程

　　2012年7月30日，跳閘前機(jī)組負(fù)荷為1010MW，主汽壓25.9Mpa，主汽溫602℃，機(jī)組協(xié)調(diào)、AGC投入控制方式。跳閘首出原因為“VV 閥全開”，汽機(jī)高、中壓主汽門、調(diào)門、抽汽逆止門自動關(guān)閉，鍋爐MFT 動作，發(fā)電機(jī)逆功率動作解列，VV 閥實際處于開啟狀態(tài)。

　　現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)VV閥控制電磁閥EVl有一定程度的松動，EVl插頭做試驗時出現(xiàn)過接觸不良現(xiàn)象。

3.2、調(diào)門優(yōu)化試驗過程對VV閥管路振動的影響

　　分析機(jī)組跳閘前后的工況變化，該機(jī)組曾在7月25日進(jìn)行主汽調(diào)閥優(yōu)化試驗，至7月30日機(jī)組跳閘前一直投入新閥位優(yōu)化曲線模式運行。新閥位優(yōu)化曲線控制模式下，采用先同時開啟1、4 號高壓調(diào)門CV1、CV4，再分別開啟2、3號高壓調(diào)門CV2、CV3 的方案，與原來的閥位分配模式存在明顯的不同。

　　機(jī)組原來的閥位管理模式是：隨著負(fù)荷指令的增加， CV1先開啟直至全開，然后在一定的閥門重疊度下同時開啟CV2、CV3，最后再開啟CV4。

　　因此當(dāng)機(jī)組處于高負(fù)荷時， CV1、CV2 的開度沒有較大的區(qū)別，但CV3、CV4 的開度有明顯的不同，如表【1】所示，同樣是滿負(fù)荷工況運行，7 月25 日新閥位優(yōu)化曲線投入前，CV3的開度為100%，CV4 為39%。但在機(jī)組跳閘前的7 月30 日，CV3 的開度為29%，CV4為100%。

表【1】新閥位優(yōu)化曲線投入前后的主汽調(diào)閥開度對比表

　　在投入新閥位優(yōu)化曲線模式運行后，機(jī)組一直處于高負(fù)荷運行，因此CV4基本上也處于全開的位置，VV閥接在CV4之后的導(dǎo)汽管，引至凝汽器，此時前后的差壓很大，可達(dá)到25-26Mpa之間。

　　為驗證主汽壓力(對應(yīng)負(fù)荷)、CV4開啟幅度對VV 閥振動水平的影響，2012年11月，在三個不同的高負(fù)荷工況下，投入新閥位優(yōu)化-滑壓曲線進(jìn)行試驗，現(xiàn)場用測振儀對VV 閥汽缸、支吊架在軸向、垂直、水平三種不同的方向進(jìn)行測量，并分別與原閥位-滑壓曲線模式下的測量值比較，對比結(jié)果如表【2】所示。

表【2】新閥位優(yōu)化曲線投入前后對VV 閥汽缸振動的影響比較

　　原閥位曲線運行模式，在各負(fù)荷點運行時，VV閥的氣缸及支吊架的振動都在正常范圍之內(nèi)，振動水平普遍較低。原因在于這種模式下，負(fù)荷低于900MW時，CV4基本處于關(guān)閉位置，只有當(dāng)負(fù)荷上升到900~1000MW時，CV4開度才逐漸開啟到20~40%之間變化。

　　投入新閥位優(yōu)化曲線后，與原來的區(qū)別主要在于VV閥氣缸、管道支吊架的振動明顯變大。從測量數(shù)據(jù)可以看出，900MW負(fù)荷之下，VV閥氣缸振動總體比前者大50~100um左右，VV閥管道支吊架總體比前者大50~70um左右，當(dāng)負(fù)荷在800~1000MW變負(fù)荷過程中，隨著汽壓的波動，VV閥氣缸、支吊架處振動更加加劇，瞬間振動值最高可達(dá)250um左右。

3.3、原因分析

　　機(jī)組運行過程中，VV閥三個位置開關(guān)LS1、LS2、LS3只要其中有二個出現(xiàn)開啟信號，就會導(dǎo)致機(jī)組跳閘。綜合以上分析結(jié)果，得出結(jié)論如下：機(jī)組在投入新閥位優(yōu)化-滑壓曲線模式運行后，接入CV4后的導(dǎo)汽管分支管路上的VV閥閥體振動明顯增大，加劇了VV閥控制電磁閥原來存在的接線松動和接觸不良現(xiàn)象，使控制電磁閥瞬時失電，導(dǎo)致VV閥誤動開啟，位置開關(guān)LS1、LS2、LS3 觸點接通，機(jī)組保護(hù)動作跳機(jī)。

4、存在的缺陷及技術(shù)改進(jìn)

4.1、存在的缺陷

　　VV 閥由單一控制電磁閥控制開關(guān)，而機(jī)組運行過程中VV閥開啟，則會導(dǎo)致機(jī)組非正常停運，這種相對簡單的控制模式，會使VV閥誤動造成機(jī)組跳閘的機(jī)率大為增加。

　　原設(shè)計控制電磁閥控制VV 閥的控制過程是“帶電關(guān)，失電開”，一旦上級電源跳閘、控制電纜斷線、接口接觸不良等現(xiàn)象發(fā)生，控制電磁閥失電，也會導(dǎo)致機(jī)組非正常停運。

4.2、技術(shù)改進(jìn)

　　4.1.1、改變控制電磁閥EV1控制VV閥模式

　　原控制電磁閥EV1 控制模式為：

　　1) “失電排氣，D1 排氣，D2 通氣，VV閥打開”。

　　2) “得電通氣，D1 通氣，D2 排氣，VV閥關(guān)閉”。

　　技術(shù)改進(jìn)后的VV 閥控制原理如圖【4】所示，控制電磁閥EV1 對VV 閥的控制模式為：

　　1) “失電通氣，D1 通氣，D2 排氣，VV閥關(guān)閉”。

　　2) “得電排氣，D1 排氣，D2 通氣，VV閥打開”。

圖4 改進(jìn)后的VV閥控制原理圖

　　這種模式的優(yōu)點在于機(jī)組運行時,EV1 處于失電狀態(tài),避免由于電磁閥長時間勵磁造成過熱損壞,進(jìn)而失電導(dǎo)致機(jī)組停運。

　　4.1.2、在控制氣管路上增加一個控制電磁閥EV2.

　　機(jī)組跳閘時，跳機(jī)信號聯(lián)鎖開啟VV閥，是對汽機(jī)本體保護(hù)的一道重要防線。單一控制電磁閥EV1如果在機(jī)組長期運行過程中失電，則會造成VV閥無法開啟的狀況。為解決這一問題，在VV閥儀用氣控制管路中，再并聯(lián)一個相同的控制電磁閥EV2，如圖【4】所示，圖【5】為現(xiàn)場改造后的VV 閥圖片。

圖【5】現(xiàn)場改造后的VV 閥圖片

　　表【3】是經(jīng)改進(jìn)后的二個控制電磁閥EV1、EV2 試驗情況表，從表中可以看出，當(dāng)機(jī)組跳閘停機(jī)時二個控制電磁閥只要有一個正常工作，就能使VV 閥動作開啟，從而提高了停機(jī)瞬間VV閥動作開啟的可靠性，保證了機(jī)組的停機(jī)安全。

表【3】改進(jìn)后控制電磁閥EV1、EV2試驗情況

　　說明：儀用氣工作壓力0.5MPa，0為失電，1為帶電。

　　4.1.3、補(bǔ)充改進(jìn)措施

　　對VV閥汽源管路接頭等進(jìn)行檢查緊固，定期更換氣缸開、關(guān)氣源增壓模塊、氣源過濾器、控制電磁閥及其電纜插頭，防止設(shè)備老化損壞。校驗4號高壓導(dǎo)汽管及VV閥分支管道的支吊架，減弱CV4調(diào)門開啟對管道和VV閥閥體振動的影響。

5、結(jié)語

　　技術(shù)改進(jìn)VV閥氣源控制回路及邏輯設(shè)計后，長期運行實踐的結(jié)果表明，機(jī)組再也沒有出現(xiàn)過類似的誤動停機(jī)事件，而且啟停機(jī)時VV閥動作可靠穩(wěn)定，減少了汽輪機(jī)的的長周期運行風(fēng)險，提高了機(jī)組等效可用系數(shù)。