失去厂用电后汽轮机组安全停运分析

Ａ而　电力安全技术　第１４卷（２０１２年第９期）　失去厂用电后汽轮机组安全停运分析　徐熙瑾，张宝　（浙江省电力公司电力科学研究院，浙江杭州　３１００１４）　［摘要］突发性事件常会造成正在运行中的汽轮机组彻底失去厂用电，处理不当会危及设备　安全。介绍了这种情况下多数电厂的一般做法，分析了失去厂用电后循环水系统、汽轮机润滑油系统、　真空系统与柴油发电系统的运行状态，并给出了相应操作建议。　［关键词］汽轮机组；失去厂用电；循环水系统；润滑油；轴封与真空　对于火力发电厂而言，尽管在设计时已经作了　（１）确认主机转速下降，所有主汽门和调节汽　充分的考虑，但受恶劣天气或突发性事故影响，还　门全关，抽汽逆止门关闭；　是存在着全厂供、用电与外界中断的可能。而目前　（２）确认柴油发电机启动成功，保安段电源恢　对于大多数长期在大电网中稳定运行的机组、尤其　复，启动主机顶轴油泵；　是大型汽轮机组来说，脱网带厂用电（ＦＣＢ）稳定　（３）确认主机直流事故润滑油泵自动启动，否　运行的功能一般都不很完善，因此，一旦出现全厂　则应抢投；　供、用电与外界中断，就会出现全厂断电的情况。　（４）确认空侧直流密封油泵自动启动，否则应　全厂断电，对于单台机组来说就是失去厂用电。　抢投；　厂用电失去的原因可能是多种多样的，但是其后　（５）确认小机跳闸，汽门全关，直流事故油泵　果对汽轮机及其系统而言主要是失去控制油（ＥＨ）、　自动启动，否则应抢投；　给水、凝结水、闭式水、开式水、循环水、真空泵、　（６）确认高、低压旁路阀已关闭，隔绝疏水进　压缩空气、轴封蒸汽等。在这些设备或系统均不能　入凝结器；　运行或者不能长久维持的情况下，如何使汽轮机安　（７）关闭汽机本体及主要管道的疏水阀；　全停运，是十分值得关注的。　（８）汽机轴封汽源由主蒸汽供给，开启真空破　完备的事故预案可以有效减轻或化解事故造成　坏阀，加速破坏真空；　的破坏，为此几乎每个火力发电厂都有类似的事故　（９）启动主机交流润滑油泵运行，停运直流润　处理预案，这些预案在多次事故处理中也曾发挥过　滑油泵运行；　很大作用；但是其中的一些做法是否合理、处理方　（１０）主机转速到０后，投运盘车。　法是否需要完善，仍需要深入分析与探讨。为了方　便讨论，在以下的分析中，均认为机组失去厂用电　２常见问题的分析　后，汽轮机保护正常动作，柴油发电机可立即投入　使用，保安段电源、ＵＰＳ电源和直流电源工作正常，　２．１　循环水泵停运后的循环水　与之相关的设备均能正常投用。　循环水泵失电停运后，循环水失去循环动力，　原来的“取水口～循环水泵一凝汽器一虹吸井～排　１　失去厂用电后的一般做法　水口”这种循环不再存在，但这不意味着凝汽器水　侧彻底失去了冷却水。一般的循环水系统流程如图　目前，对于正在运行的汽轮机组，失去厂用电　１所示，假定凝汽器水侧顶端位置比循环水泵出口　而跳闸后，汽轮机侧操作一般着重于保证油系统、　海拔高。　隔绝凝汽器、维持轴封汽３个方面，主要做法如下：　正常运行时，循环水被循环水泵从取水口取出　一　一　第１４卷（２０１２年第９期）　电力安全技术　后，经循环水泵出口阀、凝汽器和虹吸井，最终到　排水口。循环水泵突然停运后，其出口管路中的水　由于惯性还会继续向凝汽器流动，但这种流动不会　持久。由于虹吸作用的存在，凝汽器中短时间内会　存在大量的循环水，如果有措施能保证这些循环水　不会很快流失，并能有序流动，那么这对事故发生　时凝汽器的保护将是十分有利的。　１循环水泵；２一循环水泵出口阀；３循环水出口管路放气阀；４凝　汽器；５一虹吸井。　图１循环水流程示意　循环水泵失电停运后，其出口阀有２个选择：　一个是开，一个是关。正常的逻辑条件下，循环水　泵停运后，为防止泵倒转，其出口阀都会联动关闭。　但对于厂用电失去的情况来说，很难做到这一点：　如果该阀为电动阀，失电后会仍然保持开状态；如　果该阀为液动阀，失电后也可能由于失去关动力而　使阀门无法自动关闭。一般情况下，循环水前池水　位会比循泵出口低得多，如果循泵出口阀门打开，　会产生“倒虹吸”现象：循环水前池会起到虹吸井　的作用，而原虹吸井中的水会倒流。由于凝汽器水　侧出口到虹吸井距离一般都很近，其中的水会很快　被吸光，或许在低压缸排汽温度达到最高值前，凝　汽器水侧已经无水，这对凝汽器的安全是不利的。　如果循环水泵出口阀能在其出口管路中的水大　量倒流前及时关闭，漏进的空气还不足以将虹吸破　坏，那么凝汽器中的水会得以保持，并有可能是满　水状态。在系统严密不漏气的情况下，循环水泵出　口阀到虹吸井这段管路与设备中的水会处于静止状　态（凝汽器中的水位与进、出口阀中水位差不大于　８　ｍ）。完全静止状态的水，可以减轻凝汽器受损坏　的程度。而实际上，由于在循环水泵出口阀到凝汽　器的管路上存在有几个浮球式放气阀，在正压消失　后，会有少量的空气由此漏入管路。这会使循环水　泵出口阀到凝汽器这段管路上的水经凝汽器后慢慢　从虹吸井流出。由于这部分水量是很大的，凝汽器　也就会因此有足够的冷却水来带走其中因鼓风和疏　水而产生的热量，从而避免受到损坏。即使这几个　浮球式放气阀不漏气，也可以通过其他放气口缓慢　Ａ而　地、有控制地破坏虹吸作用，从而控制循环水的流　失量。为充分利用凝汽器进口管路中的循环水，这　些放气口应尽可能从离凝汽器远的位置寻找。　以上分析说明，在全厂失电后，及时关闭循环　水泵出口阀对凝汽器的安全是有利的，并可以通过　控制放气速度来控制流经凝汽器水侧的水量；而其　他操作，比如关闭凝汽器进、出口阀等，是不必要　的。实际运行中大部分循环水泵出口阀为液压驱动，　失电后仍保持原位，因此需要对控制电磁阀进行改　进，使全厂失电后该阀ｆｑ．－Ｉ以利用蓄能器蓄能实现　自动关闭。　２．２跳机后的润滑油系统　机组失去厂用电而跳机后，汽轮机润滑油系统　面临的最大威胁就是失去冷却水而造成润滑油温大　幅度上升。　汽轮机润滑油冷却水一般有２种来源：一种是　来自开式水，也就是来自循环水；一种是来自闭式　水。在厂用电失去后，汽轮机润滑油冷却水如果是　来自开式水，如前所述，在关闭循环水泵出口阀后，　可以试着通过打开冷油器最低处放水阀将从开式水　冷却器旁路来的水放出，从而达到冷却润滑油的目　的；如果是来自闭式水，可以用消防水往高位水箱　注水　通过打开冷油器最低处放水阀或者专设阀门　将水放出，从而达到冷却润滑油的目的。　在润滑油冷却水完全丧失时，如何尽可能减小　润滑油的温升也是值得关注的。汽轮机润滑油中的　热量来源于２部分：一部分是轴承中油膜与轴颈的　摩擦功耗，另一部分是轴颈的热传导。降低第ｌ部　分产生的热量，可以通过尽可能早地降低汽轮机转　速，减少油膜与轴颈摩擦而产生的热量；如果提早　开启顶轴油泵，增加油膜厚度，减小油膜温度，也　有可能会减少部分热量。降低第２部分产生的热量，　可以通过尽早切换轴封供汽来进行。与此对应的操　作是提早破坏凝汽器真空与开启顶轴油泵，在真空　到０后，及时切断轴封供汽。　汽轮机润滑油的循环倍率一般为ｌ０，在额定　转速下，通过轴承后润滑油温升一般为１５℃左右，　也就是说在１个循环周期内（６　ｍｉｎ），润滑油箱中　油温会上升ｌ５℃左右。在汽轮机惰走１２ｍｉｎ以　后，转速会降至９００　ｒ／ｍｉｎ左右，润滑油温升会有　所降低。假如原润滑油温为４０℃，润滑油箱油温　为５５℃，一旦彻底失去冷却水，润滑油温会突升　一　一　＾ｈｅｎｇｃｈａｎ　ｎｑｕａｎｓ室全生主电力安全技术　第１４卷（２０１２年第９期）　到５５℃。在随后的循环中，这个温度还可能会有　大热量，这样可以有效降低低压缸排汽温升。　６００Ｍｗ机组相关运行经验表明，如辅助蒸　汽由本机低压蒸汽供，跳机后１０　ｍｉｎ内辅助蒸汽　压力基本维持在０．９ＭＰａ左右，然后直线下降；　１５ｍｉｎ以后约下降到０．６ＭＰａ左右；到跳机１　ｈ后，　较大幅度的增长。在这种情况下，汽轮机转速到０　后，盘车不能立即投用。原因是润滑油温度过高，　盘车必需的油膜难以建立，轴承无法得到充分冷却，　如果盲目投用盘车，会给轴承带来很大损害。‘此时　最好的做法就是进行闷缸处理。如果厂用电能在短　时间内恢复，汽轮机很快就能启动，那么在盘车因　润滑油温度高而停运后，同时顶轴油泵启动后，建　辅助蒸汽压力降到０。因此，在凝汽器真空到０之前，　轴封汽不会中断。　如果辅助蒸汽的冷再汽源来自于高排逆止门后，　议每隔２０　ｍｉｎ将汽轮机转子转动１８０。，以便进行　锅炉再热器可以提供足够热量供辅助蒸汽使用，从　后续的启动。　在润滑油冷却水完全丧失的情况下，要力保润　滑油泵的正常运行。如有可能，建议通过润滑油冷　却器放气管或放水管注水对油冷却。　２．３轴封与真空　机组停运后，汽轮机轴封供汽无法长时间维持，　破坏真空是必须的。但何时破坏真空，却对汽轮机　低压缸未级叶片、低压缸轴承与凝汽器的运行有很　大影响。　汽轮机跳闸后，低压缸排汽温度主要受３个方　面因素影响：一是汽轮机与管道疏水、剩余排汽携　带的热量；二是因真空泵停运、轴承汽供应能力下　降等因素造成漏气量增大；三是低压缸未级长叶片　产生的大量鼓风热量。对于第１个因素，通过及时　闷缸、关闭事故放水等措施可以大幅度降低其携带　的热量；第２个因素造成的影响基本上无法避免，　但可以通过尽力维持轴封汽，延缓真空下降的速度；　第３个因素产生的热量与汽轮机的转速有关，凝汽　器漏进的空气量也会对此产生严重影响。　以上分析说明，降低真空下降的速度，能有效　降低低压缸排汽温升。因此，尽可能地维持轴封汽　压力、推迟破坏真空的时间，最终可以降低低压缸　排汽温度。正常运行的汽轮机组，轴封汽一般都由　辅助蒸汽提供，而辅助蒸汽则由四抽、冷再或主蒸　汽提供。６００　Ｍｗ机组相关运行经验表明，全厂失　电后，轴加风机停运，机组跳闸后，辅助蒸汽的压　力在１０　ｍｉｎ左右的时间内不会明显降低，１０　ｍｉｎ　之后才会逐渐下降。其实，在中、低压缸均为负压　的情况下，轴封汽压力并不需要太高就可以满足要　求。不破坏真空时，汽轮机跳闸１０　ｍｉｎ后，其转　速一般可以降至１　０００　ｒ／ｍｉｎ左右；如果此时再破　坏真空，１５　ａｒｉｎ后凝汽器真空就会完全消失。汽　轮机在低转速、低真空下的长时间惰走不会产生很　一　一　而保证机组跳闸后的轴封汽供应。因此，建议厂用　电失去后，根据机组实际情况合理推迟破坏真空的　时间，并密切关注中压缸轴封汽压力的变化趋势，　避免因破坏真空太迟造成中压缸轴端漏进大量冷空　气而使其上、下缸温差变大。　２．４柴油发电机　机组失去厂用电后，主机直流润滑油泵、空侧　直流密封油泵、小机直流润滑油泵应该立即启动。　５　ａｒｉｎ后，汽轮机转速会降至ｌ　５００　ｒ／ｍｉｎ左右，　此时应该启动主机顶轴油泵。因顶轴油泵一般为保　安段供电的交流油泵，此时柴油发电机必须启动，　也就是说，如不考虑事故照明，在汽轮机跳闸后的　５　ｍｉｎ之内柴油发电机启动，就不会对汽轮机的安　全构成实质性的威协。一般电厂的做法是，机组失　去厂用电后柴油发电机立即启动，进一步提高了安　全性。　在厂用电失去的短时间内，柴油发电机常常会　因负荷过重而跳闸，因此有序、合理地选择柴油发　电机负载十分重要。在主机惰走前期，要确保主机　润滑油泵、密封油泵的正常运行，在主机惰走后期　还要确保顶轴油泵的正常运行、在主机转速到０后，　要根据情况确保主机盘车的运行。整个过程中要确　保直流系统、热控ＵＰＳ电源的正常供电。为减轻　柴油发电机负荷，在交流油泵启动后，相应的直流　油泵应该及时停运。　一般汽轮机惰走转速低于１　５００　ｒ／ｍｉｎ时，都　需要启动顶轴油泵，以便在汽轮机转子自身油膜消　失前，建立润滑油膜以保护轴承。而实际上，在润　滑油温度正常的情况下，转子转速在５００　ｒ／ｍｉｎ以　上时，一般均能形成良好的润滑油膜。因此，在汽　轮机惰走到５００　ｒ／ｍｉｎ之前约２５　ｍｉｎ时间内，可　以不启动顶轴油泵，但前提是柴油发电机还有更重　要的负载。　第１４卷（２０１２年第９期）　电力安全技术　Ａ而　３失去厂用电后的推荐做法　４结论　（１）确认主机转速下降，所有主汽门和调节汽　（１）失去厂用电给汽轮机组的安全停运带来的　门全关，抽汽逆止门关闭，高、低压旁路阀已关闭，　压力是巨大的。到目前为止，对大多数机组而言，　循环水泵出口阀关闭。　柴油发电机是其失去厂用电后的最后一道安全保　（２）确认主机直流事故润滑油泵自动启动，否　障，如果机组能实现ＦＣＢ工况稳定运行，那么机　则应抢投。　组停运的安全性会大大改观，因此建议及时开展这　（３）确认空侧直流密封油泵自动启动，否则应　方面的工作。　抢投。　（２）汽轮机组在失去厂用电的情况下停运后，　（４）确认小机跳闸，汽门全关，直流事故油泵　要加强对相关数据的分析与比较，尤其是与汽轮机　自动启动，否则应抢投。　本体有关的相关数据。如果低压缸排汽温度上升过　（５）柴油发电机启动，主机、小机交流润滑油　高，在机组转为冷态后，要加强对凝汽器钛管胀口、　泵启动、密封油泵启动，相应直流油泵停运。　低压缸及轴承座的检查。　（６）关注主机润滑油温升情况，检查其事故冷　（３）完善的事故预案能够有效地化解事故风　却水投运正常。　险，合理的细节处理能够减轻事故带来的损失，但　（７）检查关闭汽机本体及主要管道的疏水阀，隔　这都要建立在对事故发生后机组运行情况深入、细　绝疏水进入凝结器。　致与准确的把握之上。　（８）主机转速低于ｌ　５００　ｒ／ｒａｉｎ时，启动顶轴油泵。　（９）关注辅助蒸汽压力变化，适时开启真空破　参考文献：　坏阀。　１姚金环．对ＦＣＢ若干问题的探讨．［Ｊ］中国电力，２００７（０５）　（１０）主机转速到０后视情况投盘车或闷缸。　（收稿日期：２０１２－０６—０４）　中国电力信息化投资规模将保持稳步增长　电力信息化是在电能的发、输、变、配、用和调度的生产和管理全过程中，运用信息技术、　改造传统产业，促进电力企业结构的调整，优化与升级、提高管理水平，实现电力行业跨越式发展。　其下游电力行业是基础能源工业，安全可靠性要求高，资产密集，信息化管理需求迫切。　２０１０年我国电力信息化投资额为２０２．６３亿元，随着未来“坚强智能电网”建设规划实施、　新兴应用领域的不断出现及产品更新换代需求的推动，我国电力信息化投资规模将保持稳步增长。　据报告显示，长久以来，电力企业比较重视信息技术在生产过程控制中的应用，而忽视在业　务管理中的应用。目前，电力企业的“信息高速公路”已基本建成，电力信息化在生产经营操作　层的运用已经完成。下一步如何利用信息技术实现从“生产成本控制”到“资源经营管控”转变，　以实现集团企业整体管控与经营效益最大化。另一方面，电力企业呈现集团化、产业化、标准化、　智能化的发展趋势。电力企业集团其对数据分析、辅助决策、智能管理的需求逐渐凸显。这些因　素都能促使电力信息化的重点从生产经营操作层向业务职能管理层和企业战略决策层转移。电力　行业的信息应用系统建设也是在这个背景下应运而生的。　电力行业的信息应用系统建设是针对电力企业的各种管理需求，进行应用软件系统开发，以　及各软件系统之间的界面、数据和流程集成的应用系统集成。有分析认为，随着电力行业的信息　化需求由生产经营操作层向业务管理层和决策层转变影响，近年来信息应用系统建设领域在电力　信息化行业的投资比例逐年增加，其市场需求高于电力信息化行业增长。　（来源：国家电力信息网２０１２－０８－２３）　一　一