11000MW 机组热态停机后汽轮机盘车跳闸的原因分析及对策摘要本文介绍了某电厂 1000MW 超超临界汽轮发电机组的技术特点，该机组汽轮机系西门子 1000MW 汽轮机，是由上海汽轮机有限公司引进德国西门子公司技术，采用联合制造型式，为超超临界、一次中间再热、凝汽式、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽汽轮机。对已经发生的汽轮机盘车跳闸事件的原因进行了分析，制定闷缸措施，采取热态停机后破坏凝汽器真空的方法，有效破坏产生盘车跳闸的条件，没有再次发生盘车跳闸的事件，对其它采用西门子汽轮机的电厂有很好的借鉴意义。关键词 超超临界汽轮机、盘车、停运、原因分析、解决方案1 主机简介西门子 1000MW 汽轮机是由上海汽轮机有限公司引进德国西门子公司技术，采用联合制造型式，为超超临界、一次中间再热、凝汽式、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽汽轮机，采用积木块模式，由一个单流圆筒型高压缸，一个双流中压缸和两个双流低压缸组成。高压通流部分 14级，中压通流部分 213 级，低压通流部分 46 级，共 64级。2 主机特点汽轮机 A 级检修周期为12 年或连续运行累计时间达到 96000 小时，是一般电厂A 级检修周期的 23 倍，大大提高了机组的等效可用系数。该汽轮机高压缸采用双层缸设计，外缸为桶形设计，由垂直径向中分面分为进汽缸和排汽缸，内缸为垂直纵向平分面结构，由于缸体为旋转对称，使得机组在启动停机或快速变负荷时缸体的温度梯度很小，热应力保持在一个很低的水平。内缸中分面螺栓应力也很小，安全可靠性高，使得检修周期得到延长。 汽轮机纵剖面图如下：图 1.汽轮机纵剖面图汽轮机四根转子分别由五个径向轴承来支承，除高压转子由两个径向轴承支承外，其余三根转子，即中压转子和两根低压转子均只有一只径向轴承支承。这种支承方式不仅是结构2比较紧凑，主要还在于减少基础变形对于轴承荷载和轴系对中的影响，使得汽机转子能平稳运行，这五个轴承分别位于五个轴承座内。高压缸静子和中压缸静子由它们的猫爪支承在汽缸前后的二个轴承座上，低压外缸的重量由与它焊在一起的凝汽器颈部承担，其它低压部件的重量通过低压内缸的猫爪由其前后的轴承座来支承，所有轴承座与低压缸猫爪之间的滑动支承面均采用低摩擦合金，优点是具有良好的摩擦性能，不需要润滑，有利于机组膨胀。2 号轴承座位于高压缸和中压缸之间，是整台机组滑销系统的死点。在 2 号轴承座内装有径向推力联合轴承，整个轴系以此为死点向前后膨胀，高压缸和中压缸的猫爪在 2 号轴承座处也是固定的，高压缸受热后以 2 号轴承座为死点向机头方向膨胀，中压缸受热后以 2 号轴承座为死点向发电机方向膨胀，由于转子和静子的膨胀方向一致，在机组启动及运行中通流部分动静之间的差胀较小，使汽轮机动静间隙可以设计的更小，减少漏汽损失，提高机组的效率。盘车装置采用液压马达，由顶轴油驱动，在汽轮机转速降到盘车转速时自动投入，盘车装置安装于机头，位于 1 号轴承座内，工作转速为4854rpm，采用液压盘车的优点是不需要汽轮机转速降到 0 就可以自动投入，盘车启动力矩小，可靠性高，不会发生电动盘车啮合不好发生的打齿轮事件，在汽轮机发生动静摩擦时，汽轮机转速会很快惰走到 0，避免电动盘车发生的电动机过流损坏或动静摩擦造成的通流部分损坏。汽轮机主要技术规范为：主蒸汽压力26.25MPa、主蒸汽/再热蒸汽温度 600/600，额定设计背压：5.39/4.4 kPa，夏季设计背压：9.61/7.61 kPa，额定功率：1000MW，阀门全开（包括补汽调节阀）功率：1049.85MW，保证热耗：7316 kJ/kW.h。按照中电联的统计数据，目前在役的1000MW 超超临界汽轮机，近几年供电煤耗排在前几位的都是上汽厂生产的西门子汽轮机，2009年供电煤耗最低的 1000MW 汽轮机是外高桥第三发电厂 2 号机组，为 281.84g/kWh，2010 年是浙江北仑电厂 6 号机组，为 284.38g/kWh，说明西门子汽轮机的效率高于其它型式的汽轮机，是目前世界上最先进的汽轮机之一。3 西门子汽轮机运行时存在的问题某电厂 4 号西门子汽轮机在 168 小时试运结束后发生凝汽器钛管泄露，凝结水钠离子严重超标，机组紧急停机，液压盘车投入后，盘车转速逐渐降低至 0，发生汽轮机抱轴事件。转子惰走3曲线见下图。图 2.汽轮机惰走曲线经检查 4 号机组热态停机前后的振动曲线发现，1、2 号瓦轴振动正常运行时只有1020m，在停机后却明显上升，在盘车转速时却分别达到了 129m 和 55m，而且高压转子的降温速度也较快，在 11 小时内温降为58，平均降温速度为 5.24/h，明显高于正常转子的降温速度。说明汽轮机高压缸内进入了冷蒸汽或水，汽轮机动静间隙减小，最终导致动静摩擦，汽轮机盘车转速降到 0，发生抱轴事件。该机组热态停机后 1、2 号瓦轴振动和高压转子温度变化情况见下图。图 3：热态停机后 1、2 号瓦轴振变化曲线4 西门子汽轮机盘车跳闸的原因分析为保证西门子汽轮机有较高的热效率，汽轮机采用传统的梳齿汽封，并且汽封间隙较小，轴封供汽压力为 3kPa 就能满足密封需要，比其它汽轮机的 30kPa 轴封供汽压力低了很多，并且轴封供汽温度的选择也与国内其它形式的汽轮机有所不同，国内的汽轮机轴封供汽通常由辅汽联箱供给，辅汽联箱温度为 320左右，一路直接供到高中压缸轴封，另一路经过喷水减温，温度降到 150后供到低压缸轴封；西门子汽轮机轴封供汽也来自辅汽联箱，温度为320左右，不同的是供到低压缸轴封的蒸汽温度没有经过减温，也是 320。从汽轮机型式看，国产汽轮机高中压缸为合缸，汽轮机高中压缸汽封与高中压缸排汽相连，高压缸排汽温度 330，中压缸排汽温度 260，和轴封供汽温度差很小，低压缸排汽温度在 3040，而供汽温度为 150，温差也较小，因此，国产汽轮机轴封供汽温度的选择是比较理想的。西门子汽轮机高中压缸是单独的，高压缸是单流的，中压缸是双流的，低压缸也是双流的，中间进汽。供到高压缸的轴封供汽温度只有320，而主蒸汽温度为 600，因而 1 瓦处轴封供汽和汽缸内漏汽的温差较大，低压缸排汽温度在 3040，而供汽温度为 320，温差也较大，故西门子汽轮机的轴封供汽温度的选择是不合理的，但西门子汽轮机轴封供汽减少了减温器，系统简单，不会发生减温器故障造成汽封进水的事故，可靠性得到了提高。正常运行时，高压缸内蒸汽压力较高，蒸4汽从汽缸向外漏，低温轴封供汽不会进入到汽轮机内，不会威胁到汽轮机的安全运行。机组热态停机后，高压转子温度在 500以上，汽轮机由于不进汽，高压缸内呈现真空状态，这时低温的轴封供汽就会被吸入高压缸，由于西门子汽轮机的动静间隙较小，漏入高压缸的蒸汽量并不大，对转子的冷却比较明显，对汽缸冷却则不明显，导致转子和汽缸在轴封处的温差加大，汽封处产生动静碰磨，造成 1、2 号瓦轴振增大，尤其是 1 号瓦的轴振增加比较明显，通过就地听音可以明显听到金属的摩擦声。那是不是每次停机都会造成高压缸汽封摩擦，引起盘车失效呢？回答是否定的，因为机组虽然启停频繁，但是构成汽封摩擦的条件并不多，汽封摩擦必须具备 2 个条件，一是极热态停机，二是短时间内不会再次启动。通常机组跳闸后都会立即启动，这不会造成汽封摩擦，在动静间隙到 0 前，机组就重新运行了；计划检修会提前滑参数，高压转子温度降低，和轴封供汽的温差减小，也不会造成汽封摩擦。只有机组高负荷跳闸后，存在较大缺陷，不能立即启动，才会造成汽封摩擦，事实证明，后来发生的外高桥第三发电厂和天津国投北疆电厂的西门子 1000MW 机组，相继发生抱轴事件，原因都是热态机组停运后不能立即启动造成的。通常机组在盘车转速下不监视振动，只有在 600rpm 以上才监视振动，600rpm 以下的振动值是偏心度，是转子在轴瓦内的晃动度，偏心增大不会造成汽缸和转子内部动静摩擦，也不会对轴瓦引起伤害，这从停机后 1、2 号瓦轴振大时的参数可以看出，此时盘车转速基本不会降低，这说明动静没有发生严重的摩擦；同时，1、2 号瓦的瓦振都非常小，说明对轴瓦没有太大损害。原因是停机后由于顶轴油的存在，转子悬浮在轴瓦中，汽封处发生摩擦，由于转速低，转子在轴瓦中轻微晃动，产生的力矩并不大。但是轴瓦偏心大不允许再次启动，而且轴封处碰磨会造成轴封齿的磨损，轴封间隙增大，运行中轴封漏汽量增大等风险，严重时还会从轴端冒汽，威胁机组安全运行，必须采取措施消除。5 西门子汽轮机盘车跳闸后的处理汽轮机停运后，盘车自动投入后转速降到 0后，手动也不能盘车，需要采取如下闷缸措施，保证汽轮机不再进冷汽，也防止强行盘车对汽封处造成损坏。5.1 立即破坏凝汽器真空，停运汽轮机轴封供汽，保持真空破坏门开启，锅炉采取有效措施尽快降温、泄压，待压力降至 1.0MPa 后带压放水，防止高压汽水进入凝汽器，造成汽轮机防爆门爆破。5.2 关闭大、小汽轮机缸体及管路疏水阀门，关闭主、再热蒸汽管道和高低旁阀门及疏水阀门，关闭抽汽回热系统所有疏水及抽汽、疏水电动、气动阀门，低压缸喷水电磁阀关闭，手动门关闭。5.3 顶轴油系统正常运行，盘车电磁阀关闭，每小时核对一遍所有顶轴油压力表，润滑油系统正常运行，密封油系统正常运行，油系统油温保持在 45以上。55.4 每隔 30min 记录主机各缸体温度，所有油系统运行参数，就地不间断巡检，防止误动主机闷缸的阀门。5.5 在大轴顶部画线，做好大轴位置标记，高中压转子温度降到 300以下时，每隔 2 小时手动试盘车一次，手动可以盘车时，开启盘车电磁阀，投入液压盘车。6 西门子汽轮机盘车跳闸的预防发生热态停机后，如机组不能立即启动，构成汽封摩擦条件时，应通过旁路降低主汽压力，1、2 号瓦轴振增大时，立即破坏凝汽器真空，停止轴封供汽，消除振动。通常停机后 5 小时左右，1、2 号瓦轴振就会上升，此时旁路基本将主汽压力降至 0，因而可以破坏凝汽器真空，停止轴封供汽，消除机组振动，通过采取以上措施，再没有发生汽轮机盘车跳闸事件，其它电厂在盘车跳闸后按照闷缸措施进行处理，很快重新投入了盘车，避免了汽轮机大轴弯曲的恶性事故的发生。7 结 论以上介绍了某电厂西门子汽轮机的技术特点，已经发生的汽轮机盘车跳闸事件，对盘车跳闸的原因进行了分析，制定闷缸措施，很快恢复盘车的运行。通过对汽轮机盘车跳闸产生的条件分析，采取热态停机后破坏凝汽器真空的方法，有效破坏产生盘车跳闸的条件，没有再次发生盘车跳闸的事件，对其它采用西门子汽轮机的电厂有很好的借鉴意义。参 考 文 献：1上海汽轮机有限公司技术资料2上海交大 1000MW 机组汽轮机培训教材