一起汽轮机高压主汽调阀异常关闭事故分析及处理

一起汽轮机高压主汽调阀异常关闭事故分析及处理

杨建球

广东粤电中山热电厂有限公司 广东中山 528445

摘要：本文主要介绍了某燃气电厂汽轮机运行过程主汽调阀异常关闭造成机组非计划停运的过程，并对主汽调阀异常关闭的原因进行分析，制定出切实可行的解决措施，防止类似事件再次发生。

关键字：天然气电厂；主汽调阀；非计划停运；措施；

2019年某燃气电厂发生一起因高压主蒸汽调阀伺服卡故障，引起高压主蒸汽调阀关闭，余热锅炉中压汽包水位波动大，触发中压汽包水位低3值保护动作联跳燃机，造成第三套机组被迫停运的事故。该电厂总装机容量为3X460MW，单台机组额定容量460MW，为“一拖一，双轴”布置的燃气-蒸汽联合循环机组。

1. 事件主要概况

事发前，第三套机组总负荷295MW，其中燃机负荷184MW，汽机负荷111MW，高压主蒸汽压力10.07MPa，高压主蒸汽温度565.28℃，再热蒸汽压力2.64MPa，再热蒸汽温度566.86℃，机组运行工况稳定。

运行过程中，在高压主汽调阀指令不变的情况下，高压主汽调阀阀位反馈突然波动，由98.11%降至96.78%然后又恢复至98.76%，并保持一条直线（存在失真）；随后汽机负荷35秒钟内从110.28MW降至41MW，高压主蒸汽流量从226.07t/h下降至16.34t/h，高压主汽压力上升至13.9Mpa，再热器进口压力从2.83MPa下降至1.4MPa，高压缸排汽压力从2.87MPa下降至1.01Mpa，锅炉高压汽包液位从0.12mm下降至-153.14mm，中压汽包液位从0.2mm上升至289.94mm，运行人员在对汽包液位调整过程中，最终因调整不及时，引起中压汽包水位波动大，触发中压汽包水位低3值保护动作联跳燃机，造成第三套机组被迫停运的事故。事发当时的DCS曲线图如图1所示：

图1 汽机主要参数曲线图

2. 事件原因分析

根据查看高压主汽压力、流量、再热器进口压力、高压排气压力数据曲线，可以看出该变化趋势是由于高压主汽调阀关闭引起的。初步判断引起高压主汽调阀关闭的原因有以下几种可能；

（1）高压主汽调阀阀芯脱落；

（2）EH油回路有杂质，引起高压主汽调阀伺服阀堵塞；

（3）高压主汽调阀快关电磁阀故障；

（4）高压主汽调阀伺服卡件故障；

针对以上几种可能原因逐步开展排查工作，由于该套机组刚投产运行三个月，高压主汽调阀阀芯脱落的可能性不大，所以首先排除了第一种可能原因。经厂内技术人员逐个拆下高压主蒸汽调阀油动机上的快关电磁阀、卸荷阀、伺服阀，对油动机的油管路进行全面检查。检查快关电磁阀、卸荷阀、伺服阀阀体及阀座管路均正常，这些阀体上的孔径均比较大，未发现明显异物，测量快关电磁阀电阻合格，检查EH油系统的冲洗前检查记录和冲洗后油质化验记录，均验收合格，故排除第二、第三种可能原因。最后，重点检查高压主汽调阀伺服卡件情况，查看当时的伺服卡件电压曲线（图2），伺服卡在正常运行过程中线圈电压全部突降为零，伺服卡未发出指令会使高压主蒸汽调阀关闭，伺服卡故障原因有可能是环境湿度大、伺服阀卡涩或LVDT安装位置不合理导致反馈电压长期超正常电压值损坏伺服卡电子元器件。此次事故中，检查伺服阀目测无异物，试验阀门时可正确动作，说明伺服阀卡涩可能性很小。LVDT安装位置极其不合理，运行过程中反馈电压多次出现了由-1左右波动至-2左右现象，高压主蒸汽调阀伺服卡上限参数为-8636，下限参数为15754，说明LVDT安装位置偏向关位，正常情况两者绝对值相差在1000以内最佳。这样就使得反馈电压长期超限，最高-9.993（正常绝对值3V-8V），从而损坏伺服卡。

试验时LVDT解线后线圈电压1、2为-2左右，反馈电压显示异常，正常断线应为该电压设定值上下限（-10至10），也说明伺服卡为故障状态。

图2 高压主蒸汽调阀阀位反馈及发电机功率曲线

3. 事件暴露的问题

（1）汽机高压调门的伺服卡故障，汽机高压调门的LVDT安装位置不合理。

（2）运行人员经验不足，暴露出当班操作人员在事故处理过程中，缺乏有效的协调与组织，未能采取有效手段进行处理，导致中压汽包水位低保护动作。

（3）汽机、余热锅炉的部分控制逻辑存在不足，汽机出现甩负荷等事故情况下旁路阀门控制等未能及时、准确响应。

4. 事故解决方案及防范措施

（1）更换第三套机组高压主汽调阀伺服卡，调整调阀LVDT安装位置，使其位于线性度最好区域（工作电压绝对值3V~8V），防止反馈电压长期太高损坏伺服卡件。同时举一反三，对全厂机组调阀LVDT安装位置进行检查整改。

（2）对余热锅炉汽包水位高、低保护动作的延时时间进行优化调整，根据厂家意见，余热锅炉高、中、低汽包水位低保护动作延时分别修改为130s、180s、300s。

（3）汽机高中低旁路系统增加超压保护逻辑，当发生主蒸汽超压情况，触发对应旁路阀超压保护动作，切除旁路阀后备压力控制模式，旁路阀设定目标压力为当前主汽压力值，从而调节主蒸汽压力，防止主蒸汽超压引起汽包水位大幅度波动情况发生。

（4）加强运行人员对机组异常处理方面的培训工作，对汽包水位异常时的操作、调整方法应作全面总结，明确各种异常工况下汽包水位（特别是中压汽包水位）正确的操作方法并要求运行人员熟悉掌握。

（5）根据高压主蒸汽调阀、中压调阀结构情况确定加装模拟量或者开关量反馈装置，冗余配置，确保调阀的位置反馈信息准确可靠。

5. 结束语

主汽调节阀是汽轮发电机组的重要部件，也是故障常发的部件，除了维护人员需要加强日常运行维护工作之外，运行人员也需要经常开展调阀故障的事故演练，这样才有可能应对突发状况，确保机组稳定运行。