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某核電廠汽輪機機械超速遠程注油試驗失效分析
作者: 來源: 發佈時間:2020-03-13

 摘要:汽輪機機械超速跳閘(MOST)裝置能夠實現在無電信號參與的情況下達到保護汽輪機的目的。爲驗證MOST的功能可用,在功率運行期間需要定期進行遠程注油試驗,試驗過程中需要採集相關壓力信號以確認試驗合格。而壓力信號的可靠性將影響試驗結果的判定,甚至導致意外停機。本文以同型號機組MOST遠程注油試驗過程中出現的異常現象爲切入點,分析探討提高該類試驗可靠性的優化方向,也爲後續機組的設計改進提供參考和借鑑。

 
    浙江某核電廠一期工程汽輪機採用日本三菱重工技術,汽輪機爲單軸、四缸、六排汽的反動凝汽式核電汽輪機,額定功率1251MW,額定轉速1500r/min。爲防止汽輪機超速,設置了超速保護控制(107.5%)、機械超速保護(110%)和電氣超速保護(111%),其中,機械超速和電氣超速在機組功率運行期間每月執行1次試驗。本文從機械超速跳閘(MOST)遠程注油試驗時發生的壓力信號異常而導致試驗失敗的案列出發,分析壓力信號在該類試驗中的重要性.並提出優化方向。
 
MOST原理
    該核電廠汽輪機MOST裝置安裝在汽輪機主油泵軸的末端。包括帶壓縮彈簧和注油孔的偏心飛錘、脫扣扳機、滑閥、危急跳機活塞閥、就地復位手柄、遠程復位裝置、節流孔板、試驗氣通渦街閥以及相關的儀表和管線等[21O如圖1所示。
汽 輪 機機 械超 速 跳 閘 原 理 圖
    機組正常運行時,飛錘的彈簧力大於飛錘的離心力,飛錘受彈簧約束不會飛出。當汽輪機實際轉速上升到MOST的設定值時.飛錘將克服彈簧阻力從小孔中飛出,撞擊脫扣扳機,打開滑閥,自動停機油排出。危急跳機活塞閥由自動停機油壓保持在關閉狀態,當自動停機油排出後,危急跳機活塞閥開啓,危急跳機油排出,危機跳機油壓低導致所有汽輪機進汽閥關閉.汽輪機停機。
 
2  MOST遠程注油試驗
    MOST遠程注油試驗是通過高壓油衝擊飛錘,使飛錘飛出撞擊脫扣扳機,危急跳機油排出.危機跳機活塞閥打開,EH油壓(圖,的P3處)釋放131。具體試驗步驟如下:
 
2.1試驗步驟
    1)在試驗選擇模式界面中選擇“機械超速"o
    2)操作‘'MOST試驗閉鎖”按鈕,使SV-MOST(SV125)渦街閥(S-1)通電,關閉(Pi)處的危急跳機油至(P3)處的排油.以防止在試驗中由於危急跳機活塞閥開啓,關閉汽輪機進汽閥。
    3)爲了確認以上MOST試驗閉鎖狀態,在EH油管路上安裝了2個節流孔。2個節流孔之間的壓力(P4)比危急跳機油壓(P1)設置的稍低(相差約3.5MPa)。在MOST試驗閉鎖動作時,(P3)處的壓力等於(P4)處的壓力。差壓開關DPS-DMOST (PDS072 )撿測(P1)和(P3)之間的壓差,用來在主控界面指示“正在進行MOST試驗”。
    4)通過持續按下‘.試驗投人”按鈕,SV-OST(SV044)一直帶電開啓。MOST試驗油供到飛錘的下面。MOST試驗油壓衝擊力大於彈簧約束力時,飛錘飛出。
    5)當飛錘飛出時,通過PS-MOST2 (PS026 )檢測到MOST自動停機油壓減少。
    6)自動停機油壓減少使危急跳機活塞閥開啓,危急跳機油壓(P3和P4)與排油壓力相等。PS-MOSTI (PS073 )檢測到危急跳機油壓減少,操作員也可以通過PS073的指示來確認系統正常。
 
2.2試驗復位
    I)釋放“試驗投人”按鈕。
    2) SV-OST (SV044)失電關閉,到飛錘的MOST試驗油管路關閉。
    3)通過操作“試驗復位”按鈕,汽輪機復位渦街閥(SV-OSTR) (SV090)通電開啓;汽輪機遠程復位裝置動作,機械超速跳閘裝置復位;限位開關(ZS051 )檢測汽輪機的復位狀態;自動停機汕壓回到正常值.危急跳機活塞閥關閉。
    4)危急跳機油壓(P3和P4)回到‘.試驗投人”操作前的值(通過PS073判斷)。
    5) SV-MOST (SV125)的S-1失電,S-2帶電。SV-MOST的兩端壓力(P1和P3)相等,差壓開關DPS-DMOST (PDS072 )檢測到SV-MOST復位。"MOST試驗閉鎖”狀態指示消失。
    6)在試驗選擇模式界面中,選擇“模式選擇切除”按鈕,由試驗模式回到正常位置。
 
MOST遠程注油試驗失效分析
    同類型機組中發生過兩次因壓力信號異常導致MOST遠程注油試驗失敗的案例,其中.例導致汽輪機跳機。MOST遠程注油試驗過程中,壓力相關信號的變化見表1,
MOST遠程注油試驗過程中的壓力信息
3.1差壓開關DPS-DMOST‘PDS072)異常,導致試驗不成功
    故障現象:執行完畢2.2節中的步驟3)之後,步驟5)中的差壓開關PDS072沒有按照預期復位(對應表I中的狀態5),無法通過壓力信號(PDS072)確認MOST功能是否恢復正常。
    處理過程如下:I)實驗室校驗差壓開關PDS072,正壓側打壓大於13MPa,負壓側對大氣。校驗動作30次均動作正常;2)檢查差壓開關PDS072對應卡件通道,模擬動作30次.通道響應正常;3)檢查三通渦街閥SV125線圈阻值、絕緣均正常;4)在圖I中的P3處安裝臨時精密壓力錶,確認油管道壓力正常;5)在表1中的狀態1與狀態2之間往返切換30次,差壓開關PDS072均動作正常;6)通過執行20次MOST遠程注油試驗,前15次正常.後5次試驗中差壓開關PDS072沒有復位,試驗不成功;7)在實驗室再次校驗PDS072,單側打壓13.5MPa(模擬現場工況),10min後迅速釋放壓力,PDS072無法復位,輕輕敲擊後,PDS072成功復位.重複多次後仍能復現;8)校驗PDS072新備件,未出現上述異常現象。說明該壓力開關在單側高靜壓持續受壓後,無法快速恢復形變,導致動作異常。經查詢,機組調試期間在高壓油還未可用時,爲執行汽輪機汽閥試驗,將SV12.5長期置於閉鎖狀態(即圖1中PI處壓力爲13.5MPa, P3壓力爲0),導致PDS072長期處於單側高靜壓環境,更換新備件後.運行3年未出現異常。
3.2壓力開關PS-MOST1(PS073)異常,導致汽輪機停機
    故障現象:執行完成2.1節中的步驟6)之後,壓力開關PS073應該處於表1中的狀態3.即值爲1。而實際PS073(流爲I)僅保持0.2a後就自動復位了。執行完畢2.2節中的步驟3)之後,由於PS073信號已經提前復位(實際圖1中P3處油壓還未恢復),邏輯中自動將SV125解鎖(圖1中P1與P3連通),危急跳機油排出,導致危急跳機油壓低.汽輪機停機。
    處理過程:1)審查壓力開關PS073最近校驗記錄和通道迴路檢查記錄.均正常;2)檢查與PS073同卡件的其他信號通道均正常;3)檢查試驗過程中,對應機櫃處理器和卡件無異常報警;4)機組掛閘後再次執行3次MOST遠程注油試驗,均成功;5)由於短時無法復現故障現象.機組正常啓動運行,待停機檢修窗口再次進一步排查,同時在MOST試驗程序中增加操作前後對PS073狀態的確認步驟,避免PS073的再次異常。PS073長期工作壓力爲13.5MPa.動作值爲‘3.9MPa.工作壓力和動作壓力相差較大,不排除感壓元件疲勞引起設定值瞬間異常的可能。
 
4    MOST遠程注油試驗優化方向
    由試驗過程可知,油壓信號的響應是判斷試驗是否成功的標誌,同時油壓信號異常也將導致試驗提前解鎖,進而引起汽輪機停機。針對壓力信號的重要性.提出以下優化方向。
4.1差壓開關的改進
    由4.1節的分析可知,差壓開關PDS072長期處於單側高靜壓環境將影響其動作的靈敏性。機組正常運行期間僅在MOST定期遠程注油試驗時纔會使PDS(Y72形成單側高靜壓環境.且持續時間較短.對PDS072的影響可以忽略。但是在機組大修期間,若高壓油還未可用時需要操作汽輪機進汽閥,則仍然會閉鎖SV125,使得PDS072長期處於單側高靜壓環境,此時可以在閉鎖操作前。先將PDS072的儀表隔離閥關閉,平衡閥打開,以保護PDS072的性能。
 
4.2壓力開關的改進
    根據壓力開關PS073的作用,有兩種改進方式:一種增加壓力側點保障信號可靠;一種修改邏輯實現手動解鎖。
    1 ) PS073參與邏輯自動解鎖SV 125,如果試驗期間異常.將會導致嚴重後果,可在PS073取壓口處(圖I中P3處〕增加1個壓力測點,連接壓力變送器。將壓力變送器通過定值(簇3.9MPa)觸發後的信號與PS073的信號共同參與邏輯.避免單個設備故障而誤觸發邏輯信號。同時也可在PDS072異常時,判斷圖1中P1(已經配置壓力變送器)與P3之間的壓差,進而判定MOST試驗成功與否。
    2)取消自動解鎖SV 125的邏輯。爲避免壓力信號異常再次引起嚴重事故,可取消自動解鎖邏輯,通過在畫面增設獨立操作按鈕.實現手動解鎖功能。
 
5、結束語
    汽輪機MOST定期遠程注油試驗,是爲了驗證MOST的飛錘能夠正常飛出、危急跳機活塞閥能夠正常打開等功能,試驗期間若壓力信號異常將影響試驗結果甚至導致汽輪機跳機事件。文中通過分析MOST的動作原理和遠程注油試驗過程.提出了壓力信號的改進建議.保證了MOST

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