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摘要：二次再热机组能够提高火力发电厂的效率，减少环境污染，满足人们对电力和清洁能源的需求。在科技的高速发展下，二次再热机的技术也在不断成熟，二次再热机已经具备了更高的效率、更长的寿命、更小的体积和更低的成本，这些优势使得二次再热机组更加适合于大规模的火力发电厂应用。本文对两起二次再热机组通流部分损坏案例的原因做出深入分析，并提出相应的控制策略，对二次再热机组的安全运行具有一定的参考意义。

关键词：二次再热；汽轮机；超高压缸；通流损坏；安全运行

0概述

随着全球能源需求的不断增加，火力发电厂的数量也在不断增加，而二次再热机组能够提高火力发电厂的效率，减少环境污染，满足人们对电力和清洁能源的需求。

在科技的高速发展下，二次再热机的技术也在不断成熟，二次再热机已经具备了更高的效率、更长的寿命、更小的体积和更低的成本，这些优势使得二次再热机组更加适合于大规模的火力发电厂应用。然而二次再热机组在运行控制过程中也存在一些问题，导致汽轮机通流部分损坏，对机组的安全、经济运行产生了极大的负面影响。因此以案例为契机，分析二次再热汽轮机组在切缸、逻辑等方面的差异，分析调研、统计已投产二次再热机组在汽轮机上控制的差异，综合判断后给予最佳的运行控制方式，对于保障汽轮机组的安全运行具有重大意义。

1案例

案例1

2022年10月8日，调试单位组织广西某厂#1机组进行一次风机RB试验。22：37运行人员手动停运11一次风机开始RB试验。目标负荷450MW，锅炉主控负荷以200%的速率下降，燃料量从353t/h降至160t/h；22：42机组负荷最低降至214MW，中压调门关至11.7%，高压缸排汽压力升高至2.97MPa，高压缸排汽温度最高升至483.9℃，触发超高压缸切缸保护（高压缸排汽温度＞480℃，并且机组负荷＜300MW）；23：10超高压内缸90%温度及超高压转子温度升高至643℃，手动打开超高排通风阀，温度开始下降；23：14汽轮机#1/#2/#3瓦轴承振动阶跃上涨至227um/249um/231um，6s后恢复正常；随后5min内出现3次阶跃上涨，幅度逐渐减小；23：40顺控进行超高压缸并缸，超高压调门从0%开启至9%，机组负荷由303MW上涨至360MW；过程中汽轮机轴向位移快速上涨，3个轴向位移测点由-0.21mm至0.3mm后均变坏点；13s后#2轴承推力瓦工作面温度上升至130℃（最高升至422℃）推力瓦温度高跳汽轮机保护动作，汽轮机跳闸；23：50汽轮机转速降至54r/min，盘车自动投入；汽轮机破坏真空停机，转速下降过程中轴系振动未出现异常，各轴承、轴封处无异音，惰走时间约26min。（同类型机组泰州电厂破坏真空惰走时间约为55min）。

2022年10月28日，更换推力瓦后机组再次启动，负荷至200MW左右时，发现轴向位移大（0.36mm）、推力瓦温高（90℃以上），经上汽厂现场试验及计算分析认为超高压缸通流部分故障，需返厂检修，预计2023年12月修复好，可现场安装。

案例2

2023年6月8日，广东某厂1号机组为上汽660MW二次再热机组，在基建调试过程中发生一起汽轮机通流损坏、油系统着火爆炸的事故。4：20左右该机组完成50％甩负荷试验后，计划继续并网进行100％甩负荷试验，4：50左右机组3000r/min，由于高压缸排汽温度高，致使超高压缸切除，期间执行二次超高压缸并缸操作失败，特别是在第二次并入超高压缸10min后，超高压缸缸内温度异常升高（670℃），1号、2号瓦轴振突升，22s后1号瓦振动大保护动作触发汽机跳闸，跳闸后21s转速至0。超高压缸通流部件严重动静碰磨、剧烈振动导致1号轴承、2号轴承损坏，油档断裂松脱漏油，同时超高压缸超温、超压，造成超高压缸尾部热蒸汽外泄，高温热源引发润滑油着火、爆燃，造成超高压缸通流部件损毁、1号轴承、2号轴承报废。预计该机组超高压缸需重新加工，严重影响投产进度。

2二次再热机组通流部分损坏事件原因分析

2.1二次再热机型的参数特点

2.1.1目前一次再热机组高压缸/中压缸/低压缸功率分配比为3：3：4，二次再热机组超高压缸/高压缸/中压缸/低压缸功率分配比为2：2：3：3。

不同出力的二次再热机组各汽缸功率分配见下表：

2.1.2一次再热压力的选择，即超高压缸的排汽部分压力选择，考虑最佳给水温度循环效率因素，一次再热压力/主汽压力为34%～37%。推荐额定一次再热压力为10.6MPa。二次再热压力的选择：即高压缸的排汽部分压力选择，考虑排汽湿度、循环效率因素，结合中压缸容积流量，推荐额定二次再热压力为3.2MPa。

2.1.3两起二次再热机组通流部分损坏事件的机组均是上汽西门子二次再热机组，热力系统图如下：

2.1.4二次再热机组各作功单元功率占比下降，说明同样△ht下通流流量小和超高压缸排汽压力高是其最显著的特点。启动/停机阶段，三组调门和三级旁路协调参与调节，控制操作复杂。

2.2二次再热机组通流部分损坏事件机理

据汽轮机原理，可知汽轮机级内的摩擦、鼓风损失与叶片直径二次方、转速三次方成正比；与蒸汽比容成反比。投产后的汽轮机在一定转速下运行，其实际摩擦鼓风损失产生的热量仅与缸内蒸汽比容有关。

现代大容量超超临界汽轮机低压缸末级叶片（上汽1000MW/660MW的末级长度1146mm/915mm）虽然显得较长，但因蒸汽比容与高压缸内的比容至少存在百倍之差，因此（超）高压缸的摩擦鼓风更大。

因二次中间再热机组设计有超高压缸，绝大多数运行工况下，超高压缸排汽压力都在1.5MPa（级别）以上运行，缸内蒸汽比容为0.1m3/kg级，同样工况下缸内蒸汽比容明显低于高压缸蒸汽比容，所以带超高压缸的二次再热机组防摩擦鼓风热量累积问题比一次再热机组的更加突出。

上述两起汽轮机超高压缸损坏事故，从机理上讲都是汽轮机异常进入小蒸汽流量工况超高压缸、高压缸摩擦鼓风热量累积导致的严重超温事故，从而导致动静磨损、剧烈振动。

3二次再热汽轮机防止摩擦鼓风热量累积的控制措施

3.1为防止汽轮机鼓风摩擦过大导致排汽温度过高，原则上采用增大缸内的蒸汽流量以带走摩擦鼓风热量，主要方法如下：

3.1.1启动阶段增加蒸汽流量，如：暖机转速870r/min、冲转启动蒸汽温度按低限选择、增大背压等降低焓降。

3.1.2甄别和避免汽轮机小流量工况。

●转子温度520℃以上的热态启动工况

●极热态启动工况

●超速试验时的工况

●50%甩负荷、100%甩负荷后定速工况

●停机操作至机组解列前的小负荷阶段

●运行中高旁突然全开或（与）中旁突然全开（任一）工况

●启动过程高中低旁路自动调节迟缓等工况

●停机过程高中低旁路开度操作不匹配的工况

●RB、高加/低加跳闸等导致综合阀位偏小的工况

3.1.3最恶劣工况：

●上述小流量工况下，（超）高排温度越限，（超）高排通风阀无法开启工况。

●机组跳闸后（超）高排逆止阀卡在全开的工况。

3.2目前二次再热汽轮机防止摩擦鼓风热量累积的控制措施：

3.2.1不进行极热态启动方式，启动的最高转子温度宜为500℃～520℃；

3.2.2超速试验带负荷阶段的汽温目标460℃；

3.2.350%甩负荷或100%甩负荷后，机组立即打闸，宜16小时后再点火；

3.2.4停机操作至机组解列前的小负荷阶段，10%负荷以下打闸，减少小负荷阶段停留时间；

3.2.5100%容量高旁取消高旁快开保护，具有防止高旁突然全开或（与）中旁突然全开的措施；

3.2.6启动过程高中低旁路自动调节，严格控制锅炉燃烧率，监视操作主汽压力，一再、二再压力应平稳，避免进入超高压缸、高压缸作功流量急骤变化工况。

3.2.7高中低旁路阀前宜设置流量显示，防止高中低旁路开度操作不匹配。

3.3针对可能损毁汽轮机的最恶劣工况，应做好以下措施：

3.3.1高度认识超（高）压缸通风阀、超（高）压缸排汽逆止阀的重要性，应将其设备功能、保护逻辑、运行方式等提升到主保护的高度进行管理；

3.3.2按上汽要求通风阀前后不能装隔离阀；

3.3.3（超）高压缸通风阀应具有保护开、联锁关的逻辑，且应为脉冲指令，确保异常工况下可随时手动开启通风阀。保护逻辑模块中不得设置允许开、手动优先逻辑，确保触发保护开动作时通风阀应开尽开、且不受人为操作的影响；

3.3.4机组启动前应执行（超）高压缸通风阀活动性试验，确认阀门开关灵活、到位，阀位指示正确；执行机构应具备失电、失气安全开启动作的原则。

3.3.5（超）高排逆止阀定期活动试验，（超）高排逆止阀卡涩时应及时停机处理；

3.3.6（超）高排逆止阀的选型应成熟可靠。做好安装、调试和检修的质量管理，确保阀门动作灵活、到位、不卡涩。

3.3.7汽轮机振动保护：运行人员较难捕捉阶跃的振动变化，应设立综合振动报警功能。

3.3.8汽轮机闷缸报警功能：应设立闷缸报警、压比报警、汽缸金属温度高的报警功能。

3.3.9厂家提供的启动曲线相关参数，汽温汽压值选择需分析使用，在实际应用中优化。

3.3.10对通风阀逻辑进行研究，通风阀需有防拒动措施，并做好通风阀拒动的处置方案。

4上汽二次中间再热机组切缸、并缸逻辑现状

5结论

5.1两起通流损坏事件案例，说明二次再热机组切缸和并缸过程存在重大的安全隐患。虽然说事件起因并非切缸和并缸，但从概率论来说，一件坏事的发生，都和某个因素有关；那么不采取措施，某个因素在时下次发生坏事的概率非常高。

5.2同类型电厂均按照“启动冲转阶段，发生切缸立即手动打闸停机（不并网）；带负荷阶段不切缸通过（超）高排温度保护出口跳闸”的处置思路。

5.3国家某能源集团2023年6月16日发文要求“二次再热机组目前阶段应取消（超）高压缸切缸和并缸逻辑，在役机组切缸后禁止带负荷并缸”。

5.4浙江某集团技术要求是取消上汽超超临界汽轮机一、二次再热机组（超）高压缸排汽温度高激活（超）高压缸排汽温度控制器功能；取消上汽超超临界汽轮机一次再热机组切缸和并缸逻辑，逻辑未修改前，切缸后手动打闸；取消上汽超超临界汽轮机二次再热机组并网后的切缸和并缸逻辑，并网前切缸逻辑晢保留，切缸后手动打闸；规程（技术通知中）增加汽缸内金属温度高高手动停机条款。

参考文献

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作者简介：杨栋（1988.8－），男，江苏灌云人，本科，工程师，从事火电厂集控运行。