第一節(jié)? 汽輪機超速
??????? 一、超速的案例及原因 <file:///F:/新建文件夾/學(xué)習(xí)園地/電力安全監(jiān)察工程師培訓(xùn)教材/第四章%20%20汽輪機事故與預(yù)防.htm>
??????? 二、防止汽輪機超速應(yīng)采取的主要措施 <file:///F:/新建文件夾/學(xué)習(xí)園地/電力安全監(jiān)察工程師培訓(xùn)教材/第四章%20%20汽輪機事故與預(yù)防.htm>
??????? 一、超速的案例及原因
??????? 汽輪機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的112％，即為超速。嚴重超速可以導(dǎo)致汽輪發(fā)電機組嚴重損壞，甚至毀壞報廢，是汽輪發(fā)電機設(shè)備破壞性最大的事故。近10年來，國內(nèi)曾發(fā)生過以下幾次超速造成的設(shè)備嚴重毀壞事故：
??????? （1）1985年某廠一臺國產(chǎn)200MW機組運行中，發(fā)電機開關(guān)掉閘甩負荷后，轉(zhuǎn)速上升，危急保安器雖然動作基本上關(guān)閉了高壓自動主汽門、調(diào)節(jié)汽門，但由于右側(cè)中壓主汽門自動關(guān)閉器滑閥活塞下部壓力油進口縮孔旋塞在運行中退出，支住滑閥活塞不能移動泄壓，造成右側(cè)中壓主汽門延時關(guān)閉，再熱器余汽的能量使機組轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，約在3800r/min時，機組劇烈振動，中、低壓轉(zhuǎn)子間的加長軸對輪螺栓斷裂拉脫，高、中壓轉(zhuǎn)子繼續(xù)上升到4500r/min左右，軸系斷裂成5段，高中壓轉(zhuǎn)子、汽缸通流部分嚴重毀壞，軸承、油管損壞后透平油漏出起火，經(jīng)奮力搶救撲滅。事故后經(jīng)鑒定，汽輪機本體報廢，發(fā)電機修復(fù)后繼續(xù)使用，經(jīng)8個多月耗資1400多萬元才恢復(fù)運行。
??????? （2）1988年某廠一臺國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機組，在進行危急保安器提升轉(zhuǎn)速試驗時，在用超速滑閥提升轉(zhuǎn)速中調(diào)節(jié)系統(tǒng)失控，轉(zhuǎn)速突然上升到3500r/min多，機組劇烈振動，造成軸系斷裂為13段，多處是軸頸部分斷裂，整個汽輪機和發(fā)電機毀壞報廢，損失2500多萬元。
??????? （3）1990年某廠一臺25MW中壓汽輪機組，在鍋爐滿水后蒸汽帶水進入汽輪機時打閘停機，但因自動主汽門、調(diào)節(jié)汽門卡澀未能完全關(guān)閉，機組仍帶有2萬多千瓦有功負荷，而汽機運行人員卻按解列按鈕將發(fā)電機與系統(tǒng)解列，造成機組嚴重超速，軸系斷裂為11段，多處從軸頸部位扭斷，汽機葉輪、大軸、汽缸斷裂飛出，汽輪機和發(fā)電機毀壞報廢。
??????? （4）1990年某自備廠一臺50MW供熱機組，在機組停機時，負荷減到7MW再也減不下來，操作人員未看功率表，只看到調(diào)節(jié)汽門已關(guān)閉，即打閘停機并將機組解列，主汽門、調(diào)節(jié)汽門雖然關(guān)閉，但與熱網(wǎng)連接的抽汽逆止門卡澀未能關(guān)閉，導(dǎo)致熱網(wǎng)系統(tǒng)蒸汽返入汽輪機造成機組嚴重超速報廢。
??????? （5）1993年某廠一臺高壓25MW汽輪發(fā)電機運行中處理勵磁機整流子炭刷冒火時，突然形成環(huán)火，即打閘停機，但因自動主汽門、調(diào)節(jié)汽門卡澀未能完全關(guān)閉，繼續(xù)向機內(nèi)進汽，導(dǎo)致機組嚴重超速毀壞。
??????? 上述超速事故案例表明，造成汽輪機超速的主要原因是：
??????? （1）國產(chǎn)220MW機組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)制造設(shè)計上留有隱患，在進行提升轉(zhuǎn)速危急保安器試驗時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)易于進入開環(huán)失控區(qū)（即調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能自動控制轉(zhuǎn)速，而使轉(zhuǎn)速直線上升，其原因在于超速試驗滑閥的進油口面積比調(diào)速滑閥的相應(yīng)排油口面積大2.1倍。對此制造廠已作改進）導(dǎo)致機組超速。
??????? （2）調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)檢修后調(diào)試項目不全，以及運行中透平油質(zhì)不良導(dǎo)致調(diào)速部套卡澀銹蝕，致使機組甩負荷后調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能維持飛升轉(zhuǎn)速在危急保安器動作轉(zhuǎn)速以下，以及危急保安器銹蝕、卡澀拒動，造成機組超速。
??????? （3）自動主汽門、調(diào)節(jié)汽門、抽汽逆止門等由于積結(jié)鹽垢、產(chǎn)生高溫氧化皮、門桿彎曲等原因造成卡澀，在危急保安器動作后，不能迅速關(guān)閉嚴密，使機組繼續(xù)進汽造成超速。
??????? 二、防止汽輪機超速應(yīng)采取的主要措施
??????? 1985年某廠國產(chǎn)220MW機組嚴重超速事故后，原水電部以[85]水電生字85號文發(fā)了緊急通報，并以[1986]電生火字194號文發(fā)了“關(guān)于發(fā)送防止220MW機組嚴重超速事故的技術(shù)措施”，同時生產(chǎn)司、基建司先后兩次發(fā)文要求新機組進行甩負荷試驗。對其后的幾次超速事故，能源部都發(fā)了通報并提出了防范措施。上述通報和技術(shù)措施，對防止超速事故提出了全面的、針對性的措施要求。并在1992年頒發(fā)的二十項反措中提出重點要求，應(yīng)該認真學(xué)習(xí)貫徹。這里對主要防范措施再作一些強調(diào)和說明：
??????? （1）調(diào)節(jié)系統(tǒng)在機組額定參數(shù)下甩掉額定電負荷后，應(yīng)能將機組轉(zhuǎn)速維持在危急保安器動作轉(zhuǎn)速以下，這是防止超速的最基本措施。這就需要通過提高檢修質(zhì)量，做好調(diào)試工作，進行調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性試驗，確保調(diào)節(jié)系統(tǒng)的良好性能。
??????? （2）提高調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)和主汽門、調(diào)節(jié)汽門、抽汽逆止門檢修質(zhì)量，確保不發(fā)生機械卡澀及高溫氧化皮卡澀缺陷。
??????? （3）保持良好的透平油油質(zhì)，保證不因油中水分引起調(diào)節(jié)保安部套銹蝕或油中雜質(zhì)引起部套卡澀、拒動。
??????? （4）堅持危急保安器的各項定期試驗，防止危急保安器拒動。
??????? （5）堅持進行定期的自動主汽門、調(diào)節(jié)汽門嚴密性試驗，防止甩負荷后不能快速關(guān)閉嚴密。
??????? （6）堅持執(zhí)行運行中定期活動主汽門、調(diào)節(jié)汽門和抽汽逆止門定期試驗的規(guī)定，并保持良好的蒸汽品質(zhì)，防止積結(jié)鹽垢等因素造成汽門卡澀。
??????? （7）各種超速保護均應(yīng)投入運行，超速保護不能可靠動作時，禁止將機組投入運行或繼續(xù)運行。
??????? （8）除發(fā)電機甩負荷外的停機時，在打閘后應(yīng)先檢查有功功率表到零，電能表停轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)后，再將發(fā)電機與系統(tǒng)解列，或采用逆功率保護動作解列。
??????? （9）鑒于國產(chǎn)220MW機組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)存在的隱患，制造廠已明確將危急保安器的動作轉(zhuǎn)速降低為額定轉(zhuǎn)速的108％～110％，后備保護的動作轉(zhuǎn)速降低為額定轉(zhuǎn)速的112％；并且在未能確證超速滑閥改進效果前，進行超速試驗時，先使用同步器提升轉(zhuǎn)速到3150r/min以上，再用超速滑閥提升轉(zhuǎn)速。
??????? 第二節(jié)? 汽輪機軸系斷裂
??????? 汽輪機軸系斷裂事故后果極為嚴重，甚至造成機組毀壞報廢。造成軸系斷裂的原因很復(fù)，國內(nèi)外已發(fā)生的軸系斷裂事故表明，大都發(fā)生在機組嚴重超速事故中，其技術(shù)原因除超速產(chǎn)生的離心力、劇烈振動引起的破壞外，又同軸系連接件質(zhì)量不良有關(guān)。
??????? 軸系斷裂事故除超速事故中列舉的案例外，以下再列舉幾個典型案例。
??????? （1）多臺蘇制和國產(chǎn)200MW中間再熱式機組發(fā)生過高中壓轉(zhuǎn)子間對輪螺栓由于扭振、螺栓材質(zhì)及裝配工藝而疲勞斷裂故障，例如有幾臺機組在進行多次快關(guān)試驗中或試驗后一段時間，發(fā)現(xiàn)高中壓轉(zhuǎn)子間對輪螺栓疲勞斷裂，有的總共12條螺栓中，竟斷裂9條，有的斷裂5條，有的1～3條。也有在未進行快關(guān)試驗的情況下發(fā)生個別螺栓斷裂的情況，但斷裂的條數(shù)及斷口數(shù)要少的多。多條螺栓斷裂中，有的螺栓除在對輪中分面和兩側(cè)端面處斷裂外，還在對輪孔內(nèi)不受剪切力部位發(fā)生斷裂，因此，有的一條螺栓竟有5個斷口，且都是疲勞斷口。經(jīng)分析并進行試驗，認為同機組扭振有關(guān)。即汽輪發(fā)電機軸系的動力側(cè)和負荷側(cè)，在突然甩負荷、負荷突然大幅度變化，特別是系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障、非同期并列、系統(tǒng)產(chǎn)生負序電流、發(fā)生次同步振蕩等引起的交變扭曲載荷，將引起軸系產(chǎn)生扭振，如其頻率與軸系固有扭振頻率耦合，將引起軸系扭振的共振，導(dǎo)致連接軸系的對輪螺栓產(chǎn)生疲勞裂紋，螺積的結(jié)果，造成螺栓斷裂。高中壓轉(zhuǎn)子采用三軸承機組的1號對輪最易發(fā)生螺栓斷裂，而且一旦在運行中1號對輪螺栓大量斷裂并導(dǎo)致對輪脫開，則高壓轉(zhuǎn)子只一側(cè)有軸承，將對機組造成嚴重毀壞。
??????? （2）國產(chǎn)200MW三排汽機組，在中低壓轉(zhuǎn)子之間接有兩段空心管狀加長軸，兩個軸承間長約4m，之間共有3個對輪，其晃度和端面瓢偏超標，在不利條件下既是振動的激振因素，又是振動發(fā)散的重要因素，其他同型機組也多次發(fā)生加長軸引起的故障。制造廠決定降低危急保安器動作轉(zhuǎn)速，主要是考慮了加長軸薄弱的因素。
??????? （3）據(jù)不完全統(tǒng)計，國產(chǎn)200MW三油楔軸承機組，已有9臺發(fā)生過發(fā)電機軸承油膜振蕩。1988年發(fā)生的國產(chǎn)200MW機組超速事故中，油膜振蕩造成發(fā)電機等大軸軸頸扭斷。所謂油膜振蕩，是指軸系與軸承組成的系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子繞軸心的正常轉(zhuǎn)動外，在達到某一速度后，還可能與轉(zhuǎn)速不同的速度渦動，即轉(zhuǎn)子軸心繞軸承幾何中心的渦動，大體上相當于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一半，這種渦動將引起油膜厚度的周期性變化，轉(zhuǎn)子的重量和油膜的彈性力、慣性力相耦合，在渦動速度進入一階臨界轉(zhuǎn)速時形成激烈的油膜振蕩，其破壞力是很大的，極易造成軸系破壞。油膜失穩(wěn)的規(guī)律是機組存在一失穩(wěn)轉(zhuǎn)速，一旦達到這一轉(zhuǎn)速即發(fā)生油膜振蕩，降低機組轉(zhuǎn)速，就可消除振蕩。額定轉(zhuǎn)速略低于油膜失穩(wěn)轉(zhuǎn)速的機組，故障情況轉(zhuǎn)速突然升高最易發(fā)生油膜振蕩。
??????? 防止軸系斷裂事故應(yīng)采取的主要措施如下：
??????? （1）認真落實防止超速的各項措施，切實防止發(fā)生機組超速，以免超速后由于其他技術(shù)原因引起設(shè)備擴大損壞，造成軸系裂。
??????? （2）減少軸系不大平衡因素，采取防止油膜振蕩、扭振的措施都是涉及面比較廣的專業(yè)技術(shù)問題，可根據(jù)設(shè)備情況組織專業(yè)技術(shù)人員研究制訂針對性措施。
??????? （3）鑒于對輪螺栓斷裂故障頻繁，有關(guān)部門和制造廠提出了改進措施，即采用抗疲勞性能較好的鋼種，如40CrNiMoA鋼材，并改進螺栓設(shè)計加工工藝、裝配工藝。同時還要定期對螺栓進行探傷檢驗，目前已有不拆卸螺栓進行損傷檢驗的手段，上述措施實施后，對輪螺栓斷裂故障明顯下降。
??????? （4）定期對大軸、大軸內(nèi)孔、發(fā)電機轉(zhuǎn)子護環(huán)等部件進行探傷檢查，以防止產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致軸系嚴重損壞事故。
??????? 第三節(jié)? 汽輪機大軸彎曲
??????? 汽輪機在不具備啟動條件下啟動，由于上下缸溫差大、大軸存在臨時彎曲、汽缸進水、進冷汽，機組強烈振動以及動靜間隙小等因素，引起大軸與靜止部分摩擦，將會造成大軸彎曲。一般大軸彎曲超過0.07mm以上時，就不能維持機組運行時的正常振動值，必須進行直軸處理。近年來大軸彎曲事故相當頻繁，尤其是200MW及以上中間再熱式機組更為突出，粗略估計在20～30多次以上。1985年水電部召開了防止200MW機組大軸彎曲座談會，對已發(fā)生的7臺次大軸彎曲事故進行了技術(shù)分析。分析表明：7臺次大軸彎曲事故均發(fā)生在啟動過程中，其中5臺次是熱態(tài)啟動中發(fā)生的；7臺次大軸彎曲事故中，大多數(shù)在停機或啟動中發(fā)生了汽缸進水，多數(shù)在機組一階臨界轉(zhuǎn)速以下振動大，領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)人員執(zhí)行規(guī)程不嚴，強行升速臨界，甚至強行多次啟動。7臺次大軸彎曲都在高壓轉(zhuǎn)子前汽封處。座談會在分析7臺次大軸彎曲事故技術(shù)原因的基礎(chǔ)上，制定了《關(guān)于防止200MW機組大軸彎曲技術(shù)措施》（簡稱《措施》）這項措施對其他容量的機組也可參照執(zhí)行。通過《措施》的貫徹落實，頻繁發(fā)生大軸彎曲事故的局面得到一定程度的控制。但由于人員不斷變動，新人員對《措施》的掌握程度問題、領(lǐng)導(dǎo)決策問題、設(shè)備問題等諸多因素，大軸彎曲事故仍時有發(fā)生，迄今未能得到有效控制。例如：
??????? （1）1986年某廠一臺國產(chǎn)200MW機組在電氣系統(tǒng)故障中甩負荷停機后，因電動盤車投不上，手動盤車裝置也失靈，被迫采用半小時盤180°。3h后才投上電動盤車，大軸晃度逐漸恢復(fù)到原始值。次日機組在熱態(tài)啟動中，采用除氧器汽平衡管蒸汽向軸封送汽，當時真空200mm汞柱，同時用電動主汽門旁路沖轉(zhuǎn)，節(jié)流擴容后，主汽溫度進一步降低。（當時內(nèi)缸下缸壁溫為370℃）進入軸封的低溫蒸汽及進入汽缸的低溫蒸汽，使缸壁溫度突然下降，上下缸溫差增大，引起汽缸變形拱起，軸封套收縮變形，導(dǎo)致軸封與大軸摩擦局部過熱彎曲。解體檢查大軸高壓汽封處彎曲0.5mm，進行直軸處理后恢復(fù)運行。
??????? （2）1987年某廠一臺國產(chǎn)200MW機組，小修后啟動運行不久。因發(fā)電機斷水保護誤動掉閘，之后經(jīng)連續(xù)幾次啟動，都因振動大而停機。后解體檢查，高壓轉(zhuǎn)子高壓汽封處彎曲0.30mm，經(jīng)檢查該機高壓缸向B列偏移，前側(cè)偏移1mm多，后側(cè)偏移0.76mm，原因是前部定位銷孔錯位1.5mm多，安裝時就未裝定位銷，導(dǎo)致運行中不均勻受力使汽缸偏移。大修中測量兩側(cè)徑向間隙時也未發(fā)現(xiàn)汽缸偏移。事故前不久一次停機中，轉(zhuǎn)子在90r/min時突然止速，對此也未分析查明原因。以致在斷水保護誤動停機過程中，高壓汽封與大軸在高速狀態(tài)摩擦，導(dǎo)致大軸彎曲，后經(jīng)直軸處理，并消除滑銷系統(tǒng)缺陷后恢復(fù)運行。
??????? （3）1994年某廠一臺國產(chǎn)220MW機組，停機后熱態(tài)啟動中，由于軸封供汽門泄漏，在缸溫406℃情況下將鍋爐305℃蒸汽漏入汽缸，使汽缸、轉(zhuǎn)子受到不均勻冷卻，大軸產(chǎn)生臨時變形。而啟動時，又因晃度表傳動桿磨損，一直指示在0.05mm不變，當?shù)谝淮卧?00r/min時2號軸瓦振動超過0.10mm，最大到0.13mm才打閘停機，停機后未認真查找分析原因，誤認為晃度0.05mm已達到原始值，且在盤車不足4h（僅2h12min）就二次啟動，到1368r/min時3號軸瓦振動0.13mm，即打閘停機。解體檢查高壓轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級處彎曲0.39mm，經(jīng)直軸處理后恢復(fù)運行。
??????? （4）1995年6月某廠一臺200MW機組冷態(tài)啟動中，高壓內(nèi)缸缸壁溫度測點失靈，當轉(zhuǎn)速升到1000r/min時，機組振動突然增大，但現(xiàn)場運行人員跑到集控室去請示匯報，延誤了及時停機。停機揭缸檢查發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)缸疏水管斷裂，高壓轉(zhuǎn)子大軸彎曲超標，分析認為高壓缸在啟動中受溫差大影響而變形，導(dǎo)致汽封與大軸摩擦造成永久性彎曲，經(jīng)直軸處理后恢復(fù)運行。
??????? 上述事故案例特別是近幾年發(fā)生的大軸彎曲事故表明，防止大軸彎曲的反事故措施仍未得到認真貫徹落。發(fā)生大軸彎曲，將造成機組長時間停運，解體進行直軸，采用加壓直軸，需將轉(zhuǎn)子逐步加熱到650℃左右才能加壓，由于加熱過程中易發(fā)生故障返工，往往拖長工期，給電廠工作造成被動和麻煩。因此，為防止大軸彎曲事故，應(yīng)結(jié)合設(shè)備實際情況，全面認真貫徹或參照執(zhí)行水電部[1985]電生火字87號和[1985]基火字69號文頒發(fā)的《關(guān)于防止200MW機組大軸彎曲的技術(shù)措施》，把各項措施要求，落實到現(xiàn)場運行規(guī)程和運行管理、檢修管理、設(shè)備管理工作中，并強調(diào)以下幾點：
??????? （1）按照防止大軸彎曲技術(shù)措施的要求，組織主要值班人員和廠、車間有關(guān)分管運行的領(lǐng)導(dǎo)和專業(yè)人員切實掌握各機組技術(shù)資料及確切數(shù)據(jù)，如大軸晃度表測量安裝位置、大軸晃度原始值、機組軸系各軸承正常運行和啟動過程的原有振動值、通流部分徑向、軸向間隙值等等，使指揮者和操作者都做到心中有數(shù)。
??????? （2）根據(jù)機組設(shè)備情況，落實各項防止汽缸進水的技術(shù)措施（下面將具體敘述，這里不展開）。
??????? （3）機組啟動前必須檢查：①大軸晃度不超過原始值0.02mm；②高壓外缸及中壓缸上下缸溫差不超過50℃；③高壓內(nèi)缸上下缸溫差不超過35℃；④主蒸汽、再熱蒸汽溫度至少高于汽缸金屬50℃（但不應(yīng)超過額定汽溫），蒸汽過熱度不低于50℃（滑參數(shù)啟停時還應(yīng)保持較高的過熱度）；不符合上述條件禁止啟動機組。
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