高温气冷堆示范工程汽轮机盘车装置自动脱开故障分析及处理.pdf

收稿日期：作者简介：李小龙（），男，河北石家庄人，工程师，学士学位，从事继电保护及励磁设备调试工作（：）。高温气冷堆示范工程汽轮机盘车装置自动脱开故障分析及处理李小龙，董毓晖，朱兴文，原玉，侯小龙（华能山东石岛湾核电有限公司，山东荣成 ）摘要：对汽轮机盘车装置在运转过程中自动脱开的故障进行分析，经现场排查确定为齿轮啮合不良引起操纵杆晃动导致，通过解体研磨齿轮解决了此问题，同时提出了增加变频器、增加气动啮合转换开关等建议措施，为后续机组的安全调试及运行提供了保障，为处理同类型装置问题提供了借鉴意义。关键词：汽轮机盘车；自动脱开；啮合不良；操纵杆晃动中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，）：，：；：（）汽轮机盘车装置是在汽轮机启动前及停机后带动轴系旋转的驱动装置，是确保汽轮机冷态预热和热态降温均匀、避免转子变形的关键设备，其稳定运行对于机组的安全至关重要。高温气冷堆示范工程采用低速侧装式盘车装置，其安装在低压缸发电机侧的轴承承座上。该盘车装置既能手动投入，又能自动投入；既能手动盘车，又能电动盘车；既能连续运行，又能点动运行。盘车电动机为 型封闭式三相异步电动机，功率为 ，转速为 ，通过各大小齿轮将动力传递至啮合齿轮，最终和安装在低压转子与发电机转子两联轴器间装设的盘车大齿轮啮合，使它以 的速度来盘动转子。本文对高温堆汽轮机盘车装置在自动连续运转过程中出现的停运并脱开的故障进行了详细分析，最终确认其是由齿轮啮合不良引起操纵杆晃动导致，并提出了解决措施。高温堆盘车装置自动脱开故障分析 问题现象描述在某次进行汽轮机盘车定期保养时，将盘车装置 启 动 投 入 自 动 连 续 运 行 状 态，稳 定 运 行 后，盘车装置突然停运并与汽轮机转子自动脱开。经多次试运排查，仍然出现了自动连续运行状态下盘车装置突然停运并脱开的现象。故障原因分析高温气冷堆示范工程采用低速侧装式盘车装置，其安装在低压缸发电机侧的轴承承座上。该盘车装置既能手动投入，又能自动投入；既能手动盘车，又能电动盘车；既能连续运行，又能点动运行。汽轮 机 盘 车 控 制 回 路 电 气 图，如 图和图所示（回路导通条件已标注），回路中设备名称及导通条件见表。图盘车装置运行电气原理图 图盘车装置自动顺序运行电气原理图 表电气回路设备名称及接点导通条件表 设备名称位置接点导通条件设备名称位置接点导通条件 脱开行程开关 中间位或啮合位中间位或啮合位脱开位脱开位 顶轴油压联锁继电器 顶轴油压 投入行程开关 中间位或脱开位中间位或脱开位啮合位啮合位 马达保护帽位置开关 保护帽正确安装 啮合行程开关中间位或脱开位 润滑油压压力开关 润滑油压 手自动切换开关 自动或手动自动或手动自动自动 零转速信号 转速信号 在连续盘车运行状态下，导致盘车电机停运的原因可能有：）盘车装置位置从啮合位或中间位退到了脱开位，导致行程开关位置接点 ：断开；）盘车电机的热继电器或接触器出现问题，导致盘车电机断电停运；）顶轴油油压不满足要求，导致回路中接点 ：断开；）盘车马达保护帽未正确安装或位置开关 出现问题，使 ：断开；）喷油电磁阀暂时断电导致回路供油管路压力不足，使接点 ：断开。原因排查将盘车控制回路打至切除位，在断电保证安全的前提下，对马达保护帽、顶轴油压、接触器和热继回路进行检查，均未发现异常。根据控制回路图，当汽轮机转速低于 ，机柜传来的转速信号接点 ：接通，无论在手动和自动模式下均会使位置转换开关接点 ：导通，使喷油电磁阀 得电，为盘车装置相应齿轮及接触位置提供润滑，并使接在喷油管路上的压力开关接点 ：导通。当 机柜来的信号不稳定时，会导致喷油电磁阀失电使压力开关 接点断开，导致盘车停运。为了验证此种情况，将 机柜停运，在保证安全的措施下，通过短接线短接 和 ，模拟稳定的 转速信号，保证喷油电磁阀不失电。使用转换开关接在 和 两端零来模拟零转速信号，当盘车停运时通过转换开关使 和 接通，当盘车转速超过 后，通过转换开关使 和 接点断开。在做好以上措施后，将盘车装置设定为自动连续运行模式，经过约 后仍然出现了盘车自动停运并脱开的故障。通过以上检查试验和故障复现，发现每次停运脱开首先是由于操纵杆位置由啮合位甩开到脱开位，进而导致的盘车控制回路断开致使电机停运。自动连续盘车和手动连续盘车的根本区别在于：自动模式下由压缩空气通过个电磁阀作用于气动啮合缸使操纵杆带动啮合齿轮与盘车大齿轮啮合，而手动模式下无压缩空气，只能人为手动操作啮合操纵杆进行手动啮合，如图所示。自动盘车过程分析：汽机停机后转子开始惰走，当转速降到 时，自动顺序电路接通。喷油电磁阀 得电向各齿轮部位提供充足的润滑油。当汽轮机转速降到 后，三通常闭电磁阀 和常开电磁阀 线圈带电，而三通常闭电磁阀 不带电，压缩空气通过电磁阀 进 入 双 向 动 作 的 气 动 执 行 机 构 的“啮合”腔室，该机构连接盘车装置的操纵杆，图压空供气原理图 压缩空气推动腔室中的活塞带动拉杆系统将盘车从非工作位置推向工作位置。当达到中间位置时，行程开关接点 ：接通，行程开关接点 ：接通。当气缸内压力 ，压力开关在回路中接点 ：接通，使得常闭电磁阀 带电接通，使压缩空气进入气缸右侧的“脱开”腔室，逼迫操纵杆向左侧移动（为了提高左边气 缸 压 力，便 于 齿 轮 啮 合）。当 压 力 后，压力接点断开，电磁阀 断电，气缸右侧气体排出。此时齿轮已经接触，气缸内的杠杆无法再移动，使得整个气缸向左移，固定在气缸上的拨叉跟着左移，使得行程开关 接通，电机启动，带动啮合齿轮和盘车大齿轮完全啮合，开始盘车。当汽轮机转速大于 ，零转速信号消失，零转速继电器的接点延时 断开（保证啮合齿轮和盘车大齿轮完全啮合住稳定运行），电磁阀 和 断电，禁止压缩空气进入啮合腔室，将气缸内气体排出。当汽轮机启动后，汽轮机转速大于盘车转速，盘车大齿轮将把啮合齿轮甩开，操纵杆位置由啮合位甩到中间位置，电磁阀 带电接通，使压缩空气进入气缸右侧“脱开”腔室带动操纵杆向左侧移动，操纵杆达到脱开位置，行程开关接点 ：断开，电磁阀 断电，气体从气缸右侧排出。经分析可知，在盘车自动连续运行状态下，初始从零转速至大于 后稳定运行 内，由于啮合用压缩空气持续供应，将保持盘车啮合状态，但是当气缸内啮合用压缩空气排出后，由于某种原因使得操纵杆向左移动到达脱开位，进而使盘车电机停运。考虑可能存在的故障：）脱开电磁阀 漏气，导致压空进入气缸右侧，使得操纵杆向脱开位置摆动导致在中间位时脱开电磁阀 瞬时得电将操纵杆甩开。由于电磁阀漏气导致脱开的故障在其他电厂并不少见。将脱开供气管拆除，分别在未运行静止态，手动连续运行态以及自动稳定运行未脱开期间，用纸巾测试均未检测到脱开供气管漏气，故排除电磁阀漏气的可能。）操纵杆从啮合位置甩出到中间位置使得脱开电磁阀 动作。用万用表检测 （脱开电磁 阀 线 圈）电 位，初 始 测 得 电 位 为。在自动连续运行期间，就地转速表显示转速从 之间变化，每当转速超过 时，操纵杆会从啮合位向中间位发生晃动，致使回路导通，监测 电位瞬间达到 从而动作，致使操纵杆脱开，盘车电机停运。后续打至手动连续运行，多次证实当盘车装置连续运行时，转速由 发生变化，每当转速超过 时，操纵杆会从啮合位向中间位发生晃动。综上分析，最终确认故障原因是盘车连续运行期间，操纵杆发生晃动，当晃动幅度较大晃至中间位置时，在自动模式下，脱开电磁阀得电致使操纵杆完全脱开，电机停运。汽轮机盘车装置自安装调试以来经过多次运转，均可稳定运行，而最近突然会发生不稳定运行情况，经分析及经验反馈可知，装置前期使用时各部件都比较完好，啮合齿轮与盘车大齿轮咬合良好，驱动受力恒定。随着时间延长，盘车次数增多，且在自动捏合过程中可能发生齿顶齿的情况冲击，齿轮啮合情况逐渐下降，另外高温堆示范工程的汽轮机从安装到整组启动间隔很长，盘车每半月进行一次，进行次数较多，因此出现了齿轮啮合不良导致操纵杆晃动的情况。处理及建议措施后续对盘车装置进行解体，发现盘车啮合部分齿轮表面存在磨损，盘车大齿轮齿的齿顶磨损较明显，盘车装置在啮合位置时，号挡块与挡板贴紧，号挡块有松动现象，在盘车装置油箱及底部滤网发现金属碎屑、金属丝和金属条状物，分析此故障的直接原因为号挡块与挡板存在间隙，导致盘车大齿轮和啮合齿轮啮合面不平行，受力不均匀，长期运行后造成齿轮磨损。根本原因是安装单位对图纸的技术要求落实不到位，对现场安装存在困难的技术要求未能进行澄清并要求答复，未能逐条按照图纸技术要求进行安装并形成相应记录。事后厂家对啮合齿轮齿面进行了修磨，并且将号挡块由 修磨至 ，修磨后，号和号挡块均和挡板贴紧。目前盘车运行稳定，状态良好。为了防止以后出现此种情况，考虑的建议措施：）尽量使用手动盘车。虽然该盘车装置可以实现自动投入运行功能，但是如果初次啮合不到位发生齿顶齿的情况会强制启动电机可能造成齿轮的磨损。尽量盘车时使用手动啮合工具，人为缓慢啮合，确保啮合完毕后手动启动电机进行盘车。但是此时要注意在汽轮机停运后如果盘车在手动位置必须及时派人将盘车手动投入，避免大轴的损坏。）增加变频器，在盘车电机电缆进线前增加变频器转接。利用变频器的升速功能，在自动状态下保证在初次啮合不到位发生齿顶齿的情况下以低速启动电机缓慢滑动啮合，避免全速启动造成齿轮的磕碰磨损。）增加气动啮合转换开关，如图所示，在 和 之间加装转换开关，在连续运行期间打至接通位，使啮合供气电磁阀动作持续提供压空动力，保证盘车操纵杆始终处于啮合状态，避免晃动发生，同时可避免汽轮机阀门漏汽造成盘车装置的脱开。图增加气动啮合开关图 （下转第 页）燃料堆芯随着功率水平的提高和堆芯尺寸的增大，堆芯增殖效应会出现增强趋势，燃料利用率逐渐提高，高功率水平堆芯（如 、等 功 率 水 平 的 堆 芯）更 适 宜 采 用燃料进行装载。燃料堆芯随着功率水平的提高和堆芯尺寸的增大，堆芯增殖效应增长速度远高于堆芯，功率水平下堆芯 已经呈现上升趋势，的堆芯寿期不足以完整释放堆芯的增殖能力，因此需要适当降低堆芯功率水平（即减少堆芯尺寸）以使堆芯的增殖效应匹 配 堆 芯 寿 期，因 此，燃 料 适 用 于 级堆芯功率水平的堆芯装载。结论本文基于相同的燃料组件结构类型进行不同功率水平、不同燃料芯体类型的堆芯方案设计，并分析了各堆芯方案寿期初铀装量、装量以及燃料利用率。通过一系列分析对比获得以下结论。）在保持堆芯泄漏基本不变和相同寿期的情况下，堆芯功率水平与堆芯铀装量呈线性增加趋势，同时燃料利用率随堆芯功率水平和堆芯尺寸的增加而逐渐增加；）燃 料 堆 芯 适 用 于 低 功 率 水 平（如 ）和 较 高 功 率 水 平（如 等）的堆芯装载，低功率水平下堆芯铀装量更少，高功率水平下堆芯增殖性能与堆芯能量输出匹配，更利于堆芯反应性控制；）燃料堆芯适用于中等功率水平（如 ）的堆芯装载，在该功率水平和堆芯尺寸下，堆芯的增殖性能与堆芯能量输出基本匹配，能够充分发挥 燃料的高增殖性能。本文以上结论适用于本文所规定的堆芯体功率密度、寿期以及栅距棒径比情况，若上述参数发生变化，则不同燃料类型适用的堆芯功率水平会发生适当偏移，但基本规律保持不变。参考文献：，（）：，：清华大学工程物理系核能科学与工程管理研究所反应堆工程计算分析实验室 堆用蒙卡程序 用户使用手册 ，（）：，（）：（上接第 页）结论汽轮机盘车装置对于机组的安全至关重要，汽机冲转前及停运后必须保持盘车的连续运行。本文对盘车装置运行中出现的自动脱开故障进行了详细排查确定原因为齿轮啮合不良引起操纵杆晃动导致，并提出了相应的建议措施，为后续机组的安全调试及运行提供了一定的保障。参考文献：何金文 汽轮机盘车装置常见故障分析及处理方法 安徽电力科技信息，（）：