1036MW超超临界机组通风阀误动停机分析及技术改进
某1036MW容量超超临界机组在运行过程中汽机通风阀(Ventilator valve，简称VV阀)突然开启，机组保护动作停机。原因在于阀门优化试验过程中，管道及阀体振动导致VV阀的控制电磁阀瞬间失电造成，国内同类型机组也曾发生过类似问题。剖析VV阀在控制保护的逻辑设计方面存在潜在的缺陷，通过改变控制电磁阀的控制模式、改进VV阀控制逻辑回路等措施，解决了VV阀误动导致停机的普遍性难题。
1、引言
基于日立技术设计的1036MW超超临界机组上没有设置高压缸排汽逆止门，而是在汽轮机4号高压调节汽阀后的导汽管上接出设置了通风阀(Ventilator valve，简称VV阀)，引至凝汽器。当汽机跳闸高压调节汽阀全关时联锁开启VV阀，利用再热器系统的蒸汽回流冷却高压缸及其各级叶片，保护汽轮机安全停运。但在机组运行过程中，VV阀开启控制及逻辑设计等方面并不合理，因VV阀误开而导致机组非正常停运的可能性较大，据了解，目前国内已有不止一台同类型机组出现过类似事故。VV阀误开后造成汽机推力轴承及凝汽器的冲击损伤，对汽机安全存在潜在的威胁。
2、1036MW机组汽轮机VV阀简介
2.1、VV阀保护逻辑原理
VV阀为额定工作压力为25.0MPA的气动阀门，其工作气源压力为0.5Mpa，来自汽机仪用空气母管。VV阀设计流量为105t/h，带节流孔板(Φ3mm)的旁路的最大流量为0.48t/h。。如图【1】所示，主蒸汽管道通过VV阀与凝汽器直接相连接，并带有一节流孔板(Φ3mm)的旁路，在机组运行过程中，保持VV阀前后管道有微量蒸汽通过，起暖管作用。机组跳闸时，跳机信号联锁开启VV阀，使高压缸及冷再蒸汽的回流至凝汽器，极大限度减少汽轮机轴向推力和高压缸的鼓风摩擦，是对汽机本体保护的一道重要防线。
在机组运行过程中，如果VV阀开启，为保护汽机本体及凝汽器安全，汽机联锁跳闸，这是该类型1036MW超超临界机组普遍的设计原则，其逻辑原理为：
1)汽机跳闸，蒸汽流量D0.5%，自动打开VV阀。
2)汽机挂闸，蒸汽流量D0.5%，自动关闭VV阀。
3)机组运行，VV阀动作开启，机组跳闸。
图1 VV阀管路系统图
2.2、VV阀原设计控制逻辑
原设计VV阀控制原理如图(2)所示，VV阀为双气缸结构，VV阀开闭由三个气动阀控制，分别为D、D1、D2。气动阀D由控制电磁阀EVI控制，根据厂家的原来设计，当电磁阀EVI带电时，D1接通控制气源，D2排气，气缸向下运动关闭阀门;当电磁阀EVI失电时，D1接通排气，D2接通控制气，气缸向上运动开启阀门。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)总结了原控制电磁阀EV1控制模式为：
1)“失电排气，D1排气，D2通气，VV阀打开”。
2)“得电通气，D1通气，D2排气，VV阀关闭”。
图【2】改进前的VV阀控制原理图
图【3】改进前现场的VV阀图片
3、VV阀误开过程及原因分析
3.1、VV阀误开导致机组保护动作跳闸过程
2012年7月30日，跳闸前机组负荷为1010MW，主汽压25.9Mpa，主汽温602℃，机组协调、AGC投入控制方式。跳闸首出原因为“VV 阀全开”，汽机高、中压主汽门、调门、抽汽逆止门自动关闭，锅炉MFT 动作，发电机逆功率动作解列，VV 阀实际处于开启状态。
现场检查发现VV阀控制电磁阀EVl有一定程度的松动，EVl插头做试验时出现过接触不良现象。
3.2、调门优化试验过程对VV阀管路振动的影响
分析机组跳闸前后的工况变化，该机组曾在7月25日进行主汽调阀优化试验，至7月30日机组跳闸前一直投入新阀位优化曲线模式运行。新阀位优化曲线控制模式下，采用先同时开启1、4 号高压调门CV1、CV4，再分别开启2、3号高压调门CV2、CV3 的方案，与原来的阀位分配模式存在明显的不同。
机组原来的阀位管理模式是：随着负荷指令的增加， CV1先开启直至全开，然后在一定的阀门重叠度下同时开启CV2、CV3，最后再开启CV4。
因此当机组处于高负荷时， CV1、CV2 的开度没有较大的区别，但CV3、CV4 的开度有明显的不同，如表【1】所示，同样是满负荷工况运行，7 月25 日新阀位优化曲线投入前，CV3的开度为100%，CV4 为39%。但在机组跳闸前的7 月30 日，CV3 的开度为29%，CV4为100%。
表【1】新阀位优化曲线投入前后的主汽调阀开度对比表
在投入新阀位优化曲线模式运行后，机组一直处于高负荷运行，因此CV4基本上也处于全开的位置，VV阀接在CV4之后的导汽管，引至凝汽器，此时前后的差压很大，可达到25-26Mpa之间。
为验证主汽压力(对应负荷)、CV4开启幅度对VV 阀振动水平的影响，2012年11月，在三个不同的高负荷工况下，投入新阀位优化-滑压曲线进行试验，现场用测振仪对VV 阀汽缸、支吊架在轴向、垂直、水平三种不同的方向进行测量，并分别与原阀位-滑压曲线模式下的测量值比较，对比结果如表【2】所示。
表【2】新阀位优化曲线投入前后对VV 阀汽缸振动的影响比较
原阀位曲线运行模式，在各负荷点运行时，VV阀的气缸及支吊架的振动都在正常范围之内，振动水平普遍较低。原因在于这种模式下，负荷低于900MW时，CV4基本处于关闭位置，只有当负荷上升到900~1000MW时，CV4开度才逐渐开启到20~40%之间变化。
投入新阀位优化曲线后，与原来的区别主要在于VV阀气缸、管道支吊架的振动明显变大。从测量数据可以看出，900MW负荷之下，VV阀气缸振动总体比前者大50~100um左右，VV阀管道支吊架总体比前者大50~70um左右，当负荷在800~1000MW变负荷过程中，随着汽压的波动，VV阀气缸、支吊架处振动更加加剧，瞬间振动值最高可达250um左右。
3.3、原因分析
机组运行过程中，VV阀三个位置开关LS1、LS2、LS3只要其中有二个出现开启信号，就会导致机组跳闸。综合以上分析结果，得出结论如下：机组在投入新阀位优化-滑压曲线模式运行后，接入CV4后的导汽管分支管路上的VV阀阀体振动明显增大，加剧了VV阀控制电磁阀原来存在的接线松动和接触不良现象，使控制电磁阀瞬时失电，导致VV阀误动开启，位置开关LS1、LS2、LS3 触点接通，机组保护动作跳机。
4、存在的缺陷及技术改进
4.1、存在的缺陷
VV 阀由单一控制电磁阀控制开关，而机组运行过程中VV阀开启，则会导致机组非正常停运，这种相对简单的控制模式，会使VV阀误动造成机组跳闸的机率大为增加。
原设计控制电磁阀控制VV 阀的控制过程是“带电关，失电开”，一旦上级电源跳闸、控制电缆断线、接口接触不良等现象发生，控制电磁阀失电，也会导致机组非正常停运。
4.2、技术改进
4.1.1、改变控制电磁阀EV1控制VV阀模式
原控制电磁阀EV1 控制模式为：
1) “失电排气，D1 排气，D2 通气，VV阀打开”。
2) “得电通气，D1 通气，D2 排气，VV阀关闭”。
技术改进后的VV 阀控制原理如图【4】所示，控制电磁阀EV1 对VV 阀的控制模式为：
1) “失电通气，D1 通气，D2 排气，VV阀关闭”。
2) “得电排气，D1 排气，D2 通气，VV阀打开”。
图4 改进后的VV阀控制原理图
这种模式的优点在于机组运行时,EV1 处于失电状态,避免由于电磁阀长时间励磁造成过热损坏,进而失电导致机组停运。
4.1.2、在控制气管路上增加一个控制电磁阀EV2.
机组跳闸时，跳机信号联锁开启VV阀，是对汽机本体保护的一道重要防线。单一控制电磁阀EV1如果在机组长期运行过程中失电，则会造成VV阀无法开启的状况。为解决这一问题，在VV阀仪用气控制管路中，再并联一个相同的控制电磁阀EV2，如图【4】所示，图【5】为现场改造后的VV 阀图片。
图【5】现场改造后的VV 阀图片
表【3】是经改进后的二个控制电磁阀EV1、EV2 试验情况表，从表中可以看出，当机组跳闸停机时二个控制电磁阀只要有一个正常工作，就能使VV 阀动作开启，从而提高了停机瞬间VV阀动作开启的可靠性，保证了机组的停机安全。
表【3】改进后控制电磁阀EV1、EV2试验情况
说明：仪用气工作压力0.5MPa，0为失电，1为带电。
4.1.3、补充改进措施
对VV阀汽源管路接头等进行检查紧固，定期更换气缸开、关气源增压模块、气源过滤器、控制电磁阀及其电缆插头，防止设备老化损坏。校验4号高压导汽管及VV阀分支管道的支吊架，减弱CV4调门开启对管道和VV阀阀体振动的影响。
5、结语
技术改进VV阀气源控制回路及逻辑设计后，长期运行实践的结果表明，机组再也没有出现过类似的误动停机事件，而且启停机时VV阀动作可靠稳定，减少了汽轮机的的长周期运行风险，提高了机组等效可用系数。
