汽轮机推力瓦温度常见故障及解决方案

蔡呈谱

（上海大屯能源股份有限公司热电厂，江苏徐州 221600）

推力瓦是汽轮机[1]的重要组成部件，它有着极其重要的作用，推力瓦的主要作用是确定汽轮机转子在汽缸中的轴向位置，并确保转子和定子存在一定有效的间隙;在汽轮机正常运转的过程中，还能够承载消化掉转子的轴向推力。汽轮机推力瓦[2]要保证在润滑油润滑条件下运行，就必须使出油边的最小油膜厚度，符合汽轮机运行设计值。这就要求镜板有较低的粗糙度和较高的精度，如果镜板的粗糙度较高，则轴承的摩擦损耗就会随之增大。如果镜面有锈蚀或划痕等缺陷，则可能造成油膜破坏，更严重的甚至会造成汽轮机烧瓦事故。因此，推力瓦刮削、镜板研磨以及对推力瓦、镜板的保养调整工作就显得尤为重要。再者，必须要求镜板保证其波浪度，镜板平行度根据不同的汽轮机组一般为0.02mm每米，推力瓦与推力瓦之间的相互高差一般都控制在0.02mm之内，也就是要求汽轮机镜面的平面度与推力瓦的平面度相近才行。可见一旦推力瓦与镜面的平面度不好，其偏差超过了最小油膜厚度，就会破坏镜面与推力瓦之间所建立的保护油膜，汽轮机推力瓦就会在干摩擦或者半干摩擦的状态下运行，直接造成瓦面损坏甚至汽轮机烧瓦事故。此外，汽轮机推力瓦受到的力也与其本身的平行度有直接关系，只有确保接触面积大，才能使汽轮机推力瓦承受较大的压力。一旦汽轮机推力瓦凸凹不平，出现局部高点，导致受力集中，也会造成瓦面严重损坏甚至汽轮机烧瓦事故。

现在，很多实践数据表明，导致汽轮机组保护跳闸的原因里面，汽轮机推力瓦温度高跳闸的因素占据很大一部分。很多原因都能导致汽轮机推力瓦温度的升高，在出现汽轮机推力瓦温度升高时，不仅要及时发现存在的问题，更要根据专业知识分析出推力瓦温度高的原因，更要在源头上解决汽轮机推力瓦温度高的问题。比如汽轮机推力瓦承受的轴向力大小、一些潜在的推力瓦块钨金的磨损程度都是在分析问题时要考虑进去的辅助因素。对于汽轮机推力瓦温度升高问题的解决的不确定性，将会导致无法预料的其他连锁反应的发生，必然会造成整个汽轮机组的无法使用，对火电厂安全生产和高效运转起着非常大的负面作用。

大屯热电厂1号汽轮机组使用的是东方汽轮机有限公司生产的CC350/270.3-24.2/1.25/0.4/566/566型汽轮机，正负向各有6块钨钢推力瓦块，分布为上半部分3块、下半部分3块，固定在各自支架上。汽轮机组正常运行的情况下，在汽轮机的推力瓦中，工作瓦块受力，保证汽轮机的转子不至于向发电机侧偏移。如果位移偏大，则会造成推力瓦温度升高，当推力瓦温度达到100℃时，触发推力瓦温度报警信号（见图1）；
当推力瓦温度达到115℃时，触发汽轮机跳闸指令。因此，汽轮机推力瓦温度的可靠性将直接影响发电机组的安全性与稳定性。

图1 推力瓦温度报警值与停机值

自投产运行以来，汽轮机经过一段时间的运行，状态基本稳定，但汽轮机推力瓦温度测点自2019年7月1日负向推力瓦温度1出现突升，直到7月13日负向推力瓦温度2变坏点，不到半个月的时间，有3支负向推力瓦温度出现了异常，是发电机组安全运行的重大隐患。如果不是设备部热工人员及时发现并处理，则会在短期内造成连续的汽轮机跳闸事故。1号发电机组的小修过程中，对1号汽轮机推力瓦温度系统进行优化。在1号汽轮机汽缸打开后，发现汽缸内推力瓦温度引线的固定点很少，无法将推力瓦温度引线固定在汽缸内，那么，机组在运行过程中推力瓦测温电阻线在下导、推力油槽内部将自由摆动，造成3支汽轮机推力瓦温度引线存在不同程度的损伤，导致反向推力瓦温度测点变坏点。为了提高机组稳定性，热工专业对汽轮机推力瓦温度引线走线进行分析，对下导推力瓦温度走线进行了优化，新的推力瓦温度引线走线大大减少了磨损的可能，并提高了发电机组的稳定性。

原推力瓦温度引线走线状况及磨损原因分析：随着发电机组的运行，汽轮机汽缸内部润滑油也跟着高速循环，由于推力瓦温度测点引线并没有在汽缸内部进行加固，所以在油循环作用下，汽轮机推力瓦测点引线在汽缸内部将来回摆动，并与汽缸内壁的棱角进行摩擦，最终导致3支反向推力瓦温度测点引线出现不同程度的损伤。

此次的汽轮机推力瓦温度系统优化在软件上和硬件上同时进行。在硬件上，原有的汽轮机推力瓦温度引线[3]自推力瓦块引出，直至所有温度引线汇总前，只有一个固定螺栓用于捆扎推力瓦温度测点引线，引线中间缺少固定点，在润滑油的持续冲刷下，汽轮机推力瓦温度引线与汽缸内壁的棱角持续摩擦，造成温度引线损伤，温度测点出现异常。此次汽轮机推力瓦温度系统优化加入了固定支架，使温度测点的引线在汽缸内有了更多固定点，温度引线可以在平滑汇总后，引出到汽缸外；
同时在推力瓦温度引线外套上不锈钢波纹管，继而避免异物或者润滑油冲刷造成引线的破损，以及对汽缸外温度接线端子进行优化，确保汽轮机推力瓦温度测点稳定。

（1）加装引线固定支点。原汽轮机推力瓦上瓦温度引线自线槽引出后，到汽轮机下缸间只在汽缸的螺栓处设有一个固定支点，螺栓与线槽之间的温度引线缺少固定。当绑扎在螺栓固定点的引线松动后，其间的温度引线就会出现晃动，此间虽然没有锋利的棱角，但是会带动推力瓦线槽内的引线一起晃动（推力瓦内温度引线没有固定的地方），继而造成用于测量推力瓦温度用的热电阻体与引线脱离，温度测点损坏。于是，在推力瓦支架上，添加多处引线固定支点（见图2），用于将温度引线沿着固定支点绑扎，继而确保牢靠固定温度引线，避免引线晃动带来的温度测点损坏。

图2 优化后的支点

（2）加装温度引线走线支架。在汽轮机下汽缸内部，推力瓦温度引线都是单独下垂到汽缸低，在温度引线汇总成把前没有绑扎固定。随着润滑油的冲刷，使温度引线与下汽缸内壁下沿摩擦，是造成3支汽轮机推力瓦温度损坏的主要原因。推力瓦温度引线从上瓦到下汽缸，经过润滑油的长期冲刷，原固定点绑扎松动，导致温度引线加剧晃动，热电阻体与引线脱离，是推力瓦温度引线损坏的次要原因。为了解决汽轮机推力瓦温度引线在下汽缸内晃动的问题，从推力瓦下瓦顶部至汽缸底、从下缸底至温度引线穿出口，均添加了用于温度引线导向的支架。在汽轮机运行期间，汽缸的内部充满润滑油，而且冲刷力很大，在此环境下一般材质的引线支架很难经得住冲刷，造成支架损坏，支架碎片进入到润滑油系统，会酿成事故。在引线支架的选材上，选择了性能稳定且且耐腐蚀的不锈钢管作为推力瓦温度引线支架。支架添加完成之后，必须确保汽缸内的清洁，在对焊点进行受力检查的同时对汽缸内的焊渣进行清理。汽轮机推力瓦温度引线顺着支架进行绑扎固定，引线由原来的单点受力变成了多点受力，避免了引线晃动。

（3）加装温度引线保护套管。汽轮机推力瓦温度引线使用的是10000mm长的2×3×0.3 耐高温电缆，电缆的外层采用玻璃纤维和云母混合编织而成，耐高温引线的外面没有设置保护措施。一旦温度引线在油循环的冲刷下与汽缸内其他设备有接触，就会造成温度引线出现磨损。推力瓦温度引线的损伤，将会造成引线电阻发生变化，继而所测热电阻的阻值与实际组织出现偏差，不能准确反映推力瓦的实际温度，导致控制系统内推力瓦温度失准。当推力瓦温度引线损伤严重时，温度引线就会断裂，推力瓦测温元件无法工作，在系统内推力瓦温度变成坏点，使温度测点失去监控的意义。为确保推力瓦温度引线免遭磨损，在温度引线的外部加装不锈钢波纹管，一方面可以避免温度引线在汽缸内油循环的冲刷；
另一方面，即使温度测点的固定点出现松动，但有了不锈钢波纹管的保护，温度引线也能避免磨损，同时，在不锈钢波纹管两端使用热缩管进行包裹，防止不锈钢波纹管的毛刺损伤温度引线，确保温度引线正常工作。

（4）优化接线端子。汽轮机推力瓦温度引线自汽缸引出至接线端子箱，通过接线端子转接将推力瓦温度信号传输到DCS。当接线端子出现松动会造成推力瓦温度引线接触不良，推力瓦温度就会跳变。一旦推力瓦温度值跳变超过115℃，在DCS系统内就会触发汽轮机组跳闸保护是发电机组安全稳定运行的重大隐患。经检查，原推力瓦温度引线采用的是0.3多股铜线，端子内的螺丝很难将其紧固，容易造成接触不良，温度跳变。为了彻底解决温度跳变问题，在温度引线上加装冷压端子，增加紧固螺丝与温度引线的接触面，确保推力瓦温度引线紧固牢靠。

（5）在软件上，DCS系统原采用推力瓦温度高触发汽轮机跳闸模块，当推力瓦温度超过设定值时，就会造成汽轮机跳闸保护动作。为了避免误发推力瓦温度高保护，在DCS逻辑中引入了升速率逻辑模块（见图3）。升速率逻辑模块由高低值比较、质量判断、延时判断以及RS触发器等一系列逻辑构成。根据汽轮机安全运行需要，推力瓦温度到达115℃会触发汽轮机跳闸信号，经过论证将温度高低值比较模块设置为高值115触发且每秒变化不大于3℃，一旦温度值每秒变化超过3℃，也不会触发汽轮机跳闸信号输出，此项设计同时也能避免汽轮机保护的拒动，符合电力系统二十五项反措的要求；
在温度高低值比较模块后引入一个3s的延时模块，既能防止参数突升，触发汽轮机跳闸信号信号，同时引入了与或门中的与门，在与门的另一路添加推力瓦温度的坏质量判断，一旦瞬间出现坏质量，也会通过RS触发器进行复位（见图4），避免汽轮机跳闸信号误发。

图3 添加升速率模块后的推力瓦温度逻辑图

图4 升速率逻辑块内部组成

通过本次1号汽轮机推力瓦温度的优化，自推力瓦温度优化以来，一直到现在，经过一年半时间的运行，所有8支正负向推力瓦温度[4]均运行正常，没有出现推力瓦温度跳变或变坏质量，达到了预期的效果。面对2号汽轮机组存在的类似问题，从1号汽轮机组取得的效果可以看出，本次推力瓦温度的优化方案完全可以在2号汽轮机组应用。推力瓦温度的优化将使热电厂两台机组运行更加稳定，保障了汽轮机组的安全运行和发电的连续性，有效地预防了推力瓦温度隐患的发生，为热电厂安全高效发电提供了坚实有力的技术支持。

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