300MW汽轮发电机组锅炉电动给水泵发生倒转的原因分析及预防措施

电力18讯：    1、概述
宝二发电公司4×300MW汽轮发电机组锅炉给水系统（如图1以＃1机组锅炉给水系统图为例）配备两台50％容量的汽动给水泵和一台50％容量液力偶合器调速的电动给水泵。机组正常启动时用电动给水泵为锅炉提供给水。当机组负荷升至35～45％的额定负荷，将电动给水泵切换为一台汽动给水泵运行，电动给水泵投联动备用，待机组负荷升至50％额定负荷时，启动另一台汽动给水泵，两台汽动给水泵并联调水。正常停机，当机组负荷滑至150MW时，停运一台汽动给水泵，启动电动给水泵正常后，再停运另一台汽动给水泵。自1998年12月22日～2001年2月28日＃1～4机组相继投产以来，曾发生了两次比较严重的电动给水泵倒转事件，均造成不同程度的液力偶合器部件损坏。

图1 ＃1机组锅炉给水系统图
宝二发电公司4×300MW汽轮发电机组锅炉给水系统配备的电动给水泵配套液力偶合器（电动给水泵液力偶合器原理如图2）为日本荏原制作所生产的GCH-104A型增速齿轮可变速液力偶合器。基本构成分为偶合器本体、输入轴（低速齿轮轴）、高速齿轮轴、输出轴、齿轮润滑泵及工作油泵组件、辅助电动润滑油泵组件、转速控制组件。这些部件和部分油管道集装在一个箱体中，箱体下部为储油箱，油泵通过吸入管从油箱中吸油供给各轴承润滑、冷却用油和偶合器动力传动用油。三根转轴分别由六只支持滑动轴承支撑，由三只推力轴承实现三根轴的轴向定位并承受各种工况下的轴向推力。润滑油泵和工作油泵由输入轴通过齿套式联轴器拖动，辅助润滑油泵由单独电动机驱动。
① 高速齿轮轴
② 涡轮
③ 偶合器壳体
④ 泵轮
⑤ 勺管
⑥输出轴


图2 电动给水泵液力偶合器原理图
偶合器本体是传递扭矩的核心部件，由涡轮和泵轮组成，涡轮用螺栓固定在高速齿轮轴一端，泵轮用螺栓固定在输出轴一端，罩壳用螺栓固定在涡轮上，运行时随涡轮一起旋转。转速控制组件由勺管、工作油流量控制伐、勺管驱动装置组成。
输入轴与输出轴分别用齿套式联轴器与驱动电动机和给水泵联接，输入转速为1489rpm，由一对增速齿轮增速为5513rpm，通过偶合器将此转速无级传递给输出轴，拖动给水泵，完成电动给水泵转速的无级调节。
2、电动给水泵发生倒转事件经过
2.1事件一： 1999年10月9日21：34分＃1机组负荷180MW，汽动给水泵A、B并列运行，电动给水泵投联动备用。汽动给水泵A运行中MEH控制系统误动引起跳闸，出口门联关失败，出口逆止门不严发生倒转，电动给水泵的联启及汽动给水泵B的运行未能满足锅炉给水需求，导致锅炉水位低MFT跳机。10月10日3：50分＃1机组恢复到负荷150MW时，电动给水泵与汽动给水泵B并列运行，汽动给水泵A已冲至2900 rpm备用。值班员准备将给水方式切换到汽动给水泵A、B并列，电动给水泵备用方式。在电动给水泵降速退出运行过程中，当出口压力降至小于电动给水泵出口压力时，由于电动给水泵出口压力逆止门卡涩，造成高压给水通过入口管路及再循环阀倒流，冲动电动给水泵倒转，引起锅炉水位低MFT动作跳机。电动给水泵的倒转，拖动液力偶合器输出轴反转，在给水泵的倒转保护联关出口门过程中，由于电动给水泵拖动电机的正转（转速1489rpm）与水泵拖动液力偶合器输出轴的反转（转速4700rpm），在液力偶合器涡轮与泵轮腔室形成两个反向运动的高速油流，其相对滑差最高达6189rpm，在液体摩察的作用下，偶合器内部油温急剧上升。当运行人员发现电动给水泵转速勺管指令已到零，而实际转速达4700 rpm，立即手动停止电动给水泵电机运行。就在电动给水泵出口电动门联关及电机停运瞬间，倒转的泵轮又带动涡轮和电机倒转，导致由主动轮带动的齿轮润滑油泵和工作油泵均反向运转，辅助润滑油泵联启建立油压过程中，液力偶合器各轴承失去动力油冷却，造成轴承钨金融化。
液力偶合器受损情况如下：
2.1.1偶合器泵轮后侧衬里材料因内部油温急剧上升全部熔化，勺管、泵轮、涡轮等部件表面呈烤蓝色，罩壳上一只易熔塞熔化，临近高温区域的#5支持轴承合金前半侧严重熔化。
2.1.2齿轮润滑油泵和工作油泵均反向运转，油泵入口管道上设有逆止阀，造成油泵入口压力升高，4根齿轮轴对应的8只铜套轴承全部磨损。
2.1.3工作油泵主动齿轮轴与润滑油泵齿轮主动轴花键插接应力集中处断裂。
2.1.4熔化的部分轴承合金残片掉入油箱中，对电动给水泵油系统造成污染。
2.2事件二：2005年2月4日14：03：28＃4机组带300MW负荷稳定运行，两台汽动给水泵由本机四段抽汽供汽，并列运行向锅炉提供给水，电动给水泵投联动备用。这时，锅炉引风机A静叶由56％到1％之间反复摆动三次，引起炉膛负压高MFT动作，机组跳闸。
机组跳闸后，锅炉汽包水位突降（此时的水位下降为汽包压力突然升高而产生的虚假水位），运行人员为维持锅炉汽包水位，立即将汽动给水泵B汽源切换为辅助汽源供汽。在增加汽动给水泵B转速的同时，又手操启动电动给水泵运行，并逐步加电动给水泵转速向锅炉供水，引起锅炉汽包水位迅<