深入解析电厂汽机运行原理与常见故障处理技巧及安全操作指南

引言

电厂汽轮机作为火力发电厂的核心设备，其安全稳定运行直接关系到整个电力系统的供电可靠性。汽轮机是一种将蒸汽热能转换为机械能的旋转式动力机械，具有功率大、效率高、运行平稳等特点。本文将从汽轮机的基本工作原理入手，深入分析其运行特性，详细讲解常见故障的诊断与处理方法，并提供全面的安全操作指南，旨在为电厂运行人员和维护工程师提供实用的技术参考。

一、汽轮机的基本工作原理

1.1 热力循环基础

汽轮机的工作基于朗肯循环（Rankine Cycle），这是火力发电厂最基本的热力循环。朗肯循环包括四个主要过程：

• 等压吸热：水在锅炉中被加热成过热蒸汽
• 绝热膨胀：蒸汽在汽轮机中做功
• 等压放热：乏汽在凝汽器中凝结成水
• 绝热压缩：凝结水被给水泵送回锅炉

1.2 能量转换过程

汽轮机的能量转换过程可以分为三个阶段：

1. 热能→动能：高温高压蒸汽通过喷嘴或静叶栅时，压力降低、速度增加，将热能转换为蒸汽的动能
2. 动能→机械能：高速蒸汽冲击动叶栅，推动转子旋转，将动能转换为转子的机械能
3. 机械能→电能：转子带动发电机转子旋转，通过电磁感应原理将机械能转换为电能

1.3 汽轮机分类

按工作原理可分为：

• 冲动式汽轮机：蒸汽主要在动叶栅中膨胀，利用蒸汽冲击力做功
• 反动式汽轮机：蒸汽在静叶和动叶中都膨胀，利用反作用力和冲击力共同做功

按热力过程可分为：

• 凝汽式汽轮机：排汽进入凝汽器凝结，应用最广泛
• 背压式汽轮机：排汽用于供热，热电联产
• 抽汽式汽轮机：中间抽汽供热或工业用汽

二、汽轮机主要结构与系统

2.1 本体结构

2.1.1 转子系统

转子是汽轮机的核心部件，包括主轴、叶轮、动叶、联轴器等。现代大型汽轮机多采用整锻转子或焊接转子，具有强度高、刚度好的特点。

2.1.2 静子系统

静子包括汽缸、隔板、静叶、汽封、轴承座等。汽缸通常采用高铬铸铁或合金钢铸造，分为高压缸、中压缸和低压缸。

2.1.3 支撑轴承与推力轴承

• 支撑轴承：承受转子重量和旋转离心力，采用滑动轴承，润滑油膜支撑
• 推力轴承：承受蒸汽轴向推力，保持转子轴向位置，通常位于高压缸后

2.2 主要辅助系统

2.2.1 汽水系统

包括主蒸汽系统、再热蒸汽系统、给水系统、凝结水系统、抽汽系统等，构成完整的热力循环。

2.2.2 润滑油系统

提供轴承润滑油和顶轴油，保证转子正常润滑和盘车。主要设备包括主油泵、交流润滑油泵、直流事故油泵、油箱、冷油器、滤网等。

2.2.3 DEH控制系统

数字电液控制系统（DEH）是汽轮机的”大脑”，负责转速控制、负荷控制、阀门管理、保护监测等功能。

2.2.4 保护系统

包括TSI（汽轮机安全监测仪表系统）和ETS（汽轮机紧急跳闸系统），监测振动、位移、温度、压力等关键参数，在危险时紧急停机。

三、汽轮机运行特性分析

3.1 启动过程特性

汽轮机启动是一个复杂的热力过程，关键在于控制金属温度的均匀变化，避免过大的热应力。启动过程主要分为：

3.1.1 冲转前准备

• 真空系统建立：凝汽器抽真空至规定值（通常<5kPa）
• 润滑油系统运行：油温、油压正常，顶轴油投入
• 盘车装置运行：连续盘车，监测大轴弯曲度
• 控制系统检查：DEH、TSI、ETS正常

3.1.2 冲转与升速

冲转后，转速按曲线提升，通常分为：

• 0-500rpm：低速暖机，检查有无摩擦
• 500-1200rpm：中速暖机，避开临界转速
• 1200-3000rpm：高速暖机，达到额定转速

3.1.3 并网与带负荷

并网后，按负荷曲线逐步提升负荷，控制金属温升率、胀差、振动等参数在允许范围内。

3.2 正常运行监控参数

正常运行时需重点监控以下参数：

• 热力参数：主蒸汽压力/温度、再热蒸汽压力/温度、真空度、排汽温度
• 机械参数：转速、振动（X/Y方向）、轴向位移、偏心度、胀差
• 温度参数：轴承金属温度、推力轴承温度、汽缸金属温度、法兰螺栓温度
• 油系统参数：润滑油压、油温、油箱油位、油质
• …

四、常见故障诊断与处理技巧

4.1 汽轮机振动异常

4.1.1 振动原因分析

振动是汽轮机最常见且危害最大的故障之一，主要原因包括：

• 转子不平衡：质量不平衡、结垢、叶片脱落
• 转子弯曲：热弯曲、永久弯曲

1. 摩擦振动：动静间隙消失或过小

• 油膜振荡：轴承稳定性差、润滑油粘度异常
• 基础或连接问题：基础不均匀沉降、连接螺栓松动

4.1.2 振动诊断方法

• 频谱分析：1X频率为不平衡，2X为不对中，高倍频为摩擦
• 相位分析：判断振动类型和来源
• …

4.1.3 处理技巧

• 轻微振动（<50μm）：加强监视，分析趋势
• 中度振动（50-100μm）：调整运行参数，检查油质油温
• 严重振动（>100μm）：立即降负荷或停机，避免设备损坏

4.2 汽轮机进水事故（水冲击）

4.2.1 现象与危害

• 现象：主蒸汽温度急剧下降（10分钟下降>50℃）、汽轮机剧烈振动、轴向位移增大、推力轴承温度升高、汽轮机内有水击声
• 危害：叶片损伤、转子弯曲、动静部分碰撞、推力轴承损坏

4.2.2 紧急处理步骤

1. 立即破坏真空紧急停机：打开真空破坏门，关闭循环水
2. 关闭所有主蒸汽、再热蒸汽阀门：防止更多水进入
3. 开启汽轮机本体及管道疏水：充分疏水
4. 记录惰走时间：记录从脱扣到转子静止的时间，判断内部有无摩擦 惰走时间记录示例：

# 惰走时间记录与分析
def record_coasting_time(start_time, stop_time, speed_data):
    """
    记录并分析汽轮机惰走时间
    speed_data: [(time1, speed1), (time2, speed2), ...]
    """
    coasting_time = stop_time - start_time
    print(f"惰走时间: {coasting_time}秒")
    
    # 正常惰走时间参考值（3000rpm→0）
    normal_time_range = (600, 900)  # 10-15分钟
    
    if coasting_time < normal_time_range[0]:
        print("⚠️ 惰走时间过短，内部可能存在摩擦！")
    elif coasting_time > normal_time_range[1]:
        print("⚠️ 惰走时间过长，可能存在制动装置未完全脱开！")
   Coasting_time记录示例：
    # 假设某次惰走数据
    coasting_data = [
        (0, 3000), (30, 2800), (60, 2600), (90, 2400),
        (120, 2200), (150, 200惰走时间记录示例：
    # 假设某次惰走数据
    coasting_data = [
        (0, 3000), (30, 2800), (60, 2600), (90, 2400),
        (120, 2200), (150, 2000), (180, 1800), (210, 1600),
        (240, 1400), (270, 1200), (300, 1000), (330, 800),
        (360, 600), (390, 400), (420, 200), (450, 0)
    ]
    record_coasting_time(0, 450, coasting_data)

4.2.3 事后检查

• 检查推力轴承乌金是否熔化
• 棩查叶片、围带、隔板有无损伤
• 检查大轴弯曲度
• 检查通流部分有无零件脱落

4.3 真空系统严密性差

4.1.1 现象与影响

• 现象：真空度下降、排汽温度升高、机组经济性下降
• 影响：真空每下降1kPa，汽耗率增加约1.5-2%

4.3.2 查漏方法

• 真空灌水法：向凝汽器汽侧灌水，观察泄漏点
• 氦气质谱检漏：使用氦气作为示踪气体，灵敏度高 真空严密性试验代码示例：

# 真空严密性试验自动分析
def vacuum_tightness_test(initial_vacuum, time_intervals):
    """
    真空严密性试验分析
    initial_vacuum: 初始真空值(kPa)
    time_intervals: [(分钟, 真空值), ...]
    """
    print("=== 真空严密性试验 ===")
    print(f"初始真空: {initial_vacuum} kPa")
    
    # 计算真空下降速率
    total_time = time_intervals[-1][0] - time_intervals[0][0]
    total_drop = initial_vacuum - time_intervals[-1][1]
    drop_rate = total_drop / total_time
    
    print(f"真空下降速率: {drop_rate:.3f} kPa/min")
    
    # 评价标准
    if drop_rate < 0.4:
        print("✅ 严密性优秀")
    elif drop_rate < 0.8:
        ...
        print("✅ 严密性合格")
    else:
        print("❌ 严密性不合格，需查漏")

# 试验数据示例
test_data = [(0, -95.2), (1, -94.8), (2, -94.4), (3, -94.0), (4, -93.6), (5, -93.2)]
vacuum_tightness_test(-95.2, test_data)

4.3.3 处理措施

• 小漏点：运行中采用涂抹密封胶、紧固螺栓等临时措施
• 大漏点：停机后进行灌水查漏，更换密封垫片
• 真空泵效率低：检查工作水温度、叶轮磨损、分离器液位

4.4 油系统故障

4.4.1 油压异常波动

• 原因：油泵故障、滤网堵塞、油温变化、油中含气
• 处理：切换备用泵、清洗滤网、调整油温、排气

4.4.2 油质劣化

• 表现：油液浑浊、有泡沫、酸值升高、颗粒度超标
• 处理：过滤净化、添加抗氧化剂、必要时换油

4.4.3 油温异常

• 正常范围：35-45℃
• 油温过高：检查冷油器冷却水量、水温、脏污程度
• 油温过低：冬季需加热，避免油膜振荡

4.5 通流部分结垢与腐蚀

4.5.1 结垢原因

• 蒸汽品质不合格，含盐量高
• 长期低负荷运行，蒸汽流速低
• 停机保养不当

4.5.2 处理方法

• 化学清洗：用柠檬酸或专用清洗剂循环清洗
• 机械清理：喷砂或手工清理（需专业人员）
• 预防措施：保证蒸汽品质，定期冲洗，停机保养

4.6 轴向位移增大

4.6.1 原因分析

• 推力轴承磨损或损坏
• 通流部分结垢，轴向推力增加
• 蒸汽参数异常（压力过高、温度过低）
• 负荷突变或甩负荷

4.6.2 处理方法

• 立即降负荷：减少轴向推力
• 检查推力轴承：监测温度、回油有无乌金末
• 检查蒸汽参数：恢复正常参数
• 严重时紧急停机：防止动静碰撞

4.7 汽轮机超速

4.7.1 超速原因

• 负荷突甩，调速系统失灵
• 调门卡涩、拒动
• 保护系统失灵
• 主汽门、调门不严

4.2.2 防护措施

• OPC保护：超速保护（103%额定转速）关闭调门
• AST保护：110%额定转速紧急停机
• 机械超速保护：110-112%额定转速危急遮断器动作 超速保护测试代码示例：

# 超速保护模拟测试
class OverspeedProtection:
    def __init__(self, opc_threshold=1.03, ast_threshold=1.10, mechanical_threshold=1.12):
        self.opc_threshold = opc_threshold  # OPC动作值
        ...
        self.ast_threshold = ast_threshold  # AST动作值
        self.mechanical_threshold = mechanical_threshold  # 机械超速
    
    def check_overspeed(self, current_speed, rated_speed=3000):
        """
        检查超速保护逻辑
        current_speed: 当前转速(rpm)
        rated_speed: 额定转速(rpm)
        """
        speed_ratio = current_speed / rated_speed
        
        print(f"当前转速: {current_speed} rpm ({speed_ratio:.2%})")
        
        if speed_ratio >= self.mechanical_threshold:
            return "机械超速保护动作！立即停机！"
        elif speed_ratio >= self.ast_threshold:
            return "AST电气保护动作！立即停机！"
        elif speed_ratio >= self.opc_threshold:
            return "OPC保护动作！关闭调门！"
        else:
            return "转速正常"

# 测试不同转速下的保护动作
op = OverspeedProtection()
print("=== 超速保护测试 ===")
for speed in [3000, 3050, 3090, 3300, 3360]:
    result = op.check_overspeed(speed)
    print(f"转速{speed} rpm → {result}")

4.7.3 预防措施

• 定期进行主汽门、调门活动试验
• 定期进行危急遮断器充油试验或喷油试验
• 保证油质清洁，防止调门卡涩
• 加强运行监控，防止负荷突甩

4.8 汽轮机热膨胀与热应力问题

4.8.1 胀差控制

• 正胀差：转子膨胀大于汽缸膨胀，间隙在低压侧
• 负胀差：转子膨胀小于汽缸膨胀，间隙在高压侧
• 控制目标：正胀差<+4mm，负胀差>-2mm（具体值参考厂家规定）
• 控制方法：调整蒸汽温度变化率、暖机时间、法兰螺栓加热

4.8.2 热应力控制

• 控制温升/温降率：通常<1.5℃/min（冷态启动）
• 监测金属温度：内外壁温差<50℃，法兰内外壁温差<100℃
• 使用热应力计算公式： 应力σ = E * α * ΔT / (2(1-μ)) 其中：E弹性模量，α线膨胀系数，ΔT温差，μ泊松比

5. 安全操作指南

5.1 启动安全操作

5.1.1 启动前检查清单

• [ ] 所有检修工作已结束，工作票已终结
• [ ] 设备标识牌正确，接地线已拆除
• [ ] 润滑油系统：油位正常、油质合格、油温>25℃
• [ ] 盘车装置：连续盘车>4小时，大轴弯曲度<0.05mm
• [ ] 真空系统：凝汽器灌水查漏合格，真空泵可正常启动
• [ ] 保护系统：TSI、ETS、DEH静态试验合格
• [ ] 辅机设备：循环水泵、给水泵、凝结水泵等可正常投运
• [ ] 电气系统：发电机、励磁系统、厂用电系统正常
• [ ] 化学系统：汽水品质合格，加药系统可投运

5.1.2 启动过程风险控制

• 防止水冲击：充分疏水，暖管要充分（暖管时间>30分钟）
• 防止摩擦振动：低速暖机充分（>20分钟），监听内部声音
• 防止热应力过大：严格控制温升率，监测金属温差
• 防止超速：冲转前确认OPC、AST保护正常投入

5.2 正常运行安全操作

5.1.1 定期巡检要点

• 每小时巡检：记录主要参数，监听机组声音，检查有无泄漏
• 每班巡检：检查油箱油位、滤网压差、冷油器工况
• 每日巡检：检查设备外观、连接螺栓、基础情况

5.2.2 参数越限处理

• 立即降负荷：振动、胀差、轴向位移、金属温度越限
• 立即停机：振动>100μm、轴向位移>±1mm、推力轴承温度>90℃、润滑油压<0.18MPa

5.2.3 定期试验项目

• 每周：主汽门、调门活动试验 危急遮断器喷油试验（机械超速保护）
• 每月：真空严密性试验 润滑油泵自启动试验
• 每季度：危急遮断器充油试验 OPC/AST保护静态试验
• 每年：超速试验（机械、电气） 主设备全面检查

5.3 停机安全操作

5.3.1 正常停机

• 减负荷阶段：按曲线降温降压，控制温降率<1.5℃/min
• 解列阶段：负荷降至零，发电机解列，转速由3000rpm下降
• 惰走阶段：记录惰走时间，监听声音，监测振动
• 盘车阶段：转子静止后立即投入连续盘车，监测大轴弯曲度
• 冷却阶段：自然冷却或强制冷却，控制冷却速度

5.3.2 紧急停机

紧急停机条件：

• 汽轮机转速>3300rpm（110%额定转速）
• 汽轮机振动>100μm
• 轴向位移>±1mm
• 推力轴承温度>90℃或乌金温度>95℃
• 润滑油压<0.18MPa或油箱油位降至最低油位
• 发电机冒烟、着火或氢气爆炸危险
• 汽轮机发生水冲击
• 厂用电失去，且无法恢复

紧急停机操作步骤：

1. 手按危急遮断器或AST按钮：立即关闭所有进汽阀门
2. 启动交流润滑油泵：保证停机过程润滑
3. 破坏真空：打开真空破坏门，关闭循环水
4. 开启所有疏水：防止水冲击和腐蚀
5. 记录惰走时间：判断内部状况
6. 投入盘车：转子静止后立即投入连续盘车

5.4 人身安全与防护

5.4.1 个人防护装备

• 进入生产区域：必须戴安全帽、穿工作服、劳保鞋
• 噪声区域：佩戴耳塞或耳罩（噪声>85dB）
• 高温区域：佩戴防烫手套、穿隔热服

1. 电气作业：绝缘手套、绝缘鞋、验电器

• 化学区域：防化服、防护眼镜、防毒面具

5.4.2 安全距离与隔离

• 高温管道：距离>1米，禁止触摸
• 旋转机械：保持安全距离，禁止靠近防护罩
• 电气设备：保持安全距离，禁止跨越遮栏
• 受限空间：必须办理受限空间作业票，检测气体，有人监护

5.4.3 应急处理

• 火灾：立即报警，切断电源，使用干粉或CO2灭火器，禁止用水
• 触电：立即切断电源，使用绝缘工具施救，拨打120
• 中毒：立即脱离现场，佩戴呼吸器，拨打120
• 烫伤：冷水冲洗15分钟，覆盖干净敷料，立即就医

5.5 安全文化与制度

5.5.1 两票三制

• 工作票制度：检修工作必须办理工作票，明确安全措施
• 操作票制度：重要操作必须有操作票，执行唱票复诵
• 交接班制：交清设备状况、运行参数、缺陷情况
• 巡回检查制：定时定点巡检，及时发现异常
• 设备定期试验轮换制：保证备用设备可靠

5.5.2 反事故措施

• 防止汽轮机超速：定期活动阀门，保证油质清洁
• 防止汽轮机进水：加强疏水，监控蒸汽温度
• 防止轴系断裂：避免长时间在临界转速附近运行
• 防止火灾：及时清理漏油，保持消防设施完好
• 防止人身伤亡：严格执行安规，杜绝习惯性违章

六、现代化运行管理

6.1 状态监测与故障预测

6.1.1 TSI系统高级应用

现代TSI系统不仅能监测，还能进行：

• 趋势分析：自动分析参数变化趋势，提前预警
• 频谱分析：自动识别振动频率成分，诊断故障类型
• 相位分析：判断不平衡质量的位置

6.1.2 预测性维护

基于大数据和AI的故障预测：

• 机器学习模型：训练历史数据，预测故障发生概率
• 数字孪生：建立虚拟模型，模拟不同工况下的设备状态
• 远程诊断：专家远程分析数据，提供解决方案

6.2 优化运行

6.2.1 热耗优化

• 滑压运行：根据负荷调整主蒸汽压力，减少节流损失
• 真空优化：优化循环水量，保持最佳真空
• 端差优化：保持凝汽器清洁，提高换热效率

6.2.2 启停优化

• 快速启动：优化暖机曲线，缩短启动时间
• 滑参数停机：充分利用余热，减少热损失

6.3 培训与技能提升

6.3.1 仿真培训

使用仿真系统进行：

• 正常操作训练
• 故障处理演练
• 事故预想

6.3.2 技能矩阵

建立运行人员技能矩阵，定期考核：

• 理论知识
• 实际操作
• 故障处理
• 应急响应

七、总结

汽轮机作为电厂的核心设备，其安全稳定运行需要深入理解工作原理、熟练掌握运行特性、精准诊断处理故障、严格执行安全规程。随着技术的发展，现代汽轮机运行正朝着智能化、数字化方向发展，但基本原理和安全要求始终不变。运行人员应持续学习，不断提升技术水平和安全意识，做到：

• 懂原理：理解热力循环和能量转换
• 会操作：熟练掌握启停和调整
• 能诊断：准确判断故障原因
• 善处理：快速正确处理异常
• 守安全：严格执行安全规程

只有将理论知识与实践经验相结合，才能确保汽轮机长期安全经济运行，为电力供应提供可靠保障。# 深入解析电厂汽机运行原理与常见故障处理技巧及安全操作指南

引言

电厂汽轮机作为火力发电厂的核心设备，其安全稳定运行直接关系到整个电力系统的供电可靠性。汽轮机是一种将蒸汽热能转换为机械能的旋转式动力机械，具有功率大、效率高、运行平稳等特点。本文将从汽轮机的基本工作原理入手，深入分析其运行特性，详细讲解常见故障的诊断与处理方法，并提供全面的安全操作指南，旨在为电厂运行人员和维护工程师提供实用的技术参考。

一、汽轮机的基本工作原理

1.1 热力循环基础

汽轮机的工作基于朗肯循环（Rankine Cycle），这是火力发电厂最基本的热力循环。朗肯循环包括四个主要过程：

• 等压吸热：水在锅炉中被加热成过热蒸汽
• 绝热膨胀：蒸汽在汽轮机中做功
• 等压放热：乏汽在凝汽器中凝结成水
• 绝热压缩：凝结水被给水泵送回锅炉

1.2 能量转换过程

汽轮机的能量转换过程可以分为三个阶段：

1. 热能→动能：高温高压蒸汽通过喷嘴或静叶栅时，压力降低、速度增加，将热能转换为蒸汽的动能
2. 动能→机械能：高速蒸汽冲击动叶栅，推动转子旋转，将动能转换为转子的机械能
3. 机械能→电能：转子带动发电机转子旋转，通过电磁感应原理将机械能转换为电能

1.3 汽轮机分类

按工作原理可分为：

• 冲动式汽轮机：蒸汽主要在动叶栅中膨胀，利用蒸汽冲击力做功
• 反动式汽轮机：蒸汽在静叶和动叶中都膨胀，利用反作用力和冲击力共同做功

按热力过程可分为：

• 凝汽式汽轮机：排汽进入凝汽器凝结，应用最广泛
• 背压式汽轮机：排汽用于供热，热电联产
• 抽汽式汽轮机：中间抽汽供热或工业用汽

二、汽轮机主要结构与系统

2.1 本体结构

2.1.1 转子系统

转子是汽轮机的核心部件，包括主轴、叶轮、动叶、联轴器等。现代大型汽轮机多采用整锻转子或焊接转子，具有强度高、刚度好的特点。

2.1.2 静子系统

静子包括汽缸、隔板、静叶、汽封、轴承座等。汽缸通常采用高铬铸铁或合金钢铸造，分为高压缸、中压缸和低压缸。

2.1.3 支撑轴承与推力轴承

• 支撑轴承：承受转子重量和旋转离心力，采用滑动轴承，润滑油膜支撑
• 推力轴承：承受蒸汽轴向推力，保持转子轴向位置，通常位于高压缸后

2.2 主要辅助系统

2.2.1 汽水系统

包括主蒸汽系统、再热蒸汽系统、给水系统、凝结水系统、抽汽系统等，构成完整的热力循环。

2.2.2 润滑油系统

提供轴承润滑油和顶轴油，保证转子正常润滑和盘车。主要设备包括主油泵、交流润滑油泵、直流事故油泵、油箱、冷油器、滤网等。

2.2.3 DEH控制系统

数字电液控制系统（DEH）是汽轮机的”大脑”，负责转速控制、负荷控制、阀门管理、保护监测等功能。

2.2.4 保护系统

包括TSI（汽轮机安全监测仪表系统）和ETS（汽轮机紧急跳闸系统），监测振动、位移、温度、压力等关键参数，在危险时紧急停机。

三、汽轮机运行特性分析

3.1 启动过程特性

汽轮机启动是一个复杂的热力过程，关键在于控制金属温度的均匀变化，避免过大的热应力。启动过程主要分为：

3.1.1 冲转前准备

• 真空系统建立：凝汽器抽真空至规定值（通常<5kPa）
• 润滑油系统运行：油温、油压正常，顶轴油投入
• 盘车装置运行：连续盘车，监测大轴弯曲度
• 控制系统检查：DEH、TSI、ETS正常

3.1.2 冲转与升速

冲转后，转速按曲线提升，通常分为：

• 0-500rpm：低速暖机，检查有无摩擦
• 500-1200rpm：中速暖机，避开临界转速
• 1200-3000rpm：高速暖机，达到额定转速

3.1.3 并网与带负荷

并网后，按负荷曲线逐步提升负荷，控制金属温升率、胀差、振动等参数在允许范围内。

3.2 正常运行监控参数

正常运行时需重点监控以下参数：

• 热力参数：主蒸汽压力/温度、再热蒸汽压力/温度、真空度、排汽温度
• 机械参数：转速、振动（X/Y方向）、轴向位移、偏心度、胀差
• 温度参数：轴承金属温度、推力轴承温度、汽缸金属温度、法兰螺栓温度
• 油系统参数：润滑油压、油温、油箱油位、油质
• …

四、常见故障诊断与处理技巧

4.1 汽轮机振动异常

4.1.1 振动原因分析

振动是汽轮机最常见且危害最大的故障之一，主要原因包括：

• 转子不平衡：质量不平衡、结垢、叶片脱落
• 转子弯曲：热弯曲、永久弯曲
• 摩擦振动：动静间隙消失或过小
• 油膜振荡：轴承稳定性差、润滑油粘度异常
• 基础或连接问题：基础不均匀沉降、连接螺栓松动

4.1.2 振动诊断方法

• 频谱分析：1X频率为不平衡，2X为不对中，高倍频为摩擦
• 相位分析：判断振动类型和来源
• …

4.1.3 处理技巧

• 轻微振动（<50μm）：加强监视，分析趋势
• 中度振动（50-100μm）：调整运行参数，检查油质油温
• 严重振动（>100μm）：立即降负荷或停机，避免设备损坏

4.2 汽轮机进水事故（水冲击）

4.2.1 现象与危害

• 现象：主蒸汽温度急剧下降（10分钟下降>50℃）、汽轮机剧烈振动、轴向位移增大、推力轴承温度升高、汽轮机内有水击声
• 危害：叶片损伤、转子弯曲、动静部分碰撞、推力轴承损坏

4.2.2 紧急处理步骤

1. 立即破坏真空紧急停机：打开真空破坏门，关闭循环水
2. 关闭所有主蒸汽、再热蒸汽阀门：防止更多水进入
3. 开启汽轮机本体及管道疏水：充分疏水
4. 记录惰走时间：记录从脱扣到转子静止的时间，判断内部有无摩擦 惰走时间记录示例：

# 惰走时间记录与分析
def record_coasting_time(start_time, stop_time, speed_data):
    """
    记录并分析汽轮机惰走时间
    speed_data: [(time1, speed1), (time2, speed2), ...]
    """
    coasting_time = stop_time - start_time
    print(f"惰走时间: {coasting_time}秒")
    
    # 正常惰走时间参考值（3000rpm→0）
    normal_time_range = (600, 900)  # 10-15分钟
    
    if coasting_time < normal_time_range[0]:
        print("⚠️ 惰走时间过短，内部可能存在摩擦！")
    elif coasting_time > normal_time_range[1]:
        print("⚠️ 惰走时间过长，可能存在制动装置未完全脱开！")
    # 惰走时间记录示例：
    # 假设某次惰走数据
    coasting_data = [
        (0, 3000), (30, 2800), (60, 2600), (90, 2400),
        (120, 2200), (150, 2000), (180, 1800), (210, 1600),
        (240, 1400), (270, 1200), (300, 1000), (330, 800),
        (360, 600), (390, 400), (420, 200), (450, 0)
    ]
    record_coasting_time(0, 450, coasting_data)

4.2.3 事后检查

• 检查推力轴承乌金是否熔化
• 检查叶片、围带、隔板有无损伤
• 检查大轴弯曲度
• 检查通流部分有无零件脱落

4.3 真空系统严密性差

4.3.1 现象与影响

• 现象：真空度下降、排汽温度升高、机组经济性下降
• 影响：真空每下降1kPa，汽耗率增加约1.5-2%

4.3.2 查漏方法

• 真空灌水法：向凝汽器汽侧灌水，观察泄漏点
• 氦气质谱检漏：使用氦气作为示踪气体，灵敏度高 真空严密性试验代码示例：

# 真空严密性试验自动分析
def vacuum_tightness_test(initial_vacuum, time_intervals):
    """
    真空严密性试验分析
    initial_vacuum: 初始真空值(kPa)
    time_intervals: [(分钟, 真空值), ...]
    """
    print("=== 真空严密性试验 ===")
    print(f"初始真空: {initial_vacuum} kPa")
    
    # 计算真空下降速率
    total_time = time_intervals[-1][0] - time_intervals[0][0]
    total_drop = initial_vacuum - time_intervals[-1][1]
    drop_rate = total_drop / total_time
    
    print(f"真空下降速率: {drop_rate:.3f} kPa/min")
    
    # 评价标准
    if drop_rate < 0.4:
        print("✅ 严密性优秀")
    elif drop_rate < 0.8:
        print("✅ 严密性合格")
    else:
        print("❌ 严密性不合格，需查漏")

# 试验数据示例
test_data = [(0, -95.2), (1, -94.8), (2, -94.4), (3, -94.0), (4, -93.6), (5, -93.2)]
vacuum_tightness_test(-95.2, test_data)

4.3.3 处理措施

• 小漏点：运行中采用涂抹密封胶、紧固螺栓等临时措施
• 大漏点：停机后进行灌水查漏，更换密封垫片
• 真空泵效率低：检查工作水温度、叶轮磨损、分离器液位

4.4 油系统故障

4.4.1 油压异常波动

• 原因：油泵故障、滤网堵塞、油温变化、油中含气
• 处理：切换备用泵、清洗滤网、调整油温、排气

4.4.2 油质劣化

• 表现：油液浑浊、有泡沫、酸值升高、颗粒度超标
• 处理：过滤净化、添加抗氧化剂、必要时换油

4.4.3 油温异常

• 正常范围：35-45℃
• 油温过高：检查冷油器冷却水量、水温、脏污程度
• 油温过低：冬季需加热，避免油膜振荡

4.5 通流部分结垢与腐蚀

4.5.1 结垢原因

• 蒸汽品质不合格，含盐量高
• 长期低负荷运行，蒸汽流速低
• 停机保养不当

4.5.2 处理方法

• 化学清洗：用柠檬酸或专用清洗剂循环清洗
• 机械清理：喷砂或手工清理（需专业人员）
• 预防措施：保证蒸汽品质，定期冲洗，停机保养

4.6 轴向位移增大

4.6.1 原因分析

• 推力轴承磨损或损坏
• 通流部分结垢，轴向推力增加
• 蒸汽参数异常（压力过高、温度过低）
• 负荷突变或甩负荷

4.6.2 处理方法

• 立即降负荷：减少轴向推力
• 检查推力轴承：监测温度、回油有无乌金末
• 检查蒸汽参数：恢复正常参数
• 严重时紧急停机：防止动静碰撞

4.7 汽轮机超速

4.7.1 超速原因

• 负荷突甩，调速系统失灵
• 调门卡涩、拒动
• 保护系统失灵
• 主汽门、调门不严

4.7.2 防护措施

• OPC保护：超速保护（103%额定转速）关闭调门
• AST保护：110%额定转速紧急停机
• 机械超速保护：110-112%额定转速危急遮断器动作 超速保护测试代码示例：

# 超速保护模拟测试
class OverspeedProtection:
    def __init__(self, opc_threshold=1.03, ast_threshold=1.10, mechanical_threshold=1.12):
        self.opc_threshold = opc_threshold  # OPC动作值
        self.ast_threshold = ast_threshold  # AST动作值
        self.mechanical_threshold = mechanical_threshold  # 机械超速
    
    def check_overspeed(self, current_speed, rated_speed=3000):
        """
        检查超速保护逻辑
        current_speed: 当前转速(rpm)
        rated_speed: 额定转速(rpm)
        """
        speed_ratio = current_speed / rated_speed
        
        print(f"当前转速: {current_speed} rpm ({speed_ratio:.2%})")
        
        if speed_ratio >= self.mechanical_threshold:
            return "机械超速保护动作！立即停机！"
        elif speed_ratio >= self.ast_threshold:
            return "AST电气保护动作！立即停机！"
        elif speed_ratio >= self.opc_threshold:
            return "OPC保护动作！关闭调门！"
        else:
            return "转速正常"

# 测试不同转速下的保护动作
op = OverspeedProtection()
print("=== 超速保护测试 ===")
for speed in [3000, 3050, 3090, 3300, 3360]:
    result = op.check_overspeed(speed)
    print(f"转速{speed} rpm → {result}")

4.7.3 预防措施

• 定期进行主汽门、调门活动试验
• 定期进行危急遮断器充油试验或喷油试验
• 保证油质清洁，防止调门卡涩
• 加强运行监控，防止负荷突甩

4.8 汽轮机热膨胀与热应力问题

4.8.1 胀差控制

• 正胀差：转子膨胀大于汽缸膨胀，间隙在低压侧
• 负胀差：转子膨胀小于汽缸膨胀，间隙在高压侧
• 控制目标：正胀差<+4mm，负胀差>-2mm（具体值参考厂家规定）
• 控制方法：调整蒸汽温度变化率、暖机时间、法兰螺栓加热

4.8.2 热应力控制

• 控制温升/温降率：通常<1.5℃/min（冷态启动）
• 监测金属温度：内外壁温差<50℃，法兰内外壁温差<100℃
• 使用热应力计算公式： 应力σ = E * α * ΔT / (2(1-μ)) 其中：E弹性模量，α线膨胀系数，ΔT温差，μ泊松比

五、安全操作指南

5.1 启动安全操作

5.1.1 启动前检查清单

• [ ] 所有检修工作已结束，工作票已终结
• [ ] 设备标识牌正确，接地线已拆除
• [ ] 润滑油系统：油位正常、油质合格、油温>25℃
• [ ] 盘车装置：连续盘车>4小时，大轴弯曲度<0.05mm
• [ ] 真空系统：凝汽器灌水查漏合格，真空泵可正常启动
• [ ] 保护系统：TSI、ETS、DEH静态试验合格
• [ ] 辅机设备：循环水泵、给水泵、凝结水泵等可正常投运
• [ ] 电气系统：发电机、励磁系统、厂用电系统正常
• [ ] 化学系统：汽水品质合格，加药系统可投运

5.1.2 启动过程风险控制

• 防止水冲击：充分疏水，暖管要充分（暖管时间>30分钟）
• 防止摩擦振动：低速暖机充分（>20分钟），监听内部声音
• 防止热应力过大：严格控制温升率，监测金属温差
• 防止超速：冲转前确认OPC、AST保护正常投入

5.2 正常运行安全操作

5.2.1 定期巡检要点

• 每小时巡检：记录主要参数，监听机组声音，检查有无泄漏
• 每班巡检：检查油箱油位、滤网压差、冷油器工况
• 每日巡检：检查设备外观、连接螺栓、基础情况

5.2.2 参数越限处理

• 立即降负荷：振动、胀差、轴向位移、金属温度越限
• 立即停机：振动>100μm、轴向位移>±1mm、推力轴承温度>90℃、润滑油压<0.18MPa

5.2.3 定期试验项目

• 每周：主汽门、调门活动试验 危急遮断器喷油试验（机械超速保护）
• 每月：真空严密性试验 润滑油泵自启动试验
• 每季度：危急遮断器充油试验 OPC/AST保护静态试验
• 每年：超速试验（机械、电气） 主设备全面检查

5.3 停机安全操作

5.3.1 正常停机

• 减负荷阶段：按曲线降温降压，控制温降率<1.5℃/min
• 解列阶段：负荷降至零，发电机解列，转速由3000rpm下降
• 惰走阶段：记录惰走时间，监听声音，监测振动
• 盘车阶段：转子静止后立即投入连续盘车，监测大轴弯曲度
• 冷却阶段：自然冷却或强制冷却，控制冷却速度

5.3.2 紧急停机

紧急停机条件：

• 汽轮机转速>3300rpm（110%额定转速）
• 汽轮机振动>100μm
• 轴向位移>±1mm
• 推力轴承温度>90℃或乌金温度>95℃
• 润滑油压<0.18MPa或油箱油位降至最低油位
• 发电机冒烟、着火或氢气爆炸危险
• 汽轮机发生水冲击
• 厂用电失去，且无法恢复

紧急停机操作步骤：

1. 手按危急遮断器或AST按钮：立即关闭所有进汽阀门
2. 启动交流润滑油泵：保证停机过程润滑
3. 破坏真空：打开真空破坏门，关闭循环水
4. 开启所有疏水：防止水冲击和腐蚀
5. 记录惰走时间：判断内部状况
6. 投入盘车：转子静止后立即投入连续盘车

5.4 人身安全与防护

5.4.1 个人防护装备

• 进入生产区域：必须戴安全帽、穿工作服、劳保鞋
• 噪声区域：佩戴耳塞或耳罩（噪声>85dB）
• 高温区域：佩戴防烫手套、穿隔热服
• 电气作业：绝缘手套、绝缘鞋、验电器
• 化学区域：防化服、防护眼镜、防毒面具

5.4.2 安全距离与隔离

• 高温管道：距离>1米，禁止触摸
• 旋转机械：保持安全距离，禁止靠近防护罩
• 电气设备：保持安全距离，禁止跨越遮栏
• 受限空间：必须办理受限空间作业票，检测气体，有人监护

5.4.3 应急处理

• 火灾：立即报警，切断电源，使用干粉或CO2灭火器，禁止用水
• 触电：立即切断电源，使用绝缘工具施救，拨打120
• 中毒：立即脱离现场，佩戴呼吸器，拨打120
• 烫伤：冷水冲洗15分钟，覆盖干净敷料，立即就医

5.5 安全文化与制度

5.5.1 两票三制

• 工作票制度：检修工作必须办理工作票，明确安全措施
• 操作票制度：重要操作必须有操作票，执行唱票复诵
• 交接班制：交清设备状况、运行参数、缺陷情况
• 巡回检查制：定时定点巡检，及时发现异常
• 设备定期试验轮换制：保证备用设备可靠

5.5.2 反事故措施

• 防止汽轮机超速：定期活动阀门，保证油质清洁
• 防止汽轮机进水：加强疏水，监控蒸汽温度
• 防止轴系断裂：避免长时间在临界转速附近运行
• 防止火灾：及时清理漏油，保持消防设施完好
• 防止人身伤亡：严格执行安规，杜绝习惯性违章

六、现代化运行管理

6.1 状态监测与故障预测

6.1.1 TSI系统高级应用

现代TSI系统不仅能监测，还能进行：

• 趋势分析：自动分析参数变化趋势，提前预警
• 频谱分析：自动识别振动频率成分，诊断故障类型
• 相位分析：判断不平衡质量的位置

6.1.2 预测性维护

基于大数据和AI的故障预测：

• 机器学习模型：训练历史数据，预测故障发生概率
• 数字孪生：建立虚拟模型，模拟不同工况下的设备状态
• 远程诊断：专家远程分析数据，提供解决方案

6.2 优化运行

6.2.1 热耗优化

• 滑压运行：根据负荷调整主蒸汽压力，减少节流损失
• 真空优化：优化循环水量，保持最佳真空
• 端差优化：保持凝汽器清洁，提高换热效率

6.2.2 启停优化

• 快速启动：优化暖机曲线，缩短启动时间
• 滑参数停机：充分利用余热，减少热损失

6.3 培训与技能提升

6.3.1 仿真培训

使用仿真系统进行：

• 正常操作训练
• 故障处理演练
• 事故预想

6.3.2 技能矩阵

建立运行人员技能矩阵，定期考核：

• 理论知识
• 实际操作
• 故障处理
• 应急响应

七、总结

汽轮机作为电厂的核心设备，其安全稳定运行需要深入理解工作原理、熟练掌握运行特性、精准诊断处理故障、严格执行安全规程。随着技术的发展，现代汽轮机运行正朝着智能化、数字化方向发展，但基本原理和安全要求始终不变。运行人员应持续学习，不断提升技术水平和安全意识，做到：

• 懂原理：理解热力循环和能量转换
• 会操作：熟练掌握启停和调整
• 能诊断：准确判断故障原因
• 善处理：快速正确处理异常
• 守安全：严格执行安全规程

只有将理论知识与实践经验相结合，才能确保汽轮机长期安全经济运行，为电力供应提供可靠保障。