汽轮机调速保安系统.docx

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汽轮机调速保安系统

浅谈汽轮机危急遮断系统

前言：

随着电力的飞速发展，机组容量的也越来越大，机组的安全经济运行成各个电厂追求的目标，汽轮机是一种高温高压高转速的设备，它也是火电厂的三大核心设备之一。

汽轮机危急遮断系统，它是在汽轮发电机危急情况下的保护系统，它与TSI（汽轮机安全监视仪表系统）、DEH（数字电液调节系统）一起构成汽轮机发电机组的监控系统，一旦停机信号越限时，控制停机电磁阀，使汽轮机组紧急停机，保护汽轮机的安全。

为了保证汽轮机安全运行，汽轮机危急遮断系统就越发显得重要，本论文主要对汽轮机危急遮断系统的一些基本内容进行阐述，重点介绍汽轮保护装置的工作原理及其结构。

关键词：

汽轮机、危急遮断系统、保护装置

汽轮发电机组的任务是根据用户的用电要求，提供质量合格的电能。

为了防止汽轮机在运行中因部分设备工作失常可能导致机组发生重大损伤事故，在机组上装有危急遮断系统。

在异常情况下，使汽轮机紧急停机，以保护汽轮机安全。

危急遮断系统监视汽机的某些运行参数，当这些参数超过其运行限制值时，该系统就关闭全部蒸汽阀门。

一、汽轮机危急遮断系统应满足下列要求：

（1）设计适当的冗余回路以保证遮断动作，并尽量减少误遮断。

该系统有两个独立的通道，提高了保护的可靠性。

（2）能在线试验遮断功能，在功能测试或检修期间，保护依然存在。

（3）当引发遮断保护的原因消失后，遮断保护系统需经人工复位，才允许汽机再次启动。

（4）在每个遮断通道上都提供两个输出，分别用于DAS监视系统和硬报警接线系统。

（5）最早发出的指示信号可用于鉴别引起遮断的主要原因，此信号也送到DAS及报捷系统。

（6）汽机危急遮断系统的保护信号均采用硬接线。

二、汽轮机危急遮断的保护项目

为了保证汽轮机的安全运行，至少应能实现下列遮断保护：

（1）手动停机（双按钮控制）；

（2）机组超速保护（至少有三个独立于其它系统且来自现场的转速信号）；

（3）主蒸汽温度异常下降保护；（过热度保护）

（4）凝汽器低真空保护（至少设三个进口逻辑开关）；

（5）机组轴向位移大保护；

（6）汽机振动超限保护；

（7）转子偏心度超限保护；（一般不设）

（8）胀差超限保护；

（9）油箱油位过低保护；（一般不设）

（10）排汽温度超限保护；（一般不设）

（11）支持轴承或推力轴承金属温度超限保护；

（12）轴承润滑油压力低保护（至少设三个进口逻辑开关）；

（13）汽机抗燃油压低保护（至少设三个进口逻辑开关）；

（14）发电机故障保护；

（15）DEH保护跳机；

（16）MFT（总燃料跳闸）；

（17）汽机、发电机制造厂要求的其他保护项目。

三、汽轮机危急遮断系统的组成

1、AST电磁阀和OPC电磁阀组件

（1）AST电磁阀

由两只并联布置的的超速保护电磁阀（20/OPC-1、2）及两个逆止阀和四个串、并联布置的自动停机危急遮断保护电磁阀（20/AST-1、2、3、4），即电磁阀20-1/AST，20-2/AST，20-3/AST，20-4/AST（220VAC）和压力开关63-1/AST，63-2/AST和63-T/AST及一个控制块构成超速保护-自动停机危急遮断保护电磁阀组件，这个组件布置在高压抗燃油系统中，如图1所示。

它们是由DEH控制器的OPC部分和AST部分所控制。

四个串并联布置的AST电磁阀是由危急跳闸装置（ETS）电气信号所控制，正常运行时这四个AST电磁阀是得电关闭的，封闭了AST母管的泄油通道，使主汽门执行机构和调节阀门执行机构活塞的下腔建立起油压，当机组发生危急情况时，AST信号输出，这四个电磁阀就失电打开，使AST母管油液经无压回油管路排至EH油箱。

这样主汽门执行机构和调节汽门执行机构上的快速卸载阀就快速打开，使各个汽门快速关闭，机组停机。

图1电磁阀及控制块系统图

（2）OPC电磁阀

正常运行时两个OPC电磁阀是失电常闭的，封闭了OPC母管的泄油通道，使高、中压调节汽阀油动机活塞的下腔建立起油压。

当转速超过103额定转速时，OPC动作信号输出，这两个电磁阀就被励磁打开，使OPC母管油液经无压回油管路排至EH油箱。

这样相应的调节汽阀执行机构上的快速卸载阀就快速开启，使各高、中压调节汽阀及各抽汽逆止阀迅速关闭。

两个OPC电磁阀并联布置，这样即使一路拒动，另一路仍可动作。

这样便提高了超速保护控制的可靠性。

另外，还可以进行在线试验，即对1个回路进行在线试验时，另一路仍有连续的保护功能，避免了保护系统失控。

（3）AST和OPC电磁阀的连接及动作情况

四个AST电磁阀布置成串并联方式，如图2所示，其目的是为了保证汽轮机运行的安全性及可靠性，AST/1和AST/3、AST/2和AST/4每组并联连接，然后两组串联连接，这样在汽轮机危急遮断时每组中只要有一个电磁阀动作，就可以将AST母管中的压力油泄去，进而保证汽轮机的安全。

在复位时，两组电磁阀组的电磁阀，只要有一组关闭，就可以使AST母管中建立起油压，使汽轮机具备起机的条件。

图2AST电磁阀串并联布置简图

AST油和OPC油是通过AST电磁阀组件上的两个逆止阀隔开的，这两个逆止阀被设计成：

当OPC电磁阀动作时，AST母管油压不受影响；当AST电磁阀动作时，OPC母管油压也失去。

（4）AST电磁阀的连接及动作情况

图3AST电磁阀的连接图

四个AST电磁阀串并联布置，其连接图如图3所示，其中A表、B表是压力开关，图中的两个节流孔板把EH油压由14Mpa整定为7Mpa。

我们设定A压力开关<4.14Mpa时，动作，ETS通道1变红。

B压力开关>9.3Mpa时，动作，ETS通道2变红。

当AST电磁阀1或3动作（或全动作）时，B压力开关动作，ETS通道1变红。

当AST电磁阀2或4动作（或全动作）时，A压力开关动作，ETS通道变2红。

由此我们可以得到：

当机头的ASP表压力<4.14Mpa或>9.3Mpa时，表明ETS通道1或ETS通道2动作。

（5）危急遮断控制块

    该控制块主要功能是为自动停机危急遮断（AST）与超速保护控制（OPC）母管之间提供接口。

    控制块上面装有六只电磁阀（四只AST电磁阀，二只OPC电磁阀），内部有二只单向阀，控制块内加工了必要的通道，以连接各元件。

所有孔口或为了连接内孔而必须钻通的通孔，都用螺塞塞住，每个螺塞都用“O”型圈密封。

2、隔膜阀

图4隔膜阀结构图

隔膜阀（如图所示）联系着润滑油系统与EH油系统。

其作用是当润滑油系统压力降到不允许的程度时，可通过EH油系统遮断汽轮机。

隔膜阀装于前轴承座旁。

当汽轮机正常运行时，润滑系统的高压油（即低压安全油）通入阀盖内隔膜上面的腔室中，使阀保持关闭。

此作用于隔膜上的油压，克服了弹簧压力，使阀头向下关闭，堵住AST母管通回油的通道，使EH系统投入工作。

安装时应注意方向，如果将方向装反了，就使流关型变成流开型阀，会影响到关闭油压值。

调节调整螺丝可以改变弹簧的预紧力，从而改变关闭阀门所需的油压值。

超速遮断机构或手动超速试验杠杆的单独动作，或同时动作，均能使低压安全油压力消失或降低，因而使压缩弹簧打开阀门，把AST油排到回油管。

AST油压的消失，将关闭所有的进汽阀与抽汽阀，打开各旁路与疏水阀。

4、空气引导阀

图5空气引导阀结构图

在油缸内无油压时，在弹簧的作用下，挡圈堵住从空压站来的压缩空气，而抽汽逆止阀中的残留空气可以从排大气口中排去，保证抽汽逆止阀的可靠关闭；当OPC油压力进入油缸的EH油进口，就会克服弹簧力，档圈将排大气口堵住，从空压站来的压缩空气送到抽汽逆止阀，为抽汽逆止阀的开启作好准备（是否真的开启，另有电磁阀控制）。

5、机械超速遮断系统

机械超速遮断系统是汽机的另一套安全保障系统，除ETS系统的所有遮断指令均送到AST电磁阀，由危急遮断控制块来泄去AST油压实行停机外，机组还设置了一套飞锤式机械超速保护机构，可以在汽机意外超速时，通过泄去隔膜阀的控制油压（即低压安全油压）来泄去AST油压实行停机；另外还设置了一套手动装置，可以通过操作手柄泄去隔膜阀的控制油压（即低压安全油压）来泄去AST油压实行停机。

这种泄去隔膜阀的控制油压的方式都不受电信号（ETS停机信号）的影响而能直接遮断汽机。

（1）系统构成

整个系统可大致分为低压安全油供油系统、危急遮断器、超速遮断机构、超速遮断阀复位装置、超速遮断机构校验装置和综合安全装置等主要部分。

低压安全油供油系统借用机组主油泵（润滑油泵）出口高压油源（压力约为2MPa），经节流减压和溢流阀稳压形成安全油压；危急遮断器即是飞锤；超速遮断机构包括碰钩、遮断滑阀、试验滑阀、手动试验杠杆和手动遮断与复位杠杆等；超速遮断阀复位装置包括一个气缸和一个电磁阀等元件；超速遮断机构校验装置用于对危急遮断器进行喷油试验等；综合安全装置则是一次信号的测取接口和试验功能块。

低压安全油供油系统和危急遮断器分别属于润滑油系统和汽机本体，不在此文介绍。

（2）超速遮断机构

在汽轮机转速达到额定转速10-12%（即3300-3360转/分）时，能自动动作，遮断汽机。

机组正常运行时，危急遮断器的飞锤由弹簧和弹簧定位圈将其保持在内侧位置上，当汽轮机转速达到额定转速10-12%时，增加的离心力就会克服弹簧的压力，使飞锤向外击出（即危急遮断器动作）。

飞锤击出后撞击碰钩，引起碰钩绕轴旋转，推动遮断滑阀向盖板方向移动，碟阀离开阀座，将“机械超速和手动遮断总管”中的油（即低压安全油）经过阀座中的孔排出泄压。

手动遮断与复位杠杆移到遮断位置。

当低压安全油压力消失时，隔膜阀打开，AST油压随之消失，汽机遮断。

低压安全油也能手动泄压，即将装于轴承座侧的手动遮断和复位杠杆从“正常”位置推到“遮断”位置。

该动作可使复位连杆推动碰钩旋转，结果与飞锤击出相同。

在机组遮断后，转速下降到额定转速，必须用手将手动遮断和复位杠杆推到“复位”位置使其复位。

（3）超速遮断试验

超速遮断机构应定期作超速试验，除了试验手动遮断装置以验证遮断连杆部分动作的准确性，还要进行飞锤出击试验。

在试验超速遮断机构时，应有一个司机站在手动遮断杠杆旁边，当转速缓慢地升到遮断值时，应密切注视汽机转速，如转速上升到超过额定转速12%仍未自动遮断，则应立即手动遮断。

如果超速遮断机构动作性能不符合要求，应立即停机，并对机构作全面检查，以确认飞锤没有卡死。

检查后，再次作超速试验，如果飞锤仍不能击出，则必须调整飞锤弹簧的压缩量，飞锤弹簧定位螺圈移过1个缺口，将改变动作转速约40转/分。

调整后必须重新进行超速试验，直到动作正确为止。

（4）喷油试验

喷油试验阀装于汽机轴承座前侧，当它开启时，能将压力油喷入飞锤内腔，使飞锤在汽机额定转速时就击出，停止喷油后，飞锤又能自动退回。

这种试验可以不改变汽机实际转速，模拟试验全部超速遮断机构的动作是否正确。

（5）超速遮断阀自动复位装置

用于遥控复置超速遮断滑阀。

该装置有一个气缸，气缸两端设有缓冲装置，由一个2位4通电磁阀控制，超速遮断滑阀需要复位时，给电磁阀通电，气缸活塞升出推动复位手柄使超速遮断滑阀复位（作用与手动拉复位手柄相同），复位到位后，行程开关反馈一个完成信号，电磁阀断电，气缸活塞退回，复位手柄回到“正常”位置。

（6）超速遮断机构校验装置

超速遮断机构校验装置用于汽轮机在不超速时进行超速遮断机构活动试验。

该装置利用从“机械超速与手动遮断总管”中来的高压油，推动超速飞锤，压缩弹簧，直至飞锤撞击碰钩，模拟一次实际的超速动作。

该试验可以在机组不从电网解列或卸去负荷时进行。

在整个试验过程中，超速遮断机构的试验手柄应始终放在“试验”位置上，否则会引起汽机遮断。

（7）综合安全装置

综合安全装置包括EH油压低、低轴承油压与低真空1试验块及低真空2试验块。

另3块试验块在结构原理上和EH油压低试验块是一样的。

就地设备：

低轴承油压试验块：

包括压力开关63-1/LBO，63-2/LBO，63-3/LBO，63-4/LBO和试验电磁阀（110VAC）20-1/LBO，20-2/LBO。

低EH油压试验块：

包括压力开关63-1/LP，63-2/LP，63-3/LP，63-4/LP和试验电磁阀（110VAC）20-1/LP，20-2/LP。

低真空1试验块：

包括压力开关63-1/LV1，63-2/LV1，63-3/LV1，63-4/LV1和试验电磁阀20-1/LV1T，20-2/LV1T。

低真空2试验块：

包括压力开关63-1/LV2，63-2/LV2，63-3/LV2，63-4/LV2和试验电磁阀（110VAC）20-1/LV2T，20-2/LV2T。

EH油压低试验块为EH油压低压力开关（63/LP）的取样源，同时还配置压力表可以直接观察压力值。

EH高压油（HP）从进油口处接入，经进口截止阀后进入两路并联油路。

任意一路都先经节流孔后通向压力表和压力开关（63-1~4/LP），中间旁路电磁阀和手动试验阀均排回油。

试验时，两个电磁阀是电路互锁的，不会在试验时同时打开，两个手动试验阀应注意不可在开机时同时打开，避免造成停机。

在打开一个电磁阀或手动试验阀时，该路压力表和压力开关将接收到油压低信号，但因与母管之间有节流孔隔离，故不会影响母管压力，从而达到试验的目的。

正常运行时，节流孔将基本不起作用，压力表和压力开关将感受系统的实际压力。