淺析汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)

摘要：汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)由監(jiān)視保護(hù)裝置和液壓系統(tǒng)組成，當(dāng)汽輪機(jī)超速、低真空、軸向位移、潤(rùn)滑油壓低等監(jiān)視保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，電磁閥動(dòng)作，快速泄露高壓動(dòng)力油使自動(dòng)主汽門(mén)和調(diào)節(jié)汽門(mén)迅速關(guān)閉，緊急停止汽輪機(jī)運(yùn)行，達(dá)到保護(hù)汽輪機(jī)的目的，另外，還有汽輪機(jī)進(jìn)水保護(hù)，高壓加熱器保護(hù)等自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)以保障汽輪機(jī)組的正常啟停和安全。

關(guān)鍵詞：TSI；ETS

Abstract：The turbine protection system is composed of a monitoring and protection device and a hydraulic system.when the turbine speeed，low vacuum，axial displacement，wction and low lubricating oil pressure monitoring protection device，electromagnetic valve，fast dynamic leakage of high pressure oil ，the automatic main steam valve and control valve closed quickly，emergency stop operation of steam turbine，steam turbine to achieve the protection.In addition，the turbine inlet protection，high pressure heater prtection and other antomatic protection system to protect the normal start and stop of the turbine and safe operation.

Key words：TSI；ETS

山西平朔煤矸石發(fā)電廠2×50MW是東方汽輪機(jī)的NZK50-8.83/535型單缸、直接空冷凝汽式?jīng)_動(dòng)式、高溫、高壓汽輪機(jī)，為了提高汽輪機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，汽輪機(jī)的級(jí)間間隙、軸封間隙都比較小。由于汽輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度高，在機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行或停機(jī)過(guò)程中，如果沒(méi)有按規(guī)定的要求操作控制，則很容易使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件和禁止部件相互摩擦、甚至碰撞，引起葉片損壞、大軸彎曲、推力瓦燒毀等嚴(yán)重事故。為了保證機(jī)組安全啟停和正常運(yùn)行，需對(duì)汽輪機(jī)的軸向位移、脹差、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑油壓、凝汽器真空等機(jī)械參數(shù)進(jìn)行TSI（Turbine saperrisory Instrumentation）汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)和ETS（Emergency Trip system）汽輪機(jī)危急遮斷統(tǒng)，在緊急情況下迅速關(guān)閉汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門(mén)，切斷汽輪機(jī)所有進(jìn)汽進(jìn)行保護(hù)。

一、TSI系統(tǒng)介紹

TSI（Turbine saperrisory Instrumentation）是汽輪機(jī)重要安全監(jiān)視系統(tǒng)，并將測(cè)量結(jié)果送入控制、保護(hù)系統(tǒng)，一方面供運(yùn)行人員監(jiān)視、分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)行情況，同時(shí)在參數(shù)越限時(shí)執(zhí)行報(bào)警和保護(hù)功能。下列為我廠2× 50MW汽輪機(jī)的主要保護(hù)：

（一）轉(zhuǎn)速

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)將造成轉(zhuǎn)子斷裂、飛車(chē)等惡性事故，因此汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)了多層汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高保護(hù)，如103%超速限制保護(hù)，109%、110%電超速保護(hù)，機(jī)械式危急遮斷保護(hù)等。

軸向位移：以機(jī)械零位為基準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在軸向的串動(dòng)量。汽輪機(jī)軸向位移過(guò)大時(shí)，輕則可能造成燒瓦、軸頸局部彎曲事故，重則會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)動(dòng)靜部分發(fā)生摩擦、碰撞，從而造成葉片折斷、大軸彎曲、隔板和葉輪破碎等惡性事故。汽輪機(jī)軸向位移設(shè)計(jì)報(bào)警限值、停機(jī)保護(hù)限值，越過(guò)停機(jī)限值時(shí)ETS動(dòng)作停機(jī)。

脹差：以機(jī)械零位為基準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子膨脹量與汽缸膨脹量的差值，因而又稱為相對(duì)膨脹，脹差=轉(zhuǎn)子膨脹量-汽缸膨脹量。熱膨脹通常是指汽輪機(jī)的膨脹量，因而又稱為絕對(duì)膨脹。汽輪機(jī)正脹差或者負(fù)脹差過(guò)大時(shí)，將導(dǎo)致汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙過(guò)小而發(fā)生動(dòng)靜摩擦甚至碰撞，加劇汽輪機(jī)振動(dòng)，甚至損壞轉(zhuǎn)子葉片或者汽缸隔板。汽輪機(jī)脹差設(shè)計(jì)報(bào)警、停機(jī)限值，但一般不設(shè)停機(jī)保護(hù)，脹差越過(guò)停機(jī)限值時(shí)，要求手動(dòng)打閘停機(jī)。

振動(dòng)：分為軸振動(dòng)和軸承振動(dòng)。軸承振動(dòng)用來(lái)測(cè)量汽輪機(jī)軸承的振動(dòng)量，因此又稱為絕對(duì)振動(dòng)，俗稱瓦振。軸承振動(dòng)可采用振動(dòng)速度和振動(dòng)位移兩種測(cè)量方法，同時(shí)水平、垂直兩種可選。軸振動(dòng)則是測(cè)量軸承振動(dòng)與大軸振動(dòng)之間的相對(duì)值，因此又稱為相對(duì)振動(dòng)，俗稱軸振。軸振動(dòng)也可采用速度和位移、水平和垂直多種測(cè)量方式。汽輪機(jī)振動(dòng)過(guò)大會(huì)發(fā)生軸封磨損、滑銷(xiāo)磨損、轉(zhuǎn)速部件疲勞強(qiáng)度降低等危害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生燒瓦、軸彎曲等惡性事故。

（二）ETS系統(tǒng)介紹

ETS（Emergency Trip system）汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：

直接、獨(dú)立、快速的原則：盡量減少各種中間環(huán)節(jié)和時(shí)間延遲，盡量避免轉(zhuǎn)接、擴(kuò)展和轉(zhuǎn)換。

獨(dú)立系統(tǒng)原則：一般應(yīng)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)計(jì)，必須保證即使調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障的時(shí)候，保護(hù)系統(tǒng)仍具有使汽輪機(jī)停止運(yùn)行的能力。

失電跳機(jī)原則：ETS系統(tǒng)應(yīng)具有獨(dú)立的供電系統(tǒng)，要求采用冗余的直流電源和交流電源供電，當(dāng)不能采用獨(dú)立電源時(shí)，或失電后保護(hù)邏輯不能被執(zhí)行時(shí)，則必須設(shè)計(jì)成失電跳機(jī)方式。

冗余配置原則：一套系統(tǒng)故障時(shí)，另一套仍然具有使汽輪機(jī)停止運(yùn)行的一切功能。

下面介紹我廠的保護(hù)系統(tǒng)：

保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量回路、判別裝置、轉(zhuǎn)換裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，檢測(cè)影響機(jī)組安全的重要參數(shù)對(duì)機(jī)組實(shí)行開(kāi)環(huán)控制。為了提高動(dòng)作的可靠性，不僅危急遮斷閥滑閥采用了雙重結(jié)構(gòu)，而且系統(tǒng)中還設(shè)有電磁遮斷閥，當(dāng)潤(rùn)滑油壓、真空、軸向位移等各項(xiàng)保護(hù)之一超過(guò)允許值時(shí)，均可通過(guò)電磁遮斷閥泄掉危急遮斷器滑閥油路的安全油，使自動(dòng)關(guān)閉器和調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)關(guān)閉，確保機(jī)組安全。

遮斷

從可靠性角度來(lái)考慮，保安系統(tǒng)設(shè)置有電氣，機(jī)械及手動(dòng)三種冗余的遮斷手段。

（1）電氣停機(jī)

實(shí)現(xiàn)該功能由復(fù)位遮斷閥組中遮斷電磁閥來(lái)完成。一旦接受電氣停機(jī)信號(hào)，遮斷電磁閥帶電動(dòng)作后，泄掉危急遮斷器滑閥下腔室油壓，使危急遮斷器滑閥掉閘，進(jìn)而泄掉調(diào)節(jié)系統(tǒng)保安油，快速關(guān)閉各主汽門(mén)、調(diào)節(jié)閥門(mén)，遮斷機(jī)組進(jìn)汽。

（2）機(jī)械超速保護(hù)

機(jī)械超速保護(hù)由雙通道的危急遮斷器，危急遮斷器杠桿及危急遮斷器滑閥組成。動(dòng)作轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的110%～111%（3300r/min～3330r/min）。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到危急遮斷器設(shè)定值時(shí)，和汽輪機(jī)主軸聯(lián)在一起的危急遮斷器的撞擊子在離心力的作用下?lián)舫觯驌粑＜闭跀嗥鞲軛U，使危急遮斷器滑閥掉閘，泄掉調(diào)節(jié)系統(tǒng)保安用油，快速關(guān)閉各調(diào)節(jié)閥、主汽閥，以便遮斷機(jī)組進(jìn)汽。

（3）手動(dòng)停機(jī)

系統(tǒng)在機(jī)頭設(shè)有手動(dòng)遮斷閥供緊急停機(jī)用。手打手動(dòng)遮斷閥按鈕，使危急遮斷器滑閥動(dòng)作，將保安油泄掉，快速關(guān)閉各進(jìn)汽閥，遮斷機(jī)組進(jìn)汽。

（4）潤(rùn)滑油壓低保護(hù)

系統(tǒng)設(shè)有低潤(rùn)滑油壓遮斷器，當(dāng)潤(rùn)滑油壓降到0.049MPa時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并啟動(dòng)交流潤(rùn)滑油泵；當(dāng)潤(rùn)滑油壓降到0.039MPa時(shí)，發(fā)出停機(jī)信號(hào)（三取二的邏輯）并啟動(dòng)直流事故油泵；當(dāng)潤(rùn)滑油壓降到0.029MPa時(shí)切斷盤(pán)車(chē)電源。

（5）低冷凝真空保護(hù)

系統(tǒng)設(shè)有低冷凝真空遮斷器，當(dāng)凝汽器絕對(duì)壓力升到0.05MPa時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)凝汽器絕對(duì)壓力升至0.055MPa時(shí)發(fā)出停機(jī)信號(hào)（三取二邏輯）。

危急遮斷器是汽輪機(jī)最重要的超速保護(hù)裝置，為了防止其卡澀應(yīng)經(jīng)常使之活動(dòng)，確認(rèn)其處于正常（可動(dòng)）狀態(tài)，系統(tǒng)設(shè)置了危急遮斷器試驗(yàn)閥組，供危急遮斷器作噴油試驗(yàn)和提升轉(zhuǎn)速試驗(yàn)用。

結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合山西平朔煤矸石電廠2×50MW是東方汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，論述了TSI和ETS保護(hù)系統(tǒng)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)后，嚴(yán)格做各項(xiàng)試驗(yàn)合格，降低了故障率，保障了生產(chǎn)的順利進(jìn)行，汽輪機(jī)在運(yùn)行期間，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)保護(hù)的認(rèn)識(shí)和促進(jìn)，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)組的整體運(yùn)行效果，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]裴海瑞 淺析汽輪機(jī)TSI保護(hù)控制系統(tǒng) [J]科技創(chuàng)新與應(yīng)用

[2]孫之斌 汽輪機(jī)的保護(hù)試驗(yàn)研究與應(yīng)用 [J]工業(yè)科技

作者簡(jiǎn)介：梁志錄（1983-），男，大專，畢業(yè)于山西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助理工程師，現(xiàn)在山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司從事運(yùn)行。