北重330MW汽轮机“机械危急遮断系统”改造探讨

164中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集中国•海南北重330MW汽轮机“机械危急遮断系统”改造探讨陈忠，杨自强，李亚军（国电宁夏石嘴山发电有限责任公司，宁夏回族自治区石嘴山市753202)BZD330MWTURBINE“THEMECHANICALEMERGENCYTRIPPINGSYSTEM”RECONSTRUCTIONCHENZhong,YANGZi-qiang，LIYa-jun（GDNingxiaShiZui-shanpowerCO.,Ltd，Shizuishan753202，NingxiaHuiAutonomousRegion，China）ABSTRACT:ThistopicisaboutasimpledepictiononthedevelopmentandthefunctionofTheTurbineemergencytrippingsystem,andanalysesthequestionsofthe3Unitsmechanicalemergencytrippingsystemandtheelectricaloverspeedprotectionsystemwhichhavebeenusedinourcompany,andmakesategenetationsuggestiononit.Allaboveismakesurethatthestuffsystemcouldbesimplifiedimmenselyandbeusedsafely.KEYWORDS：turbine；themechanicalemergencytrippingsystem；theelectricalemergencytrippingsystemoverspeed摘要：本文对汽轮机危急遮断系统的发展及其功能进行了简述，并针对公司已投产3台汽轮机组的机械式危急遮断系统存在的问题和对电气超速保护系统进行了分析，对“机械危急遮断系统”提出了改造建议，最终以实现最大限度的简化机组系统及保证机组的安全稳定运行。关键词：汽轮机；机械危急遮断系统；电气危急遮断系统；超速1概述国电宁夏石嘴山发电有限责任公司为国家命名的“首批燃煤示范电厂”，四台330MW汽轮机均为北京汽轮电机有限责任公司引进法国ALSTOM公司技术生产。汽轮机的调节系统采用上海新华电站控制有限公司引进美国西屋公司技术的DEH－ⅢA型电液调节系统，由独立的抗燃油系统提供动力油，DEH转速控制精度在±1r/min，负荷控制精度在±1.5MW，系统迟缓率＜0.06％，转速不等率4%，转速最大超调量（甩额定负荷时）＜7％n0（3210rpm），该汽轮机设计为任何工况下均采用中压缸启动方式。#1、＃2、＃3机组已于02、03年投产发电，＃4机组于04年5月投产。本汽轮机在防超速方面设置了机械超速保护系统及电气超速保护装置系统，由于北重在引进法国ALSTOM公司技术生产的原330MW汽轮机在防超速的设置上只有电气超速保护装置系统，机械超速保护装置系统为制造时加装，以至于我公司目前三台机组从调试、试生产运行以来，曾出现撞击子提前飞出信号发出，机组跳闸后不能及时复位等问题，致使喷油试验一直未能正常进行，特别是04年2月26日＃3机组在满负荷运行中机械危急遮断保护装置故障突然跳闸的事故，对机组的稳定性构成了较大的威胁；鉴于此，有必要对汽机超速保护系统进行分析研究，从而对其进行改造（或取消）进行探讨和研究，以确保机组安全、稳定、经济运行。2汽轮机危急遮断装置系统的发展历史及现状汽轮机超速事故是汽轮发电机组设备破坏性最大的事故，超速事故的发生往往会产生毁灭性的后果，为此所有的汽轮机均设置了超速保护装置，在《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》里对机组的各种超速保护要求均应正常投入运行，超速保护不能可靠动作时，禁止机组启动和运行。汽轮机超速保护的设置经历了传统机械式危急遮断装置、机械式危急遮断装置与采用DEH高压抗燃油技术的电气超速保护装置并存以及完全采用电气超速保护三个阶段。2.1传统机械式危急遮断装置（即未采用DEH高压抗燃油技术的机组超速保护装置中国•海南中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集165自从汽轮机问世以来，机械危急遮断装置就成了防止汽轮机超速的最重要也是最后一道关口设备，传统机械式危急遮断装置是以润滑油为工质的机械式超速保护装置，其结构为两套(或一套)，它是由危急遮断器、危急遮断杠杆和危急遮断油门组成，其中危急遮断器直接与大轴相连接，由撞击子、弹簧、调整螺母等部件组成（参见图1）。撞击子是一个偏心重块，汽轮机正常运转时，压在撞击子上的弹簧力大于撞击子的离心力，撞击子不会飞出。当汽轮机转速升高超过110％－112％n0（3300－3360rpm）时，离心力大于弹簧力，撞击子迅速向外飞出，撞击危急遮断器杠杆或危急遮断滑阀挂钩，使危急遮断器滑阀动作，泄掉安全油压，使主汽门、调门快速关闭，保护机组在安全转速内停机。由于机械超速遮断装置的存在，使众多的汽轮发电机组避免了灭顶之灾,此套超速保护装置确实为汽轮机的安全运行起到过重要的作用。由于超速试验时转速较高，汽轮机转子特别是叶片的离心应力大大高于正常运行时的应力，由于机组的金属强度关系，超速试验一般不宜多做，所以设置了危急保安器的喷油试验装置（参见图1），在机组额定转速的情况下向危急保安器内充油，检查校验其活动情况，以防止其锈死或卡涩而不能正常动作。P隔离电磁阀泄油前轴承箱主润滑油泵出口母管来隔膜阀泄油至EH油箱隔膜阀上部油压表危急遮断油门危急遮断器飞锤安全油机头手动停机按钮图1：公司机械式危急遮断器保安系统试验电磁阀复位电磁阀泄油复位油EH油安全油路(AST母管）来泄油节流孔板2.2机械式危急遮断装置与采用DEH高压抗燃油技术的电气危急遮断装置并存的时代随着计算机工业化及网络、控制技术的发展速度加快，同时为进一步保证汽轮发电机组安全可靠的运行，对汽轮机的调节保安系统提出了更高的要求，随着DEH及DCS等控制系统的逐渐应用，进入了机械式危急遮断装置与采用DEH高压抗燃油技术的电气超速保护装置并存的时代。电气危急遮断系统的作用主要是当汽机一些重要的运行参数，如汽机超速、推力轴承磨损、润滑油压过低、凝汽器真空过低时，该系统就送出紧急跳闸信号关闭汽轮机所有主汽门、调门，确保机组安全停运。危急遮断系统的主要执行元件由一个带有四只自动停机遮断电磁阀（AST）和二只超速保护控制阀（OPC）的危急遮断控制块、隔膜阀和几只压力开关等所组成（参见图2）。（1）四只电磁阀（AST）：在正常运行时，它们是被通电励磁关闭，从而封闭了自动停机危急遮断（AST）母管上的抗燃油泄油通道，使所有蒸汽阀执行机构活塞下腔的油压能够建立起来；当电磁阀失电打开，则AST安全油压管泄油，导致所有主汽门、调门关闭而使汽机停机。AST电磁阀是组成串并联布置，这样就有多重的保护性及可靠性，四只AST电磁阀中任意一只损坏或拒动作均不会引起误停机事故的发生，同时四只AST电磁阀中任意一只损坏或拒动作也不会影响到危急遮断系统的紧急停机。166中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集中国•海南（2）二只电磁阀（OPC）：OPC电磁阀是超速保护控制电磁阀，它们是受DEH控制器的OPC部分所控制。正常运行时，这二个电磁阀是不带电常闭的，封闭了OPC总管安全油压的泄放通道，使调节汽阀的执行机构活塞下腔能够建立起油压，一旦OPC控制板动作，例如转速达103％额定转速时，该二个电磁阀就被励磁（通电）打开，使OPC母管油压泄放，这样相应执行机构上的卸荷阀就快速开启，使调节汽阀迅速关闭。（3）隔膜阀：它联接着润滑油（低压安全油）系统与EH油（高压安全油）系统，当汽轮机正常运行时，润滑系统的透平油通入阀盖内隔膜上面的腔室中，克服了弹簧力，使阀保持在关闭位置，堵住EH危急遮断油母管通向回油的通道，使EH系统投入工作。当机械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，均能使透平油油压力降低或消失，因而使压缩弹簧打开隔膜阀阀门把EH危急遮断油排到回油管，AST安全油迅速失压将关闭所有的进汽阀。EH供油母管至各主汽门图2：公司电气式危急遮断装置系统及机械危急遮断系统AST1节流孔板AST2AST3AST4OPC1OPC2节流孔板至各调门隔膜阀泄油至EH油箱AST安全油母管机械危急遮断装置润滑油系统ETSETSETSETSETSETS此阶段因电气危急遮断系统还处于发展阶段，其在可信度、可靠性方面还尚有质疑，因此许多机组仍保留一套或二套机械式超速保护装置。2.3进入电气危急遮断系统的新时代随着DEH系统大面积推广应用和DCS等控制系统的不断完善和优化，使机组的调节和保护功能更加完善和可靠，致使机械危急遮断装置基本上成了多余的部件，同时由于机械危急遮断保护系统带来的诸多问题（如危急遮断器飞锤卡涩不能正常出击、危急遮断器滑阀不能正常远方挂闸，危急遮断器飞锤间隙调整不当会使机组在运行中跳闸等等），鉴于如上考虑，众多国外汽轮机制造厂都在考虑如何简化调节保安系统，使汽轮机控制系统更简捷更可靠。在欧洲的西门子和阿尔斯通等公司早已在十几年前便全面淘汰了机械危急遮断装置，取而代之为电气危急遮断系统，这样做的结果最大程度的简化了系统，提高了控制系统的运行效率和机组安全性，同时由于设备部件的减少，还可以大量节约财力、节省检修时间、减少检修维护量；上述汽轮机制造厂制造的汽轮机在这种结构系统下运行十几年至今也尚未见到有关保安系统故障的报道。国内在90年代末期整套引进的法国阿尔斯通的汽轮机组在国内投产的如内蒙达拉特电厂、准格尔电厂及台州电厂等均未采用机械危急遮断装置，至今调节保安系统运行正常，另外山东黄台电厂、日照电厂在进行调速系统改造时也取消了机械危急遮断装置。电气危急遮断装置在控制方面增加了对转速讯号采用三选二逻辑控制的“超速限制单元”OPC，即当转速达到103％时，自动关闭调节气门，维持机组在额定转速下运行；在保护方面还增加“电气超速保护系统”其逻辑为三选二，当机组转速中国•海南中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集167超过预设值（动作转速一般为110％）时，自动关闭主汽门和调门。从多年来国内外的运行实践表明，DEH及DCS控制系统的精确性是很高的，安全性是可靠的，其优越性已与日俱增，代表着电气危急遮断系统的时代已全面来临。3机械危急遮断装置改造（取消）的必要性和可行性3.1我公司机械危急遮断装置改造的必要性机械式保安系统自问世以来，由于其系统较为复杂而且对工作油的油质要求较高等原因影响，也存在致命的运行安全问题，如有的危急遮断器飞锤卡涩不能正常出击、危急遮断器滑阀不能正常远方挂闸，危急遮断器飞锤间隙调整不当会使机组在运行中跳闸等等，降低了机组稳定运行的安全系数。同时机械超速遮断装置在机组大修后和机组运行期间，均要定期做注油试验和超速试验，必要时还要停机进行调整和再次试验，因为这套装置的存在，使故障时原因也异常难寻，系统复杂，造成人力、物力的极大浪费。我公司目前在汽机超速保护系统上采用机械超速与电气超速保护并存，把机械危急遮断装置做为机组防超速的一种后备手段，公司＃1、＃2、＃3机组自调试投产以来，这套装置一直运用的不是很好，由于本套装置存在问题，致使喷油试验一直不能正常或很好的进行，＃1机组转速在2850rpm时“撞击子信号”一直提前发出；＃2机组在进行喷油试验时又由于“撞击子信号”不能发出而不能确定飞锤动作是否正常；另外在多次机组复位挂闸过程中，由于机械超速保护装置的问题都不能按时挂闸，同时其相应接头、电磁阀处出现漏油现象；特别是04年2月26日＃3机组在额定工况运行中突然跳闸，后经停机检查为危急遮断滑阀松动脱落，飞锤破碎，由于处理此问题需要对汽机前轴承箱揭盖，处理起来又费时较久，此套系统的设置已成为机组安全稳定运行的一个隐患。3.2电气超速保护系统的可靠性我公司汽轮