西门子超超临界汽轮机跳闸条件分析

西门子超超临界汽轮机跳闸条件分析谢尉扬(浙江浙能能源技术有限公司，杭州市，310052)摘要:西门子超超临界汽轮机结构独特、布置紧凑，机组启动速度快、运行平稳、效率高，但大量的汽轮机保护也增加了机组跳闸的概率。针对非常规的汽轮机跳闸保护条件，分析了跳闸产生的原因、可采取的措施以及可能引起的后果，提出了保留、修改和取消部分跳闸条件的建议，可为该类机组保护条件的设置提供一定参考。关键词:超超临界;汽轮机;跳闸保护;保护条件设置AnalysisofTripProtectionforSiemensUltra-supercriticalTurbineXIEWeiyang(ZhejiangEnergyTechnologyCo．，Ltd．，Hangzhou310052，China)ABSTRACT:Siemensultra-supercritical(USC)turbinehasthecharacteristicsofuniquestructure，compactarrangement，quickstart-up，stableoperation，highefficiencyandalotofprotectionthatincreasesthetripprobability．Accordingtotheunconventionaltripprotectionconditions，thispaperanalyzedprobablecause，adoptablemeasuresandpossibleconsequenceoftheturbinetrip，andsuggestedtoreserve，modifyanddeletesometripprotectionconditions，whichcouldprovidesomereferencesfortheunitsprotectionconditionssetting．KEYWORDS:ultra-supercritical;turbine;tripprotection;protectionconditionssetting中图分类号:TM614文献标志码:A文章编号:1000－7229(2012)06－0075－03doi:10.3969/j．issn.1000－7229.2012.06.019等，严重危及机组安全，汽轮机组直接跳闸;(2)发生严重设备安全故障，如汽轮机轴封或油挡冒火花、汽轮机内部有明显的金属撞击声、汽轮机发生水冲击、主蒸汽或再热蒸汽温度10min内突降50℃、机组周围着火、主机润滑油或发电机密封油大量喷泄等，紧急手动停机;(3)发生故障或运行参数接近控制限值，还不会立即造成严重后果，如汽轮机胀差接近限值、汽水品质恶化、油质恶化、油箱液位很低、密封油油氢差压无法维持、定子线圈温差或线圈出水温差超限等，采取措施后仍无法控制，应进行故障停机。引言0上海汽轮机有限公司引进德国西门子公司技术，在国内生产和投运了大量1000MW和660MW超超临界汽轮机组。西门子超超临界汽轮机主要技术特点有:单轴四缸四排汽;反动式机型;全周进汽+补汽阀调节;高压缸为单流向、内外缸，外缸为桶形、内缸为垂直中分结构;中压缸为双流向、内外缸、水平中分结构;2个低压缸均为双流向、三层缸体、水平中分结构;2个低压内缸及与中压缸的连接采用推拉杆方式;低压外缸与凝汽器刚性连接;落地式轴承，轴系采用单轴承N+1支承模式。这些特点决定了西门子超超临界汽轮机结构紧凑，启动应力低、胀差小、速度快，并且机组效率高、运行平稳、负荷适应能力强。2汽轮机跳闸保护西门子公司设置了大量的汽轮机直接跳闸保护，这些保护除满足有关标准要求外，还增加了大量汽轮机组常规保护中没有的内容，从而大大提高了汽轮机运行的安全性，但也增加了机组跳闸的概率，降低了机组运行的经济性。西门子公司设置的跳闸保护见表1。有些电厂根据实际情况以及对保护的理解，已经对部分保护进行了修改或删除。为便于对照，表1也列出了日立超超临界汽轮机、东芝超超临界汽轮机1汽轮机故障处理为保护超超临界汽轮机设备(包括发电机及励磁机)安全运行不受损坏，机组运行中发生故障需要停机时，一般按不同故障情况进行处理:(1)出现紧急故障，如汽轮机超速、润滑油压低、凝汽器压力高ElectricPowerConstructionVol.33，No.6，Jun．，201275发电技术电力建设2012年6月的跳闸保护条件，以及IEC60045－1:1991、JIS温度高(有些厂家称为“高压缸排汽温度高”)、主汽温度高。低压缸排汽温度高是为了保护汽轮机低压叶片，防止由于鼓风引起叶片高温而损坏，是汽轮机厂家设B8101:2003和DL/T892—2004标准的要求［1-3］。从表1可知，第1～13项是常规保护内容，其余各项为非常规保护内容，本文将对后者分类进行讨论。表1超超临界汽轮机跳闸保护置的常规保护，但在IEC60045－1:1991，JISB8101:Tab.1TripprotectionofUSCturbine2003和DL/T892—2004中未作直接跳闸要求。高压叶片温度高是防止机组甩负荷后且再热压力较高时出现的高温，保护汽轮机高压叶片以及汽缸。主汽温度高是防止温度过高引起主汽门、汽缸、叶片和转子等材料强度降低。由于温度的升高不是一个突变过程，不一定设置为自动跳闸保护。当发现温度超标后应立即采取措施，如果无法控制，可以手动紧急停机。3.2液位保护5项液位保护5项即为主油箱液位高、主油箱液位低、控制油箱液位低、凝汽器水位高、发电机检漏仪液位高。主油箱液位升高可能原因是油系统进水(如冷油器泄漏)。进水后，液位缓慢上升，导致润滑油乳化，从而降低润滑油的粘度，造成轴承润滑油油膜厚度减薄甚至破坏，可能会使轴承金属温度上升甚至烧瓦。由于液位上升有一个过程，润滑油的粘度也不会突然下降，当主油箱液位升高时运行人员已经在采取措施，故主油箱液位高不必设置自动跳闸。主油箱液位升高也可能是相连的其他油系统漏油过来所致，则更不必跳闸汽轮机。主油箱液位降低是油系统泄露造成的，如果是压力油系统泄漏(如法兰泄漏)，若泄漏量大，液位下降很快，并且现场也无法有效处理，应紧急停机。若泄漏量小，且能够处理，则无需停机。如果是非压力油系统泄漏，液位下降不会很快，有足够时间进行处理，也不必立即停机。对于主油箱液位低保护，为防止非因液位急速下降而跳闸汽轮机，可以增加一个液位下降速率判断信号。控制油箱液位低是由于油系统泄漏或蓄能器气囊破裂引起，控制油箱液位低并不直接影响汽轮机的安全运行，当油位低到控制油泵跳闸时，由于控制油压低，汽轮机也会自动跳闸，因而可以取消该保护。凝汽器水位信号取自热井液位，凝汽器水位高可能是热力系统回水或除盐水补充造成，这并不影响凝结水水质，而且由于凝汽器容积巨大，水位不会快速上升，这期间有充足的时间可以处理。对于汽轮机高位布置向下排汽，凝汽器布置在下方的，即使水位上升到淹没凝汽器冷却管，首先受影响的也是凝汽器背压，当背压不能维持时汽轮机也会自动跳闸。如果汽轮机低位布置轴向排汽，凝汽器也是轴向布置，为防3非常规汽轮机跳闸保护分析汽温保护3项汽温保护3项即为低压缸排汽温度高、高压叶片3.176ElectricPowerConstructionVol.33，No.6，Jun．，2012发电技术第33卷第6期谢尉扬:西门子超超临界汽轮机跳闸条件分析止末叶进水，凝汽器水位高跳闸有一定的合理性。凝汽器水位高也可能是由于循环冷却水大量泄漏造成，在线水质分析仪能及时发现，可以根据相应情况采取措施，如果需要故障停机处理，手动跳闸也来得及，因而可以取消凝汽器水位高跳闸信号。发电机检漏仪安装在发电机下方，是数个仅有几L容积的小容器，当容器中液体达到相应刻度时发出液位高信号，即使由于上部液体泄漏较快，液位快速上升到发电机定子底部，由于定子底部(包括出线端)有相当大的空间，也不致使发电机定子铁芯、线圈或转子马上损坏，运行人员有足够的时间进行故障处理，若无法处理可故障停机，因而发电机检漏仪液位高跳闸保护可以取消。3.3定冷水保护2项定冷水保护2项即为定冷水流量低和定冷水温度高。定冷水流量低的原因有调节阀故障、水泵故障、过滤器堵塞、线圈内部堵塞等，将引起定子线圈和铁芯的发热量无法及时带走，造成温度升高绝缘损坏，甚至线圈烧损，因而必须保护。但发热量与发电机负荷有直接关系，不根据温升情况直接跳闸过于保守，只要定冷水流量没有中断，都可以通过先减负荷来保证发电机安全，然后再查找原因进行处理。在IEC标准中，对由发电机或其辅助系统引起的跳闸，特别举例为定冷水失去，而不是定冷水流量低。在JIS标准中，对由发电机系统异常引起的跳闸，已经删除了定冷水失去跳闸的要求。建议修改该保护，可先根据定冷水流量或线圈温度来限制发电机负荷，而不是直接跳闸，只有在定冷水完全失去时才直接跳闸汽轮机。定冷水温度高就跳闸汽轮机过于谨慎，线圈进口的定冷水温度高一般是由于换热器一次冷却水侧流量不足、二次侧调节阀故障或冷却器结垢等原因引起，实际上真正对发电机安全有影响的是线圈层间温度和线圈出水温度，如果遇到这种情况，即使原因不清、无法及时处理也可以先通过减负荷来保证安全运行，不需要直接跳闸。3.4风温保护2项风温保护2项即为氢冷器出口氢温高和励磁机热风温度高。气侧温度高可能是由于冷却器的冷却水流量不足、内部积气、内部结垢等原因引起，这些原因不会引起气侧温度突升，运行人员有足够时间进行处理，在无法及时处理时也可以先减负荷来保证机组安全运行，不需要直接跳闸。3.5控制油压力高保护控制油压力高保护信号出现的可能原因包括油泵故障、泄压阀故障或压力测量回路故障，应先检查原因，或者切换油泵运行，不需要直接跳闸。3.6润滑油及控制油紧急停运按钮动作当发现油系统泄漏或火灾事故或油箱液位低时才动作，至于油系统泄漏及油箱液位低，应根据具体情况判断是否需要动作该按钮。润滑油紧急停运按钮动作后主油泵停运，直流润滑油泵自动启动，控制油紧急停运按钮动作后控制油泵停运，不管哪个按钮动作，汽轮机必须跳闸。4结语汽轮机跳闸保护设置的目的是为了保证汽轮机的安全运行，过多的保护虽然提高了机组运行的安全性，但也会增加汽轮机组跳闸的次数，降低机组运行的经济性。当故障发生时，如果来不及处理就要影响机组的安全性，则必须直接跳闸汽轮机。由于故障发生前已经有报警信号，如果运行人员采取措施后能够控制故障状态，并能保证机组安全运行的，则可以不用直接跳闸汽轮机。除常规的汽轮机跳闸保护外，西门子公司设置的许多非常规汽轮机跳闸保护可以取消或进行优化。运行人员加强运行监护，提高故障处理能力，可以保证汽轮发电机组的安全运行。参考文献5［1］IEC60045－1—1991Steamturbinespart1:specifications［S］．Geneva，Switzerland:IEC，1991．［2］JISB8101—2003蒸気タ－ビン一般仕様［S］．東京:日本規格協会，2003．［3］DL/T892—2004电站汽轮机技术条件［S］．北京:中国电力出版社，2005．［4］GB/T5578—2007固定式发电用汽轮机规范［S］．北京:中国电力出版社，2007．［5］DL/T332.2—2010塔式炉超临界机组运行导则第2部分:汽轮机运行导则［S］．北京:中国电力出版社，2011．［6］1000MW超超临界中间再热凝汽式蒸汽轮机说明书［R］．上海:上海汽轮机厂，2008．［7］N1000—25.0/600/600型汽轮机运行说明书［R］．四川德阳:东方汽轮机厂，2006．［8］CCLN1000—25/600/600型汽轮机运行说明书［R］．哈尔滨:哈尔滨汽轮机厂，2010．［9］DL5000—2000火力发电厂设计技术规程［S］．北京:中国电力出版社，2001．［10］GB50660—2011大中型火力发电厂设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2011．［11］华洪．西门子1000MW超超临界汽轮机的技术特点［J］．上海电力，2005，