小型熱電站汽輪機保護系統的改造

顏 俊

中藍連海設計研究院，江蘇連云港 222000

從理論上來說，汽輪機是一種能夠在排氣或中間抽氣過程中將蒸汽能力轉換為機械功能的旋轉式動力機械。它是熱電站進行供熱與發電的最關鍵組成裝置之一，其運行系統的安全性能將直接關系著整個熱電站能夠穩定持續的對經濟社會中各種生產生活對電、熱的需求進行補充與滿足。在當前劇烈市場競爭的沖擊下，各熱電站尤其是小規模的熱電站為在行業競爭中謀求發展，都開始了對汽輪機自動化裝置性能的探索。在此過程中汽輪機運行的安全性問題同樣不容忽視，在整個汽輪機裝置中添加保護系統裝置，并不斷對其進行改進與完善已顯得勢在必行。具體而言，可以從以下幾點加以分析。

1 熱電站汽輪機保護系統的作用分析

大量的實踐研究結果表明，在小型熱電站處于正常作業狀態的基礎上，添加有保護系統的汽輪機能夠給予發電發熱各環節工作相應的保護，及時發現系統故障問題并反饋給系統作業人員。很明顯，這種保護系統所提供的安全性防護較傳統的單一汽輪機運行系統而言要高得多。具體而言，主要體現在以下兩個方面。

1）當汽輪機運行參數發生改變時，保護系統能夠通過實時數據與程序預設數據之間差異及時作出停機動作；

2）當汽輪機停機后，相關人員可以根據保護系統在衡量數據狀態時表現出的動作特征，準確判定引發汽輪機故障的具體位置。

2 汽輪機保護系統在小型熱電站實際應用中存在的不足

1）理論性不足。一般而言，在較大規模的火力發電廠中，汽輪機保護系統的設計往往比較先進，保護系統在為整個運行裝置提供安全性保障的同時，兼有微機打印、監視等輔助功能。這使得當汽輪機發生故障時，保護系統不僅能夠及時反映并作出故障停機工作，還可以利用系統儲存的狀態檢測表，及時且準確的判斷故障位置與故障程度。然而，小型熱電站在裝機容量上無法與大規模發電廠相提并論，諸多輔助監視功能并不能有效應用，保護系統所追求的是安全性與經濟性的平衡發展，因而其系統在程序、結構以及功能方面的設計都顯得比較簡單；

2）實例分析。當前大部分小型熱電站的汽輪機保護系統往往只能實現對運行裝置的緊急停機功能，有關故障位置查找與故障程度確認的系統功能并沒有設計在內。以小型熱電站中的廣泛使用的凝汽式機組為例，當汽輪機處于正常運行狀態，聯鎖開關處于聯鎖位置時，系統運行產生的較小潤滑油壓會使線路開關閉合，此時若運行線圈得電，并聯線路中的各個常開觸點會自動閉合，進而引發磁力斷路油門作出機制動作，使整個汽輪機達到停機要求，生成相應的報警信號并傳遞到人機交互界面上。

但是，在汽輪機停機之后，系統所反映出的參數數值會沿軸線發生位移，凝氣器機組的真空程度也會同時下降到其動作值。此時開關同時閉合，與開關串聯的相應線圈會同時得電，系統剩余開關能夠同時且自動閉合，保護系統會在此狀態下作警報動作。與此同時停機所產生的潤滑油壓會使發電機組自動跳閘，主汽門也會在同一時刻作出報警動作。這使得相關運行人員在諸多報警信號當中無法對真正故障發生點進行準確的判斷，誤判、誤動現象時有發生，給凝氣式機組的正常運行帶來阻礙。

3 汽輪機保護系統在小型熱電站應用中的具體改造措施

針對上述有關問題的提出，經分析發現保護系統失效的最關鍵原因在于缺少一個信號繼電器裝置。將這種裝置安裝在汽輪機主汽門的閉合線路中，保護系統對汽輪機的安全保障性能就能夠得到提升。其基本操作思路如下。

首先，當凝汽器的真空程度下降到一定的壓強含量時，各并聯線圈與觸動開關之間的機動動作會發生改變。利用信號繼電器可以在停機與閉合動作間加入掉牌動作，使線圈得電狀態并不會導致全體開關發生閉合動作；

其次，當整個機組停機后，系統參數數值會在潤滑油壓的作用下發生軸向位移，使潤滑油壓有所降低。此時系統各個線圈可能存在并反映出以下三種狀態，即：自保、報警與閉合。而受故障干擾發生誤動的線圈會在回路電流值無法通過信號繼電器裝置掉牌動作值的影響下，免于作出誤動動作；

最后，這種添加有信號繼電器的保護系統能夠確保汽輪機發出的所有動作均是實際存在的。運行人員只需要對信號繼電器的各種動作情況與規律進行把握，就能夠及時掌握系統運行中的故障位置，為熱電站盡快恢復運行狀態創造必要條件。

4 結論

大量的實踐研究結果表明，這種依靠添加信號繼電器保護裝置對汽輪機保護系統進行改造的方法在熱電站，尤其是小型熱電站實際運行中起到的作用是十分巨大的。它不僅減少了汽輪機出現故障的次數，同時也大大節約了汽輪機出現故障后的停機維修時間，與此同時它還是化工生產行業實行節能減耗與可持續發展的重要標志，值得相關工作人員不斷對其進行研究與創新。

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