淺談艦船汽輪機組的保護系統設計

摘 要：作為艦船動力裝置的的關鍵設備，汽輪機組的安全運行既是艦船安全的重要保障，也是艦船動力裝置性能的重要體現。文章對艦船汽輪機組的本地保護系統的設計進行了簡單介紹，并對遠程保護系統的設計以及實施做了具體詳細的闡述。

關鍵詞：艦船動力裝置；汽輪機組；保護系統設計

1 艦船汽輪機組的本地保護系統

艦船汽輪機組作為艦船裝備的關鍵設備，在設計時已經充分考慮到本地保護系統的需求。由于汽輪機組運行的特殊性，保護系統設計、實施也就非常的繁雜。其中主要的是危急遮斷系統（ETS）。從廣義上來說，ETS系統包括了艦船汽輪機組的所有保護套件，例如機械危急遮斷系統、熱工監視保護裝置以及現場檢測、執行機構等，涵蓋了諸如危急遮斷器、電氣柜以及主氣閥、緊急停機電磁閥等汽輪機組的重要部件，對汽輪超速、真空低、油壓低、軸向位移大、機組振動大、差脹大等十幾個關系汽輪安全運行的項目、指標進行監測。

艦船汽輪機組ETS系統設計的原則主要有四個：一是簡潔、直接、快速的原則。在設計時要盡量減少各種中間環節和時間延誤，避免不必要的轉接、擴展和轉換；二是獨立系統的原則。ETS在設計時應該與汽輪機組的運行調節系統分開，避免由于調節系統的動作導致保護系統誤動作，避免調節系統的故障影響到保護系統的運行；同時，保護系統盡量使用獨立的供電系統，采用冗余直流電或者交流電源供電；三是失電跳機原則。在不能保證獨立電源供電或者失電后保護邏輯不能被執行的情況下，保護系統一定要設計成為失電跳機的方式，同時系統中要具有在線電源監視以及在線報警功能；四是冗余配置的原則。在設計是要充分考慮當一套系統故障時，另一套仍然具有關鍵的保護功能，當一套系統進行維護、更換時，不會對汽輪機組的安全運行產生任何影響。

2 艦船汽輪機組的遠程保護系統

2.1 遠程保護系統與本地保護系統的銜接

艦船汽輪機組本地保護系統的基本原理是依據彈簧力和油壓力平衡來打開或者關閉速關閥，主要的機電部件包括就地保安器（相當于危機遮斷系統）、保安器錯油門、速關閥（制動）、油管路等。在進行遠程保護系統的設計時，可以考慮在保安器錯油門與速關閥之間的管線上增設電動執行機構（電磁閥）和回油管路，在機組管路上增裝轉速測量傳感器和滑油壓力傳感器，系統設計啟動的基本步驟如下：發生緊急情況→保護裝置內部邏輯電路判斷→遠程控制電磁閥打開→主汽門的油直接回油箱→速關閥活塞油壓降為0→速關閥關閉。

2.2 遠程保護系統的原理

在新增的遠程保護內容中，最主要的是超速保護和滑油壓力低保護。當汽輪機的轉速超過額定的8%時，汽輪機轉子可能會發生松動，從而引發嚴重的汽輪機飛車事故，遠程超速保護的作用就是當超速超過一定限度時，對汽輪機實施緊急停機操作。而當機組滑油系統的壓力降至規定的極限低位時，會使得軸承滑油溫度迅速升高，導致機組軸承故障，滑油壓力低保護可以設置一定的滑油壓力值，當汽輪機組滑油系統的值低于設定值時，保護動作啟動，關停汽輪機組。

2.3 遠程保護系統的組成

遠程保護系統主要由保護裝置、測量傳感器、電磁閥以及管路附件組成。安裝在管路上的測量傳感器主要用來檢測滑油壓力和汽輪機轉速，考慮到冗余配置的需要，至少要安裝三路轉速傳感器和滑油壓力傳感器。保護電磁閥是汽輪機保護系統的關鍵設備，電磁閥質量的好壞直接決定了保護系統啟動、關停的準確性，對汽輪機組的安全運行起到重要的保護作用。

保護裝置是遠程保護系統的核心部件。其作用主要是當測量傳感器檢測到運行參數超過設定值時，通過內部的功能插件進行處理和判斷，并通過輸出保護信息指揮管路上電磁閥動作。保護裝置內部的部件主要有：三通道邏輯判斷插件（具有參數采集功能）、三通道電源插件、報警符合插件以及繼電器、濾波器等。在保護裝置的前面板上，設置了一些電源開關、報警指示燈等，后面板則主要安裝一些信號傳遞、電源連接件。

2.4 遠程保護裝置的設計

保護裝置在汽輪機組的遠程保護系統中起著關鍵性的作用：一是報警功能，前面板的燈光和蜂鳴器是主要的報警部件；二是保護動作信號輸出功能，控制電磁閥的保護動作執行；三是遠程遙控和自動控制功能；四是與保護系統其它設備的通信功能。在進行保護裝置的設計時要注意幾點：（1）要選擇性能可靠、安裝使用方便、接觸優良的軍用繼電器，繼電器在保護系統中起著關鍵的聯接和傳送作用；（2）要選擇性能強大、功耗低、適合在高溫環境使用的微處理器；（3）選用抗干擾能力非常強的軍用數字邏輯器件；（4）采用由精密線繞電阻和優質金屬膜制造的低噪音電阻器；（5）采用的系統軟件應設有自檢功能，采用先進編碼技術提高串口通信的可靠性，保證信號接收的準確、完整、無誤。同時也要注意軟件的抗干擾能力，避免艦船機密數據從系統泄露。

2.5 遠程保護系統的可靠性設計

可靠性工程管理是艦船裝備管理的一個重要方面，在進行汽輪機組的遠程保護系統設計時，一定要做好可靠性的設計。可靠性工程中有幾項非常典型的技術，例如降額技術、冗余技術、潛在通路分析技術等，其中在遠程保護系統設計中要特別注意以下四點：一是冗余設計，至少要設計三路或以上的測量傳感器、邏輯判斷插件、冗余直流電源以及兩路報警邏輯仲裁并聯供電電路；二是信號通路和電氣設備的獨立原則。保護系統的保護參數設置、輸入信號、信號邏輯處理、保護動作輸出以及供電電源均應采用獨立的通路，避免任一單路故障影響其他通路的保護動作執行，在電氣設備的隔離上，各冗余通道的參數通道、邏輯判斷插件等在電氣上相互隔離、輸入/輸出電源相互獨立，不存在公共端，避免相互之間的影響；三是多級局部仲裁技術。首先是三個邏輯插件分別對保護參數進行局部仲裁，結果再送至報警仲裁插件仲裁處理，處理結果再經過繼電器插件進行邏輯仲裁才輸出報警信號，通過多次局部仲裁，有效提高信號處理、定值比較的可靠性，提升保護動作的精準率。

3 結束語

保護系統是艦船汽輪機組安全運行的可靠保障，保護系統必須要最大限度的消除可能出線的誤動作并杜絕可能出現的拒動作，在做好本地保護系統的設計同時，做好遠程保護系統的規劃與設計，能夠在緊急情況下或是本地保護系統失靈的情況下，通過控制室內的保護裝置進行遙控操作，進一步提升整個艦船汽輪機組運行的安全性和可靠性。

參考文獻

[1]趙利永，姜建強，王鋒.淺議汽輪機組的振動故障和處理、保護措施[J].機電信息，2013，18.

[2]程曉海.汽輪機調節保護系統.卷宗，2013年 第7期

[3]周蓉，黃志斌.淺談提高艦船裝備可靠性的幾點思路[J].船電技術，2012，2.