某電廠汽輪機超速保護改造探析

孫永再

（山西漳澤電力股份有限公司河津發電分公司，山西運城043300）

某電廠汽輪機超速保護改造探析

孫永再

（山西漳澤電力股份有限公司河津發電分公司，山西運城043300）

通過汽輪機設備概況介紹，了解發電廠汽輪機簡單的工作原理，并著重分析了超速保護動作原理，對引進型汽輪機超速保護裝置的改造進行了闡述，從OPC超速保護改造、OPC原液壓回路、改造后OPC控制回路、電超速保護原控制回路和液壓回路及其改造后情況等方面對超速保護裝置控制回路、液壓回路改造過程進行了詳細介紹，這對使用三菱公司生產的汽輪機因長期運行、磨損過度、閥門調節品質下降等超速保護的國內同行有著重要的借鑒意義。

汽輪機；超速保護；機械超速；電超速保護

超速保護是汽輪機一項重要的保護，超速保護的可靠運行對汽輪機安全運行而言至關重要。汽輪機超速保護包括OPC超速保護、電超速保護、機械超速保護。

某電廠汽輪機為三菱公司生產，汽輪機進汽閥門油動機因長期運行，磨損過度，閥門調節品質下降，嚴重影響了汽輪機安全、經濟運行。為了徹底解決汽輪機進汽閥門隱患，決定改造汽輪機油系統，對汽輪機進汽閥門的油動機進行改進，將原低壓透平油系統改造為高壓抗燃油和低壓潤滑油共存系統。為了適應油系統改造和DCS控制系統改造，需對汽輪機超速保護裝置改造進行相應的改造。

1 設備概況

1.1 汽輪機

汽輪機采用亞臨界、一次中間再熱、反動式、單軸雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，型號為TC2F-35.4″。汽輪機共有10個閥門，分別是2個高壓主汽門（MSV）、4個高壓調汽門（GV）、2個中壓主汽門（RSV）、2個中壓調汽門（ICV）。配有4臺電液轉換器，2臺高壓主汽門共用1臺，#1、#3高壓調汽門共用1臺，#2、#4高壓調汽門共用1臺，2臺中壓調汽門共用1臺。中壓主汽門為兩位開關型閥門。

1.2 汽輪機供油系統

供油系統分為2個系統：高壓油系統用于操作閥門伺服機構和控制裝置、潤滑油系統用于軸承及盤車裝置的潤滑。本次改造僅更換高壓油系統，低壓潤滑油保持不變。正常運行時，由主油泵供油，主油泵安裝在汽輪機大軸的前端。在主油箱的上部設有AOP、TOP、EOP，以滿足啟動、停機或緊急情況下的用油。油系統除供主機用油外，還供給小機油系統和發電機密封油系統用油。油系統全部采用T32型SHELL油。

2 超速保護動作機理

2.1 OPC超速保護

OPC超速保護（Over speed Protect Controller）是一種抑制發電機組超速的保護控制，可在汽輪機出現超速時，關閉所有調節汽門，防止汽輪機轉速進一步升高。OPC主要功能為：當汽輪機OPC控制回路達到OPC動作條件時，OPC電磁閥動作關閉所有調節汽門，汽輪機轉速恢復到3 000 rpm后，重新開啟調節汽門維持汽輪機轉速在3 000 rpm運行。

2.2 電超速保護

電超速保護（Electric Overspeed Protection System）是現代汽輪機必備超速保護之一，一般由硬卡件實現。

3路轉速信號進入轉速控制卡，當汽輪機轉速達到電超速動作轉速時，3路電超速動作信號三取二，驅動跳閘電磁閥動作，泄掉油系統相應油路，使汽輪機保護停機。電超速動作轉速一般為111%額定轉速。

2.3 機械超速保護

機械超速保護由危急遮斷器實現，危急遮斷器的傳感器一般為飛錘，少數采用飛環。飛錘安裝于轉子延伸軸的橫向孔中，其重心與轉子的幾何中心偏置，通過壓緊彈簧，將飛錘緊壓在橫向小孔中，利用彈簧約束力和飛錘離心力平衡的原理來設計動作轉速。當汽輪機轉速達到機械超速動作轉速，飛錘克服彈簧約束力從小孔飛出，撞擊危急遮斷器脫扣扳機，危急遮斷器滑閥動作，泄掉油系統相應油路，使汽輪機保護停機。機械超速保護動作值一般為110±1%額定轉速。

3 汽輪機超速保護改造

汽輪機3項超速保護、機械超速保護裝置安裝于低壓安全油系統，因低壓安全油系統維持原狀，機械超速保護裝置不需要更新，OPC超速保護和電超速保護需進行適度改造。

3.1OPC超速保護改造

3.1.1 OPC原控制回路

OPC控制回路動作過程為：當汽輪機與發電機功率不平衡值與汽輪機轉速值之和（二者已轉化為同一量綱）達到107%額定轉速時，高、中壓調汽門的OPC電磁閥動作，泄掉高、中壓調汽門的控制油，高、中壓調汽門快速關閉，延時1 s后，OPC電磁閥復位，重新打開高、中壓調汽門以恢復機組負荷。在OPC控制回路中，以發電機電流表征發電機有功功率、中壓缸入口蒸汽壓力表征汽輪機輸出功率，將汽輪機輸出功率與發電機有功功率相比較后計算出功率不平衡值△N.

OPC動作可分為3種情況：①汽輪機和發電機不平衡功率小于30%時，OPC在汽輪機轉速大于107%額定轉速時發出動作信號。②汽輪機和發電機不平衡功率處于30%～60%時，OPC動作轉速計算公式為：－7%/30%×△N＋114%，當汽輪機轉速大于公式計算出的OPC動作轉速時，OPC動作。③汽輪機和發電機不平衡功率大于60%時，OPC在汽輪機轉速大于100%額定轉速時動作。

OPC控制功能由三菱專用OPC卡件來實現，OPC卡件為三重冗余設置，3路轉速信號、發電機電流信號、中壓缸入口汽壓信號分別輸入到3塊OPC卡件中進行邏輯判斷，3個OPC卡件的輸出信號進行“三取二”判斷后，經繼電器輸出到汽機保護柜，再由汽機保護柜驅動OPC電磁閥，泄掉高、中壓調汽門控制油，快速關閉相關閥門。

3.1.2 OPC原液壓回路

OPC電磁閥安裝在電液轉換器出口控制油管道上，共有4個電磁閥，其中高壓調汽門2個，1個控制#1、#3高壓調汽門，1個控制#2、#4高壓調汽門；中壓調汽門2個，分別控制左右側中壓調汽門。電磁閥為常閉電磁閥，帶電打開，泄掉相應閥門控制油。

3.1.3 改造后OPC控制回路

因DCS系統改造為艾默生OVATION系統，沒有專用OPC卡件，OPC功能只能由控制邏輯運算實現。OPC控制回路動作情況分為3種情況：①當汽輪機轉速大于103%額定轉速時；②當機組負荷大于30%額定負荷并且52G開關斷開時；③功率不平衡保護（PLU）動作，即汽輪機負荷大于發電機負荷一定值時。

以上情況發生時，OPC電磁閥激勵，打開OPC總管的泄油通道，使OPC總管泄掉安全油，快速卸荷閥隨后打開泄掉所有調汽門油動機的動力油，使所有調汽門關閉。

3.1.4 改造后的OPC液壓回路

OPC電磁閥安裝在高壓遮斷模塊上，設有2個電磁閥，并聯布置，冗余設計，確保OPC功能動作可靠。電磁閥為常閉電磁閥，帶電打開，泄掉OPC安全油。

3.2 電超速保護改造

3.2.1 電超速保護原控制回路和液壓回路

電超速保護控制功能與OPC類似，亦由三菱公司專用硬卡件實現。系統配置3塊轉速卡，3路轉速信號分別送到3塊轉速卡中進行判斷，當汽輪機轉速大于111%額定轉速時，3塊轉速卡送出3個“電超速動作”信號，通過中間繼電器送至汽機保護柜進行“三取二”邏輯判斷后驅動電磁閥動作。電磁閥設置有2個，一個是汽機跳閘電磁閥，為常閉電磁閥，帶電打開，安裝于汽輪機安全油系統，可用試驗滑閥隔離開來，用于保護試驗；一個是汽機電超速跳閘電磁閥，為常開電磁閥，正常運行時帶電關閉，保護動作時失電打開，安裝于汽輪機安全油系統，不能用試驗滑閥隔離，在保護試驗期間承擔保護作用。電超速保護動作后，2個電磁閥均動作，汽機跳閘電磁閥帶電打開，汽機電超速跳閘電磁閥失電打開，泄掉汽輪機安全油，實現保護停機。

3.2.2 改造后的控制回路和液壓回路

改造后電超速保護回路控制原理基本沒有改變，采用3塊艾默生公司轉速卡實現超速控制及保護功能，3塊轉速卡分別檢測3路轉速信號，當汽輪機轉速達到電超速保護動作值后，送出3個電超速保護動作信號，這些信號經過繼電器回路三取二判斷后送出停機信號到DEH繼電器回路，使高壓遮斷模塊上AST（Autmatic Shift Trip）電磁閥失電動作，實現緊急停機。在DEH控制回路中，也有超速保護功能，當汽輪機轉速升高到電超速動作值時，發出停機信號使AST電磁閥動作，起到超速保護作用，只是速度比硬件要慢一些。

AST電磁閥設置有4個，為“兩或一與”設計，與OPC電磁閥一起安裝在高壓遮斷模塊上，電磁閥正常運行中帶電關閉，封閉了自動停機危急遮斷總管中抗燃油的泄油通道，使所有閥門執行機構活塞下的油壓建立起來。電超速保護動作后，AST電磁閥失電打開，則AST總管泄油，導致所有閥門關閉汽輪機停機。

4 結束語

汽輪機OPC超速保護改造取消硬件控制卡件，減少中間環節，提升了控制回路動作的可靠性。當前DCS系統控制器技術快速發展，運算速度能夠滿足OPC回路控制要求。液壓回路用高壓遮斷模塊代替原有分布式電磁閥布置，不僅安裝簡單、維護方便，試驗功能更完善，確保汽輪機運行安全。通過對三菱公司引進型汽輪機超速保護裝置的改造，為國內同類型汽輪機超速保護裝置的改造積累了寶貴經驗。在汽輪機經受住長期運行考驗后，這些改造經驗值得推廣。

〔編輯：張思楠〕

TK267

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.141

2095－6835（2017）14－0141－02

孫永再，畢業于太原電力高等專科學校電廠熱能動力工程專業，高級工程師職稱。