某電廠汽輪機超速保護(hù)改造探析

孫永再

（山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西運城043300）

某電廠汽輪機超速保護(hù)改造探析

孫永再

（山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西運城043300）

通過汽輪機設(shè)備概況介紹，了解發(fā)電廠汽輪機簡單的工作原理，并著重分析了超速保護(hù)動作原理，對引進(jìn)型汽輪機超速保護(hù)裝置的改造進(jìn)行了闡述，從OPC超速保護(hù)改造、OPC原液壓回路、改造后OPC控制回路、電超速保護(hù)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(hù)裝置控制回路、液壓回路改造過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹，這對使用三菱公司生產(chǎn)的汽輪機因長期運行、磨損過度、閥門調(diào)節(jié)品質(zhì)下降等超速保護(hù)的國內(nèi)同行有著重要的借鑒意義。

汽輪機；超速保護(hù)；機械超速；電超速保護(hù)

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

某電廠汽輪機為三菱公司生產(chǎn)，汽輪機進(jìn)汽閥門油動機因長期運行，磨損過度，閥門調(diào)節(jié)品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響了汽輪機安全、經(jīng)濟(jì)運行。為了徹底解決汽輪機進(jìn)汽閥門隱患，決定改造汽輪機油系統(tǒng)，對汽輪機進(jìn)汽閥門的油動機進(jìn)行改進(jìn)，將原低壓透平油系統(tǒng)改造為高壓抗燃油和低壓潤滑油共存系統(tǒng)。為了適應(yīng)油系統(tǒng)改造和DCS控制系統(tǒng)改造，需對汽輪機超速保護(hù)裝置改造進(jìn)行相應(yīng)的改造。

1 設(shè)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(diào)汽門（GV）、2個中壓主汽門（RSV）、2個中壓調(diào)汽門（ICV）。配有4臺電液轉(zhuǎn)換器，2臺高壓主汽門共用1臺，#1、#3高壓調(diào)汽門共用1臺，#2、#4高壓調(diào)汽門共用1臺，2臺中壓調(diào)汽門共用1臺。中壓主汽門為兩位開關(guān)型閥門。

1.2 汽輪機供油系統(tǒng)

供油系統(tǒng)分為2個系統(tǒng)：高壓油系統(tǒng)用于操作閥門伺服機構(gòu)和控制裝置、潤滑油系統(tǒng)用于軸承及盤車裝置的潤滑。本次改造僅更換高壓油系統(tǒng)，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(shè)有AOP、TOP、EOP，以滿足啟動、停機或緊急情況下的用油。油系統(tǒng)除供主機用油外，還供給小機油系統(tǒng)和發(fā)電機密封油系統(tǒng)用油。油系統(tǒng)全部采用T32型SHELL油。

2 超速保護(hù)動作機理

2.1 OPC超速保護(hù)

OPC超速保護(hù)（Over speed Protect Controller）是一種抑制發(fā)電機組超速的保護(hù)控制，可在汽輪機出現(xiàn)超速時，關(guān)閉所有調(diào)節(jié)汽門，防止汽輪機轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高。OPC主要功能為：當(dāng)汽輪機OPC控制回路達(dá)到OPC動作條件時，OPC電磁閥動作關(guān)閉所有調(diào)節(jié)汽門，汽輪機轉(zhuǎn)速恢復(fù)到3 000 rpm后，重新開啟調(diào)節(jié)汽門維持汽輪機轉(zhuǎn)速在3 000 rpm運行。

2.2 電超速保護(hù)

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

3路轉(zhuǎn)速信號進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制卡，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速達(dá)到電超速動作轉(zhuǎn)速時，3路電超速動作信號三取二，驅(qū)動跳閘電磁閥動作，泄掉油系統(tǒng)相應(yīng)油路，使汽輪機保護(hù)停機。電超速動作轉(zhuǎn)速一般為111%額定轉(zhuǎn)速。

2.3 機械超速保護(hù)

機械超速保護(hù)由危急遮斷器實現(xiàn)，危急遮斷器的傳感器一般為飛錘，少數(shù)采用飛環(huán)。飛錘安裝于轉(zhuǎn)子延伸軸的橫向孔中，其重心與轉(zhuǎn)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(shè)計動作轉(zhuǎn)速。當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速達(dá)到機械超速動作轉(zhuǎn)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(tǒng)相應(yīng)油路，使汽輪機保護(hù)停機。機械超速保護(hù)動作值一般為110±1%額定轉(zhuǎn)速。

3 汽輪機超速保護(hù)改造

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

3.1OPC超速保護(hù)改造

3.1.1 OPC原控制回路

OPC控制回路動作過程為：當(dāng)汽輪機與發(fā)電機功率不平衡值與汽輪機轉(zhuǎn)速值之和（二者已轉(zhuǎn)化為同一量綱）達(dá)到107%額定轉(zhuǎn)速時，高、中壓調(diào)汽門的OPC電磁閥動作，泄掉高、中壓調(diào)汽門的控制油，高、中壓調(diào)汽門快速關(guān)閉，延時1 s后，OPC電磁閥復(fù)位，重新打開高、中壓調(diào)汽門以恢復(fù)機組負(fù)荷。在OPC控制回路中，以發(fā)電機電流表征發(fā)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(fā)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(fā)電機不平衡功率小于30%時，OPC在汽輪機轉(zhuǎn)速大于107%額定轉(zhuǎn)速時發(fā)出動作信號。②汽輪機和發(fā)電機不平衡功率處于30%～60%時，OPC動作轉(zhuǎn)速計算公式為：－7%/30%×△N＋114%，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速大于公式計算出的OPC動作轉(zhuǎn)速時，OPC動作。③汽輪機和發(fā)電機不平衡功率大于60%時，OPC在汽輪機轉(zhuǎn)速大于100%額定轉(zhuǎn)速時動作。

OPC控制功能由三菱專用OPC卡件來實現(xiàn)，OPC卡件為三重冗余設(shè)置，3路轉(zhuǎn)速信號、發(fā)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(jìn)行邏輯判斷，3個OPC卡件的輸出信號進(jìn)行“三取二”判斷后，經(jīng)繼電器輸出到汽機保護(hù)柜，再由汽機保護(hù)柜驅(qū)動OPC電磁閥，泄掉高、中壓調(diào)汽門控制油，快速關(guān)閉相關(guān)閥門。

3.1.2 OPC原液壓回路

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

3.1.3 改造后OPC控制回路

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

以上情況發(fā)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(diào)汽門油動機的動力油，使所有調(diào)汽門關(guān)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(shè)有2個電磁閥，并聯(lián)布置，冗余設(shè)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(hù)改造

3.2.1 電超速保護(hù)原控制回路和液壓回路

電超速保護(hù)控制功能與OPC類似，亦由三菱公司專用硬卡件實現(xiàn)。系統(tǒng)配置3塊轉(zhuǎn)速卡，3路轉(zhuǎn)速信號分別送到3塊轉(zhuǎn)速卡中進(jìn)行判斷，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速大于111%額定轉(zhuǎn)速時，3塊轉(zhuǎn)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(hù)柜進(jìn)行“三取二”邏輯判斷后驅(qū)動電磁閥動作。電磁閥設(shè)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(tǒng)，可用試驗滑閥隔離開來，用于保護(hù)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(guān)閉，保護(hù)動作時失電打開，安裝于汽輪機安全油系統(tǒng)，不能用試驗滑閥隔離，在保護(hù)試驗期間承擔(dān)保護(hù)作用。電超速保護(hù)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(xiàn)保護(hù)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(hù)回路控制原理基本沒有改變，采用3塊艾默生公司轉(zhuǎn)速卡實現(xiàn)超速控制及保護(hù)功能，3塊轉(zhuǎn)速卡分別檢測3路轉(zhuǎn)速信號，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速達(dá)到電超速保護(hù)動作值后，送出3個電超速保護(hù)動作信號，這些信號經(jīng)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(xiàn)緊急停機。在DEH控制回路中，也有超速保護(hù)功能，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速升高到電超速動作值時，發(fā)出停機信號使AST電磁閥動作，起到超速保護(hù)作用，只是速度比硬件要慢一些。

AST電磁閥設(shè)置有4個，為“兩或一與”設(shè)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(guān)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(zhí)行機構(gòu)活塞下的油壓建立起來。電超速保護(hù)動作后，AST電磁閥失電打開，則AST總管泄油，導(dǎo)致所有閥門關(guān)閉汽輪機停機。

4 結(jié)束語

汽輪機OPC超速保護(hù)改造取消硬件控制卡件，減少中間環(huán)節(jié)，提升了控制回路動作的可靠性。當(dāng)前DCS系統(tǒng)控制器技術(shù)快速發(fā)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(hù)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(jìn)型汽輪機超速保護(hù)裝置的改造，為國內(nèi)同類型汽輪機超速保護(hù)裝置的改造積累了寶貴經(jīng)驗。在汽輪機經(jīng)受住長期運行考驗后，這些改造經(jīng)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(yè)于太原電力高等專科學(xué)校電廠熱能動力工程專業(yè)，高級工程師職稱。