汽輪機機械超速與電超速的比較分析

□蔡祥祥

一、汽輪機超速保護系統的功能及原理

秦二廠3、4號機組設置汽輪機保護系統，該系統功能是在反應堆、發變組出現故障或者在汽機出現任何其他預設的機械故障時為汽機安全停機提供可靠的自動動作方式，以防止事故出現并擴大，達到保護設備的目的，并將汽機脫扣信號發送到反應堆保護系統。

汽輪機的進汽閥門的開關或調節由油動機的動作來實現，汽輪機進汽閥門和油動機活塞桿是通過杠桿連接的，閥門開啟時，汽輪機調節油進入活塞下部，帶高壓的調節油提供活塞向上的動力使汽輪機進汽閥開啟；汽輪機進汽閥門的關閉是依靠安裝在活塞上的彈簧來實現的；汽輪機的進汽閥門的控制模塊上裝有一個卸載閥，通過控制油壓來控制卸載閥開啟和關閉：當控制油壓在預設壓力時，卸載閥關閉，汽輪機進汽閥門的高壓供油母管的高壓調節油可以使汽機進汽閥開啟；當控制油壓消失時卸載閥開啟，導致汽輪機進汽閥門的油動機活塞腔體中的高壓油通過排油母管排出，通過高壓回油管線進入汽輪機調節油箱，使得汽輪機進汽閥門在彈簧的作用下關閉。OPC母管(汽輪機的超速保護供油母管)專門供給調節閥和再熱調節閥控制油壓；AST母管(汽輪機緊急停機保護供油母管)專門供給主汽門和再熱主汽門控制油壓。這兩個母管之間設有逆止閥，逆止閥允許OPC母管的油向AST母管單向流動，這樣設置可以保證OPC母管卸壓，只會導致調節閥和再熱調節閥關閉；而AST母管卸壓，會導致所有的汽輪機進汽閥關閉。由以上總結可知：單獨的OPC母管卸壓不會導致汽輪機脫扣；AST母管卸壓會導致汽輪機脫扣；汽輪機的超速保護是依靠汽輪機高壓缸的主汽門和低壓缸的再熱主汽門關閉來實現的。

在AST母管安裝上有一個油動隔膜閥，通過油動隔膜閥的開啟能對AST母管卸壓，這就是汽輪機的機械超速保護的動作原理。通過保安油控制油動隔膜閥的開關，保安油來自汽輪機潤滑油系統的潤滑油；保安油建立時油動隔膜閥關閉，一旦保安油消失，油動隔膜閥開啟，從而將AST母管卸壓，導致汽輪機所有進汽閥門的卸載閥開啟，汽輪機進汽閥門在彈簧的作用下關閉，最終實現汽輪機停機。

(一)機械超速飛錘動作。汽輪機機頭的高壓缸1號軸承箱內安裝了超速飛錘，當汽輪機超速時，產生的離心力使飛錘動作，從而實現機械超速保護。秦二廠3、4號機組汽輪機的額定轉速為3,000轉/分鐘，機械超速保護定值設定為110%～111%的額定轉速。機械脫扣裝置的復位：當機械脫扣裝置動作后，在機頭處將手動復位桿打到復位位置使保安油回路處于關閉狀態，當汽輪機潤滑油系統啟動后，帶壓潤滑油通過保安油回路使油動隔膜閥關閉。機械脫扣裝置復位也稱為就地掛閘。

(二)就地手動脫扣。汽輪機機頭的高壓缸1號軸承箱內安裝了手動脫扣手柄，當手動脫扣手柄置于打閘位置時，保安油快速卸壓導致油動隔膜閥開啟，從而實現汽輪機停機；手動脫扣手柄正常情況下置于正常位置，只有在非常緊急的情況下，所有的停機手段都失效時，由運行人員在機頭處進行緊急停機，以保護汽輪機。

二、機械超速的試驗

為了確保汽輪機在運行時的安全，必須確保超速飛錘能正確動作，從而能及時關閉汽輪機進汽閥門實現安全停機。機組根據定期試驗周期，必須對汽輪機機械超速保護的每一個零部件進行試驗。

(一)注油試驗。為了保證汽輪機運行時的安全，需要進行注油實驗，由維修機械人員根據彈簧調整的力度，通過對油壓的控制來模擬超速產生的離心力，從而使飛錘動作，通過連鎖裝置使手動脫扣手柄置于打閘位置。通過這些連鎖動作來檢查機械超速裝置的正確性。

(二)超速試驗。定期試驗大綱中關于汽輪機超速試驗的周期有如下規定：機組做甩負荷試驗前；機組停機超過一個月后再次啟動時；新安裝機組或汽輪機大修后第一次啟動；調速系統調整或解體檢修后。在進行超速試驗時，為了確保機械超速失效時汽輪機的緊急停運，運行人員必須站在機頭的脫扣手柄前。在DEH中設定50轉/分鐘的升速率進行汽輪機升速，當汽機轉速到達1.11n0即3,330轉/分鐘時，若機械超速裝置仍然沒有動作，則機頭處的運行人員必須進行手動打閘，防止發生汽輪機飛車事故。

超速試驗的轉速一般達到1.10～1.11n0即3,300～3,330轉/分鐘，在該轉速下，汽輪機轉子受到的離心力是正常情況下的1.2倍以上，為了確保汽輪機轉子在整個壽期內不出現疲勞斷裂或脆性斷裂，必須進行機械超速試驗。機械超速試驗規程的試驗條件：汽輪機在10%額定負荷運行8小時，使汽輪機充分暖機后，才減負荷至零負荷再進行汽輪機機械超速試驗，每次試驗的時間控制在15分鐘。如果汽輪機長期運行在10%額定功率以上，在這種情況下，汽輪機處于充分暖機狀態，汽機動靜部分的溫度都是均勻的，若此時再進行超速試驗，則可直接減負荷到零，然后進行機械超速試驗。

如果達到了機械超速保護的定值，而機械超速保護不能正常動作時，則需要停機處理。對脫扣機構、危急泄油滑閥和超速飛錘進行檢查，必要時應該調整超速飛錘彈簧的壓緊力以防止彈簧過度壓緊。確認以上檢查都正常后，再一次進行機械超速試驗。

(三)手動脫扣試驗。汽輪機手動脫扣試驗周期是汽輪機每次啟動都必須進行的試驗，它是為了檢查脫扣機構及危急泄油滑閥的性能正常。在汽輪機機頭利用手動打閘手柄對汽輪機打閘，以驗證汽輪機的手動打閘功能。

三、機械超速與電超速的比較

(一)機械超速在實際運行時的經驗反饋。汽輪機機械超速試驗時，對葉片的損傷較大；飛錘的彈簧壓緊程度調整比較困難，進而影響了超速定值，誤差比較大；進行注油試驗時，增加了油回路漏油點，影響了油回路的完整性，增加了維修工作；大修后起機時做機械超速試驗前，需要帶低負荷暖機8小時，影響二次并網的時間，經濟效益差。

(二)電超速的優點及改造項目。DEH數字技術已經成熟穩定，目前供電、控制、保護功能均已冗余，安全可靠。

根據運行經驗，進行如下改造：第一，取消機械超速相關的裝置及設備，保留飛錘本身(用緊固螺絲擰緊)；第二，增加一套獨立電超速裝置，包括一個三取二的跳機塊和一個帶指示燈的就地跳機按鈕用于新增的獨立電超速保護系統，取代目前使用的就地手動打閘及機械超速保護系統。在操縱員站增加相關圖形按鈕；第三，在汽輪機前箱陸側附近布置一個新增的電超速保護裝置，安裝位置的選擇偏于日常檢修和日常巡檢。在前箱內新增四個電超探頭及更換探頭支架。

改造完成后，有兩個并聯布置的跳機模塊，其中一個是OPC-AST聯合四取二跳機塊，一個是新增用于實現獨立電超速保護跳機功能的三取二跳機塊。

四、結語

汽輪機機械超速保護取消，增加電超速保護，對于運行的日常巡檢和操作有如下改變：第一，汽輪機機械超速保護取消后，取消了機械超速試驗；第二，汽輪機保護通道邏輯檢查試驗增加了電超速邏輯通道試驗的內容；第三，汽輪機機頭取消了手動打閘手柄，增加了一個電超速模塊DOPS，汽輪機沖轉前手動跳閘試驗需要按下手動打閘按鈕；第四，汽輪機超速保護跳閘裝置動作試驗，取消機械超速的試驗內容，增加了電超速保護裝置的試驗內容。