某核電廠汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)探究

李開雪 李德銀

福建福清核電有限公司 福建福清 350300

1 核電廠汽輪機(jī)介紹

該核電廠采用的汽輪機(jī)是單機(jī)容量100萬千瓦的機(jī)組，制造廠家為ASLTOM，是世界上性能比較優(yōu)秀的機(jī)組之一，為單軸、三缸四排汽沖動(dòng)式汽輪機(jī)，由一個(gè)高中壓合缸和兩個(gè)雙流低壓缸組成，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm。其配備的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)GRE以及汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)GSE都是采用法國ALSTOMP320控制系統(tǒng)。

2 GSE系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

2.1 GSE系統(tǒng)概述

GSE系統(tǒng)在危急情況下，保護(hù)控制器自動(dòng)檢測判斷，或者通過外部指令（電氣保護(hù)，反應(yīng)堆保護(hù)，輔助保護(hù)，手動(dòng)按鈕等）遮斷高壓遮斷模塊以確保汽輪機(jī)的安全。

GSE系統(tǒng)由機(jī)柜，高壓遮斷模塊，高中壓主汽閥以及熱工保護(hù)信號(hào)組成。GSE系統(tǒng)分為三個(gè)通道，基于三取二原理，只有兩個(gè)或兩個(gè)以上通道動(dòng)作，汽輪機(jī)才會(huì)跳機(jī)。電氣控制系統(tǒng)按失電保護(hù)設(shè)計(jì)，安全系統(tǒng)發(fā)出的關(guān)閉指令優(yōu)先，通過操作定期性試驗(yàn)監(jiān)測獲得處理的參數(shù)，以檢測任何異常。

2.2 汽輪機(jī)保護(hù)信號(hào)

GSE系統(tǒng)分為主要保護(hù)和次要保護(hù)。主要保護(hù)的跳機(jī)原理依靠硬件保護(hù)卡和轉(zhuǎn)速保護(hù)卡件，信號(hào)送入保護(hù)卡處理后，產(chǎn)生一個(gè)汽輪機(jī)跳閘信號(hào)，會(huì)直接讓跳閘電磁閥失電，從而使相應(yīng)的保護(hù)通道動(dòng)作。再經(jīng)過高壓遮斷模塊硬件3取2，使汽輪機(jī)跳機(jī)[1]。

次要保護(hù)信號(hào)，它的3取2的原理與主要保護(hù)信號(hào)是不一樣的。它先在保護(hù)控制器STP中進(jìn)行軟件3取2，然后再送入高壓遮斷模塊進(jìn)行硬件3取2，實(shí)現(xiàn)跳機(jī)。

針對(duì)主要保護(hù)信號(hào)，為了防止硬件保護(hù)卡或者轉(zhuǎn)速保護(hù)卡閾值模塊故障不動(dòng)作，因此，將這些保護(hù)信號(hào)也送入STP控制器中，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。

3 核電廠汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的重要特點(diǎn)

3.1 機(jī)械超速裝置的取消

在常規(guī)火電和核電項(xiàng)目中，通常都配置一套機(jī)械超速保護(hù)系統(tǒng)，機(jī)械超速保護(hù)系統(tǒng)的核心部件是危急遮斷器，當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到110%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，危急遮斷器動(dòng)作遮斷汽輪機(jī)。該核電廠采用的ASLTOM汽機(jī)取消了這套機(jī)械超速保護(hù)裝置。

機(jī)械超速裝置檢測極不方便，并且機(jī)械超速試驗(yàn)往往是一種非常麻煩并且極具風(fēng)險(xiǎn)的試驗(yàn)。機(jī)組旋轉(zhuǎn)部件的離心應(yīng)力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，為避免旋轉(zhuǎn)部件長時(shí)間在高離心應(yīng)力下工作，則要求試驗(yàn)升速時(shí)升速率盡可能大些，但這有可能引發(fā)機(jī)組超速失控；又為了防止超速失控而緩慢升速，旋轉(zhuǎn)部件在高離心應(yīng)力下運(yùn)行時(shí)間就會(huì)加長[2]。可見超速試驗(yàn)是在避免高離心力和防止超速失控的矛盾狀態(tài)下進(jìn)行的。

其次，軸封系統(tǒng)的蒸汽泄漏等原因造成了潤滑油系統(tǒng)油中帶水、機(jī)械雜質(zhì)等油液污染，導(dǎo)致機(jī)械超速危急遮斷系統(tǒng)部件產(chǎn)生銹蝕、卡澀，很多機(jī)組在進(jìn)行檢修后的超速試驗(yàn)中，曾多次發(fā)生掛閘電磁閥卡澀和機(jī)械超速危急遮斷系統(tǒng)拒動(dòng)故障，既影響了正常生產(chǎn)進(jìn)度，又增加了調(diào)試費(fèi)用，留下了巨大的安全隱患。

3.2 轉(zhuǎn)速保護(hù)可靠性提升方案

為了提高機(jī)組在超速保護(hù)方面的安全性，該核電廠在原有GSE超速保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加了一套電超速保護(hù)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速傳感器采用Epro公司生產(chǎn)的電渦流探頭，三個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器GME001MC、GME002MC、GME003MC分別送入三個(gè)監(jiān)視卡件，然后通過GME001AR機(jī)柜中繼電器搭建的3取2邏輯，送出跳機(jī)信號(hào)。

GME系統(tǒng)超速保護(hù)在GME機(jī)柜中3取2之后再送入STP保護(hù)控制器中，這樣，確保了在GME超速保護(hù)系統(tǒng)中，任何一路轉(zhuǎn)速信號(hào)故障的情況下GSE中的一套電超速保護(hù)系統(tǒng)均不會(huì)受到影響，確保這兩套超速保護(hù)系統(tǒng)的獨(dú)立性[3]。

3.3 軸振動(dòng)自動(dòng)跳機(jī)取消

該核電廠（GME）系統(tǒng)采用Epro公司生產(chǎn)的MMS6000系列產(chǎn)品對(duì)振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測。整個(gè)振動(dòng)測量通道系統(tǒng)由電源模塊、智能卡件、傳感器、延伸電纜、前置器、信號(hào)電纜和輸出繼電器組成。

3.4 汽輪機(jī)軸振動(dòng)跳機(jī)取消依據(jù)以及解決方案

（1）汽輪機(jī)軸振動(dòng)跳機(jī)取消。GME測振系統(tǒng)中，每個(gè)部件出現(xiàn)異常都有可能造成振動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。引發(fā)GME系統(tǒng)誤動(dòng)的主要因素有：

①電渦流傳感器安裝間隙過小，探頭端部的線圈絕緣層磨損，造成線圈短路或開路，使振動(dòng)值瞬間增大，存在保護(hù)誤動(dòng)可能。

②前置器與延伸電纜接頭松動(dòng)，引發(fā)振動(dòng)測量值擺動(dòng)，如果瞬間超過危險(xiǎn)值，可導(dǎo)致振動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

為避免探頭誤報(bào)警導(dǎo)致機(jī)組跳閘，該核電廠取消了振動(dòng)自動(dòng)跳機(jī)，改成由操縱員手動(dòng)根據(jù)報(bào)警提示跳機(jī)。

（2）提出一套假設(shè)的自動(dòng)跳機(jī)方案。根據(jù)以往火電廠和核電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，如果汽輪機(jī)組存在著振動(dòng)突變的話，往往這個(gè)振動(dòng)會(huì)爬升的非常快，此時(shí)對(duì)操縱員要求非常高，單單靠操縱員的反映來對(duì)機(jī)組振動(dòng)進(jìn)行跳機(jī)判斷是存在一定風(fēng)險(xiǎn)的。在這基礎(chǔ)上，僅提出減少機(jī)組誤動(dòng)作幾率的自動(dòng)跳機(jī)保護(hù)方案[4]。

振動(dòng)的出現(xiàn)，往往不是一個(gè)軸振動(dòng)Y方向增加，X方向的振動(dòng)值也會(huì)提高，甚至相鄰的軸振動(dòng)也會(huì)提升，參考國內(nèi)很多電站的保護(hù)跳機(jī)方案，現(xiàn)提出如下的理論振動(dòng)跳機(jī)改進(jìn)方案：振動(dòng)保護(hù)邏輯改進(jìn)為同軸瓦的Y相軸振動(dòng)跳機(jī)值與上該軸瓦的X相軸振動(dòng)報(bào)警值來觸發(fā)振動(dòng)跳機(jī)。

經(jīng)過這樣改進(jìn)后，振動(dòng)部件松動(dòng)或者某個(gè)單一的探頭損壞造成的汽輪機(jī)誤動(dòng)作的幾率會(huì)減小，但是真實(shí)振動(dòng)過高后，機(jī)組也能實(shí)現(xiàn)保護(hù)，國內(nèi)也有很多機(jī)組采用的類似方法處理振動(dòng)跳機(jī)問題。

4 結(jié)語

通過對(duì)汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)分析，考慮可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)因素，提出假設(shè)的自動(dòng)跳機(jī)方案，提高機(jī)組的保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，這對(duì)于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行以及在最大程度上對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行保護(hù)，都具有重大意義。