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(yùn)城043300）

某電廠汽輪機(jī)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(yùn)城043300）

通過汽輪機(jī)設(shè)備概況介紹，了解發(fā)電廠汽輪機(jī)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(jī)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(jī)因長期運(yùn)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(jī)；超速保護(hù)；機(jī)械超速；電超速保護(hù)

超速保護(hù)是汽輪機(jī)一項(xiàng)重要的保護(hù)，超速保護(hù)的可靠運(yùn)行對汽輪機(jī)安全運(yùn)行而言至關(guān)重要。汽輪機(jī)超速保護(hù)包括OPC超速保護(hù)、電超速保護(hù)、機(jī)械超速保護(hù)。

某電廠汽輪機(jī)為三菱公司生產(chǎn)，汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門油動機(jī)因長期運(yùn)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(jī)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了徹底解決汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門隱患，決定改造汽輪機(jī)油系統(tǒng)，對汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門的油動機(jī)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(jī)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(jī)

汽輪機(jī)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(jī)，型號為TC2F-35.4″。汽輪機(jī)共有10個(gè)閥門，分別是2個(gè)高壓主汽門（MSV）、4個(gè)高壓調(diào)汽門（GV）、2個(gè)中壓主汽門（RSV）、2個(gè)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(jī)供油系統(tǒng)

供油系統(tǒng)分為2個(gè)系統(tǒng)：高壓油系統(tǒng)用于操作閥門伺服機(jī)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(yùn)行時(shí)，由主油泵供油，主油泵安裝在汽輪機(jī)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(jī)或緊急情況下的用油。油系統(tǒng)除供主機(jī)用油外，還供給小機(jī)油系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)組超速的保護(hù)控制，可在汽輪機(jī)出現(xiàn)超速時(shí)，關(guān)閉所有調(diào)節(jié)汽門，防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高。OPC主要功能為：當(dāng)汽輪機(jī)OPC控制回路達(dá)到OPC動作條件時(shí)，OPC電磁閥動作關(guān)閉所有調(diào)節(jié)汽門，汽輪機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速在3 000 rpm運(yùn)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(jī)必備超速保護(hù)之一，一般由硬卡件實(shí)現(xiàn)。

3路轉(zhuǎn)速信號進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制卡，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到電超速動作轉(zhuǎn)速時(shí)，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(jī)保護(hù)停機(jī)。電超速動作轉(zhuǎn)速一般為111%額定轉(zhuǎn)速。

2.3 機(jī)械超速保護(hù)

機(jī)械超速保護(hù)由危急遮斷器實(shí)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(jì)動作轉(zhuǎn)速。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到機(jī)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(jī)，危急遮斷器滑閥動作，泄掉油系統(tǒng)相應(yīng)油路，使汽輪機(jī)保護(hù)停機(jī)。機(jī)械超速保護(hù)動作值一般為110±1%額定轉(zhuǎn)速。

3 汽輪機(jī)超速保護(hù)改造

汽輪機(jī)3項(xiàng)超速保護(hù)、機(jī)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(jī)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(jī)與發(fā)電機(jī)功率不平衡值與汽輪機(jī)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(shí)，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(shí)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(jī)組負(fù)荷。在OPC控制回路中，以發(fā)電機(jī)電流表征發(fā)電機(jī)有功功率、中壓缸入口蒸汽壓力表征汽輪機(jī)輸出功率，將汽輪機(jī)輸出功率與發(fā)電機(jī)有功功率相比較后計(jì)算出功率不平衡值△N.

OPC動作可分為3種情況：①汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)不平衡功率小于30%時(shí)，OPC在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于107%額定轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)出動作信號。②汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)不平衡功率處于30%～60%時(shí)，OPC動作轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：－7%/30%×△N＋114%，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于公式計(jì)算出的OPC動作轉(zhuǎn)速時(shí)，OPC動作。③汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)不平衡功率大于60%時(shí)，OPC在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于100%額定轉(zhuǎn)速時(shí)動作。

OPC控制功能由三菱專用OPC卡件來實(shí)現(xiàn)，OPC卡件為三重冗余設(shè)置，3路轉(zhuǎn)速信號、發(fā)電機(jī)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(gè)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(jī)保護(hù)柜，再由汽機(jī)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(gè)電磁閥，其中高壓調(diào)汽門2個(gè)，1個(gè)控制#1、#3高壓調(diào)汽門，1個(gè)控制#2、#4高壓調(diào)汽門；中壓調(diào)汽門2個(gè)，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(yùn)算實(shí)現(xiàn)。OPC控制回路動作情況分為3種情況：①當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于103%額定轉(zhuǎn)速時(shí)；②當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于30%額定負(fù)荷并且52G開關(guān)斷開時(shí)；③功率不平衡保護(hù)（PLU）動作，即汽輪機(jī)負(fù)荷大于發(fā)電機(jī)負(fù)荷一定值時(shí)。

以上情況發(fā)生時(shí)，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(jī)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(gè)電磁閥，并聯(lián)布置，冗余設(shè)計(jì)，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(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速大于111%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，3塊轉(zhuǎn)速卡送出3個(gè)“電超速動作”信號，通過中間繼電器送至汽機(jī)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(gè)，一個(gè)是汽機(jī)跳閘電磁閥，為常閉電磁閥，帶電打開，安裝于汽輪機(jī)安全油系統(tǒng)，可用試驗(yàn)滑閥隔離開來，用于保護(hù)試驗(yàn)；一個(gè)是汽機(jī)電超速跳閘電磁閥，為常開電磁閥，正常運(yùn)行時(shí)帶電關(guān)閉，保護(hù)動作時(shí)失電打開，安裝于汽輪機(jī)安全油系統(tǒng)，不能用試驗(yàn)滑閥隔離，在保護(hù)試驗(yàn)期間承擔(dān)保護(hù)作用。電超速保護(hù)動作后，2個(gè)電磁閥均動作，汽機(jī)跳閘電磁閥帶電打開，汽機(jī)電超速跳閘電磁閥失電打開，泄掉汽輪機(jī)安全油，實(shí)現(xiàn)保護(hù)停機(jī)。

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(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到電超速保護(hù)動作值后，送出3個(gè)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(jī)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(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。在DEH控制回路中，也有超速保護(hù)功能，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高到電超速動作值時(shí)，發(fā)出停機(jī)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(gè)，為“兩或一與”設(shè)計(jì)，與OPC電磁閥一起安裝在高壓遮斷模塊上，電磁閥正常運(yùn)行中帶電關(guān)閉，封閉了自動停機(jī)危急遮斷總管中抗燃油的泄油通道，使所有閥門執(zhí)行機(jī)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(jī)停機(jī)。

4 結(jié)束語

汽輪機(jī)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(yùn)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(yàn)功能更完善，確保汽輪機(jī)運(yùn)行安全。通過對三菱公司引進(jìn)型汽輪機(jī)超速保護(hù)裝置的改造，為國內(nèi)同類型汽輪機(jī)超速保護(hù)裝置的改造積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。在汽輪機(jī)經(jīng)受住長期運(yùn)行考驗(yàn)后，這些改造經(jīng)驗(yàn)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。