李斐+朱理強(qiáng)+李振

【摘 要】調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)是保證汽輪機(jī)安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，是高壓抗燃油數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可接受DEH的指令完成機(jī)組掛閘、汽閥調(diào)節(jié)及遮斷機(jī)組，其中調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)包含供油系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、高壓遮斷系統(tǒng)和低壓保安系統(tǒng)等組成部分。本文通過(guò)介紹北重-阿爾斯通汽輪機(jī)及常規(guī)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的特性與差異點(diǎn)，總結(jié)了其調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣點(diǎn)，為調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)優(yōu)化提供了一定借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】北重-阿爾斯通；調(diào)節(jié)保安

中圖分類號(hào)： TK269 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）35-0005-003

Analysis and Summary of the Differences between the Characteristics of North Berk-Alstom Turbine Regulating and Security System and Domestic Conventional Turbine Systems

LI Fei ZHU Li-qiang LI Zhen

（East China Electric Power Research Institute Co.， Ltd.， China National Energy Construction Group， Hangzhou 311200， China）

【Abstract】Regulating the security system is an important part to ensure the safe and reliable operation of the steam turbine. It is the executive body of the high-pressure anti-fuel digital electro-hydraulic control system （DEH） and can accept DEH commands to complete the unit lockout， Which adjust the security system includes oil supply system， hydraulic servo system， high-voltage interrupting system and low-voltage security system and other components. This paper introduces the characteristics and differences of the security system of the North-Alstom turbine and the conventional steam turbine， summarizes the advantages and disadvantages of its regulation of the security system design， and provides some reference for adjusting the security system optimization.

【Key words】North heavy-Alstom； Regulate security

0 引言

北重-阿爾斯通汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)采用了阿爾斯通的設(shè)計(jì)理念，與國(guó)內(nèi)常規(guī)的汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)存在一定差異，本文介紹了常規(guī)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的組成部分與特點(diǎn)，提出了北重-阿爾斯通汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)的特性及與常規(guī)系統(tǒng)之間的差異點(diǎn)，并對(duì)這些差異點(diǎn)做出一定的研究分析，總結(jié)了其系統(tǒng)的優(yōu)劣點(diǎn)，為調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)優(yōu)化提供了一定借鑒意義。

1 常規(guī)系統(tǒng)介紹

1.1 常規(guī)供油系統(tǒng)介紹

由于汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)高，蒸汽作用在主汽門和調(diào)節(jié)閥上的力很大，開啟閥門所需的提升力也很大，因此必須提高壓力油的油壓以增加油動(dòng)機(jī)的提升力，減小油動(dòng)機(jī)尺寸，改善調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性。但壓力油油壓提高（目前大部分為14MPa左右），泄漏的可能性增大，容易引起火災(zāi)。所以，多數(shù)大型機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用高壓抗燃油。高壓抗燃油是三芳基磷酸脂型的合成油，具有良好的抗燃性能和穩(wěn)定性，因而在事故情況下若有高壓動(dòng)力油泄漏到高溫部件上時(shí)，發(fā)生火災(zāi)的可能性大大降低。但由于高壓抗燃油潤(rùn)滑性能差，且有一定的毒性和腐蝕性，不宜在潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)使用，因而分別設(shè)置控制油和潤(rùn)滑油的供油系統(tǒng)。調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)供油一般由單獨(dú)布置的EH供油裝置提供。

1.2 常規(guī)伺服機(jī)構(gòu)介紹

常規(guī)液壓機(jī)構(gòu)分為開關(guān)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)和伺服型執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)由高壓油的液壓力打開，通過(guò)彈簧緊力控制關(guān)閉。主汽門一般采用開關(guān)型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不具備調(diào)節(jié)功能，在安全油壓建立后直接引入高壓油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)下腔室克服彈簧力打開，在安全油壓失去時(shí)通過(guò)快速卸載閥將油動(dòng)機(jī)下腔室內(nèi)的油壓泄去，汽門在彈簧力作用下快速關(guān)閉；調(diào)節(jié)汽閥則一般采用伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制實(shí)現(xiàn)開度調(diào)節(jié)，其控制原理為：電液伺服閥是由一個(gè)電力矩馬達(dá)以及帶有機(jī)械反饋的二級(jí)液壓功率放大所組成（如圖1所示）。第一級(jí)是由一個(gè)雙噴嘴及一個(gè)單擋板組成，此擋板固定在銜鐵的中點(diǎn)，并且在二個(gè)噴嘴之間穿過(guò)，使在噴嘴的端部與擋板之間形成了二個(gè)可變的節(jié)流間隙。由擋板及噴嘴控制的油壓作用在第二級(jí)滑閥兩端的端面上。第二級(jí)滑閥是四通滑閥結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，在相同的壓差下，滑閥的輸出流量與滑閥開口成正比。一個(gè)懸臂反饋針固定在銜鐵上，穿過(guò)擋板嵌入滑閥中心的一個(gè)槽內(nèi)。在零位位置，擋板對(duì)流過(guò)二個(gè)噴嘴的油流的節(jié)流相同，因此就不存在引起滑閥位移的壓差。當(dāng)有信號(hào)作用在力矩馬達(dá)上時(shí)，銜鐵及擋板就會(huì)偏向某一個(gè)噴嘴，使得滑閥兩端的油壓不同，從而推動(dòng)滑閥移動(dòng)，使高壓油進(jìn)入油缸高壓腔或?qū)⒂透赘邏呵恢械母邏河托狗胖粱赜?，以控制高壓油通向油?dòng)機(jī)活塞下腔，克服彈簧力打開汽閥（或?qū)⒒钊虑煌ㄏ蚧赜?，使油泄去），同時(shí)設(shè)置了反饋彈簧并在伺服閥調(diào)整時(shí)設(shè)有一定的機(jī)械零偏，增加了可靠性即使斷電或失去電信號(hào)時(shí)，借機(jī)械零偏使滑閥偏移一側(cè)，使伺服閥主閥芯負(fù)偏，關(guān)閉汽門。endprint

1.3 常規(guī)高壓遮斷模塊介紹

高壓遮斷模塊由6只電磁閥（其中4只AST電磁閥，2只OPC電磁閥）、2個(gè)節(jié)流孔、2只單向閥等組件組成。主汽門油動(dòng)機(jī)和再熱主汽門油動(dòng)機(jī)的安全油管與危急遮斷（AST）油總管相通，調(diào)節(jié)汽閥油動(dòng)機(jī)和再熱調(diào)節(jié)汽閥油動(dòng)機(jī)的安全油管與超速保護(hù)（OPC）油總管相通。AST母管與OPC母管均通入危急遮斷控制塊，在危急遮斷控制塊內(nèi)，AST 母管與OPC母管之間布置了單向閥，方向?yàn)镺PC 向AST可通，反向逆止，這樣可以在超速保護(hù)動(dòng)作時(shí)只泄去OPC油壓而保持AST 油壓，而在泄去AST油壓（如停機(jī)）時(shí)，OPC油壓自動(dòng)泄去，不必動(dòng)作相關(guān)的OPC 電磁閥。系統(tǒng)布置示意圖如圖2所示。

4只AST電磁閥設(shè)計(jì)為任一電磁閥誤動(dòng)都不會(huì)造成機(jī)組跳閘，分為兩個(gè)通道：通道1包括AST1與AST3，而通道2則包括AST2與AST4。每一通道由在危急遮斷系統(tǒng)控制柜中各自的繼電器保持供電。危急遮斷系統(tǒng)的作用為，在傳感器指明汽輪機(jī)的任一變量處于遮斷水平時(shí)，打開所有的AST 電磁閥，以遮斷機(jī)組。系統(tǒng)設(shè)計(jì)成在任一電磁閥故障拒動(dòng)時(shí)，不會(huì)影響系統(tǒng)功能。遮斷汽輪機(jī)需要兩個(gè)通道同時(shí)動(dòng)作。如果發(fā)生一偶然性遮斷事故，至少在每一通道中有一AST 電磁閥應(yīng)動(dòng)作，才能遮斷汽輪機(jī)。每一通道可以分開地在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)作試驗(yàn)而不會(huì)產(chǎn)生遮斷或在實(shí)際需要遮斷時(shí)拒動(dòng)。在試驗(yàn)時(shí)，通道的電源是隔離的，所以一次只能試驗(yàn)一個(gè)通道。系統(tǒng)中提供兩個(gè)OPC電磁閥，作為雙重保護(hù)，以防止一只閥失效，而使OPC控制失效，為機(jī)組留下超速隱患。

1.3 常規(guī)低壓保安系統(tǒng)介紹

1.3.1 不帶隔膜閥的低壓保安系統(tǒng)

低壓保安系統(tǒng)的作用主要是實(shí)現(xiàn)機(jī)組掛閘和機(jī)組遮斷，由危急遮斷器、危急遮斷裝置、危急遮斷裝置連桿、手動(dòng)停機(jī)機(jī)構(gòu)、復(fù)位試驗(yàn)閥組、機(jī)械停機(jī)電磁鐵等組成，見圖3。復(fù)位試驗(yàn)閥組的作用為將潤(rùn)滑油引入危急遮斷裝置活塞側(cè)腔室，使活塞上行到上止點(diǎn)，使危急遮斷裝置的撐鉤復(fù)位，通過(guò)危急遮斷裝置連桿的杠桿將遮斷隔離閥組件的機(jī)械遮斷閥復(fù)位，將高壓安全油的排油口封住，建立高壓安全油，實(shí)現(xiàn)機(jī)組掛閘。危急遮斷器是機(jī)組超速最后一道保護(hù)，在轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速10-12%（即3300-3360轉(zhuǎn)/分）時(shí)，危急遮斷器飛環(huán)自動(dòng)擊出，打擊危急遮斷器裝置的撐鉤，使危急遮斷器裝置撐鉤脫扣，通過(guò)機(jī)械遮斷機(jī)構(gòu)使遮斷隔離閥組的機(jī)械遮斷閥動(dòng)作，泄掉高壓保安油，快速關(guān)閉各進(jìn)汽閥，遮斷機(jī)組進(jìn)汽。手動(dòng)停機(jī)機(jī)構(gòu)和停機(jī)電磁鐵為機(jī)組提供緊急狀態(tài)下遮斷機(jī)組的手段，兩者都能通過(guò)機(jī)械遮斷機(jī)構(gòu)的連桿使危急遮斷裝置的撐鉤脫扣，遮斷機(jī)組進(jìn)汽，是機(jī)組遮斷的冗余保護(hù)裝置。

1.3.2 帶隔膜閥的低壓保安系統(tǒng)

帶隔膜閥的低壓保安系統(tǒng)可大致分為低壓安全油供油系統(tǒng)、危急遮斷器、超速遮斷機(jī)構(gòu)、超速遮斷閥復(fù)位裝置、超速遮斷機(jī)構(gòu)校驗(yàn)裝置和綜合安全裝置等主要部分。超速遮斷閥復(fù)位裝置用于遙控復(fù)位超速遮斷滑閥，由一個(gè)2位4通電磁閥控制，超速遮斷滑閥需要復(fù)位時(shí)，給電磁閥通電，氣缸活塞升出推動(dòng)復(fù)位手柄使超速遮斷滑閥復(fù)位實(shí)現(xiàn)機(jī)組掛閘，其危急遮斷器部分工作原理相同，也同樣具有手動(dòng)打閘裝置。低壓安全油供油系統(tǒng)借用機(jī)組主油泵（潤(rùn)滑油泵）出口高壓油源經(jīng)節(jié)流減壓和溢流閥穩(wěn)壓形成低壓安全油壓，使隔膜閥關(guān)閉建立AST油壓；當(dāng)?shù)蛪喊踩蛪毫οr(shí)，隔膜閥打開，AST油壓隨之消失，汽機(jī)遮斷。

2 北重-阿爾斯通汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)特點(diǎn)介紹

2.1 供油系統(tǒng)特點(diǎn)：調(diào)節(jié)保安供油裝置與潤(rùn)滑油箱合體布置

北重-阿爾斯通調(diào)節(jié)保安供油系統(tǒng)油源與傳統(tǒng)采用抗燃油不同，采用透平油作為控制油油源，與主機(jī)潤(rùn)滑油箱合體布置，控制油泵與潤(rùn)滑油泵共同布置于潤(rùn)滑油箱上，泵進(jìn)油口取自油箱內(nèi)不同的腔室，油質(zhì)要求為ISO4406-/16/13等級(jí)（即NASA7級(jí)左右），該設(shè)計(jì)使系統(tǒng)的布置更為集中，易發(fā)現(xiàn)試運(yùn)過(guò)程中的問(wèn)題，同時(shí)相對(duì)抗燃油一般油質(zhì)要求為5級(jí)，更低的油質(zhì)要求也減少了油沖洗的時(shí)耗，其控制油與安全油壓為4MPa，壓力比國(guó)內(nèi)常見的系統(tǒng)更低，這也是其供油系統(tǒng)能采用透平油的原因，油壓的降低減小了供油系統(tǒng)發(fā)生泄漏的可能性，但由于潤(rùn)滑油不具備抗燃特性，在系統(tǒng)泄漏或火災(zāi)等危急情況下存在事故擴(kuò)大的可能性。

2.2 伺服機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：控制油管路增加卸荷閥，減少閥門正常關(guān)閉時(shí)間

伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用MOOG閥，型號(hào)為D639/NG10（3閥位），油動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)由伺服閥及其先導(dǎo)閥、控制油卸荷閥及油管路組成，具體流程示意見下圖。在安全油壓正常情況下，當(dāng)閥門指令開時(shí)，比例閥閥位動(dòng)作導(dǎo)致進(jìn)油管路打通引起先導(dǎo)閥閥位改變，在控制油卸荷閥處建立油壓同時(shí)進(jìn)油至油動(dòng)機(jī)腔室實(shí)現(xiàn)閥門動(dòng)作；當(dāng)閥門指令關(guān)時(shí)，先導(dǎo)閥下腔室進(jìn)油，接通控制油回油在卸荷閥作用下控制油壓將很快下降，該設(shè)計(jì)使得調(diào)閥在正常動(dòng)作時(shí)能迅速相應(yīng)調(diào)節(jié)，閥門正常關(guān)閉時(shí)間能達(dá)到300ms以內(nèi)，因此取消了OPC油、OPC電磁閥及OPC功能，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)全部依靠調(diào)閥完成。

2.3 保安系統(tǒng)特點(diǎn)：無(wú)機(jī)械超速保護(hù)，AST電磁閥3取2保護(hù)

北重-阿爾斯通汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)取消了機(jī)械超速遮斷模塊和手動(dòng)打閘裝置，保安系統(tǒng)與高壓遮斷模塊集成為一個(gè)模塊，由3個(gè)AST電磁閥、順序閥、卸載閥等組成，所有的跳閘都是由三跳閘通道設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)電子保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，三個(gè)跳閘通道通過(guò)三個(gè)AST電磁閥失電動(dòng)作。主機(jī)掛閘時(shí)，三個(gè)AST電磁閥得電后控制油通過(guò)節(jié)流孔進(jìn)入系統(tǒng)，在順序閥腔室內(nèi)形成油壓推動(dòng)順序閥移動(dòng)，順序閥共4個(gè)閥位對(duì)應(yīng)系統(tǒng)注油的4個(gè)過(guò)程，注油過(guò)程中安全油壓將隨著順序閥閥位變化緩慢建立，最終安全油壓為4MPa；當(dāng)AST電磁閥失電時(shí)，安全油回油管路將被打通，當(dāng)一個(gè)AST電磁閥失電時(shí)，順序閥將動(dòng)作但仍可維持安全油壓，當(dāng)兩個(gè)AST電磁閥同時(shí)失電時(shí)，回油量過(guò)大將導(dǎo)致安全油失壓。該設(shè)計(jì)未采用常規(guī)雙冗余AST電磁閥設(shè)計(jì)，僅僅采用了AST電磁閥的單冗余設(shè)計(jì)，從機(jī)組的安全性上考慮，在危急情況下不如多冗余設(shè)計(jì)可靠。

3 總結(jié)

北重-阿爾斯通汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)相比國(guó)內(nèi)常規(guī)的汽輪機(jī)系統(tǒng)顯得更加的精簡(jiǎn)，為調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)優(yōu)化提供了一定的思路與方法，設(shè)計(jì)采用更低的安全油壓（4MPa），通過(guò)采用透平油做油源減少了供油系統(tǒng)的布置，取消了OPC保護(hù)系統(tǒng)、就地打閘裝置、機(jī)械遮斷裝置等，最大限度的減少了就地的設(shè)備布置，所有的遮斷保護(hù)全部依靠電氣系統(tǒng)與AST電磁閥實(shí)現(xiàn)，其AST電磁閥采取單冗余保護(hù)設(shè)置，安全性上沒(méi)有常規(guī)系統(tǒng)的雙冗余設(shè)置可靠。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳忠，楊自強(qiáng)，李亞軍.北重330MW汽輪機(jī)“機(jī)械危急遮斷系統(tǒng)”改造探討，中國(guó)科協(xié)2004年學(xué)術(shù)會(huì)電力分會(huì)場(chǎng)暨中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.

[2]郭繼玉.330MW機(jī)組危急遮斷裝置存在的問(wèn)題分析及對(duì)策.科技專論，2011.33（4）：49-51.

[3]北重-阿爾斯通汽輪機(jī)說(shuō)明書.endprint