李開雪 李德銀

福建福清核電有限公司 福建福清 350300

1 核電廠汽輪機介紹

該核電廠采用的汽輪機是單機容量100萬千瓦的機組，制造廠家為ASLTOM，是世界上性能比較優(yōu)秀的機組之一，為單軸、三缸四排汽沖動式汽輪機，由一個高中壓合缸和兩個雙流低壓缸組成，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm。其配備的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)GRE以及汽輪機保護系統(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，保護控制器自動檢測判斷，或者通過外部指令（電氣保護，反應(yīng)堆保護，輔助保護，手動按鈕等）遮斷高壓遮斷模塊以確保汽輪機的安全。

GSE系統(tǒng)由機柜，高壓遮斷模塊，高中壓主汽閥以及熱工保護信號組成。GSE系統(tǒng)分為三個通道，基于三取二原理，只有兩個或兩個以上通道動作，汽輪機才會跳機。電氣控制系統(tǒng)按失電保護設(shè)計，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監(jiān)測獲得處理的參數(shù)，以檢測任何異常。

2.2 汽輪機保護信號

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

次要保護信號，它的3取2的原理與主要保護信號是不一樣的。它先在保護控制器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，實現(xiàn)跳機。

針對主要保護信號，為了防止硬件保護卡或者轉(zhuǎn)速保護卡閾值模塊故障不動作，因此，將這些保護信號也送入STP控制器中，實現(xiàn)雙重保護。

3 核電廠汽輪機保護系統(tǒng)的重要特點

3.1 機械超速裝置的取消

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

機械超速裝置檢測極不方便，并且機械超速試驗往往是一種非常麻煩并且極具風(fēng)險的試驗。機組旋轉(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)部件長時間在高離心應(yīng)力下工作，則要求試驗升速時升速率盡可能大些，但這有可能引發(fā)機組超速失控；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)力下運行時間就會加長[2]?？梢姵僭囼炇窃诒苊飧唠x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、機械雜質(zhì)等油液污染，導(dǎo)致機械超速危急遮斷系統(tǒng)部件產(chǎn)生銹蝕、卡澀，很多機組在進(jìn)行檢修后的超速試驗中，曾多次發(fā)生掛閘電磁閥卡澀和機械超速危急遮斷系統(tǒng)拒動故障，既影響了正常生產(chǎn)進(jìn)度，又增加了調(diào)試費用，留下了巨大的安全隱患。

3.2 轉(zhuǎn)速保護可靠性提升方案

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

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

3.3 軸振動自動跳機取消

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

3.4 汽輪機軸振動跳機取消依據(jù)以及解決方案

（1）汽輪機軸振動跳機取消。GME測振系統(tǒng)中，每個部件出現(xiàn)異常都有可能造成振動保護誤動。引發(fā)GME系統(tǒng)誤動的主要因素有：

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，使振動值瞬間增大，存在保護誤動可能。

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

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

（2）提出一套假設(shè)的自動跳機方案。根據(jù)以往火電廠和核電廠的運行經(jīng)驗來看，如果汽輪機組存在著振動突變的話，往往這個振動會爬升的非常快，此時對操縱員要求非常高，單單靠操縱員的反映來對機組振動進(jìn)行跳機判斷是存在一定風(fēng)險的。在這基礎(chǔ)上，僅提出減少機組誤動作幾率的自動跳機保護方案[4]。

振動的出現(xiàn)，往往不是一個軸振動Y方向增加，X方向的振動值也會提高，甚至相鄰的軸振動也會提升，參考國內(nèi)很多電站的保護跳機方案，現(xiàn)提出如下的理論振動跳機改進(jìn)方案：振動保護邏輯改進(jìn)為同軸瓦的Y相軸振動跳機值與上該軸瓦的X相軸振動報警值來觸發(fā)振動跳機。

經(jīng)過這樣改進(jìn)后，振動部件松動或者某個單一的探頭損壞造成的汽輪機誤動作的幾率會減小，但是真實振動過高后，機組也能實現(xiàn)保護，國內(nèi)也有很多機組采用的類似方法處理振動跳機問題。

4 結(jié)語

通過對汽輪機保護系統(tǒng)的特點分析，考慮可能出現(xiàn)的危險因素，提出假設(shè)的自動跳機方案，提高機組的保護系統(tǒng)的可靠性，這對于機組安全穩(wěn)定運行以及在最大程度上對汽輪機進(jìn)行保護，都具有重大意義。