史琨

摘要：文章介紹了上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)的德國西門子汽輪機(jī)的超速保護(hù)系統(tǒng)，以及與傳統(tǒng)美國西屋、日本日立等汽輪機(jī)的超速保護(hù)系統(tǒng)的區(qū)別，對超速保護(hù)系統(tǒng)故障導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析并提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);超速保護(hù);故障;

汽輪機(jī)是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的20%時(shí)，離心應(yīng)力接近額定轉(zhuǎn)速下應(yīng)力的1.5倍，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)部件將發(fā)生松動(dòng)，同時(shí)離心力將超過材料所允許的強(qiáng)度極限使部件損壞。為此，汽輪機(jī)均設(shè)置超速保護(hù)裝置，它能在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的9-11%時(shí)動(dòng)作，迅速切斷汽輪機(jī)進(jìn)汽停機(jī)。

近年來，隨著上海外高橋第二發(fā)電廠進(jìn)口西門子汽輪機(jī)，外高橋第三發(fā)電廠、華能玉環(huán)電廠等上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)型西門子技術(shù)的汽輪機(jī)組投產(chǎn)，上汽西門子的超臨界、超超臨界機(jī)組在中國投產(chǎn)的越來越多，伴隨而來的就是它的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)西屋、東芝、日立等技術(shù)的本質(zhì)上的區(qū)別。同樣，在超速保護(hù)這一方面區(qū)別也是很大的。

一、傳統(tǒng)的汽輪機(jī)超速保護(hù)裝置

早期美國西屋、日本東芝、日立等機(jī)組超速保護(hù)的手段主要有DEH電超速、TSI超速和機(jī)械超速等。

DEH電超速是指三個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)超過3300rpm經(jīng)邏輯判斷后輸出軟邏輯信號(hào)至ETS邏輯，發(fā)出汽輪機(jī)停運(yùn)指令;超速超過3300rpm，同時(shí)轉(zhuǎn)速卡發(fā)出超速開關(guān)量信號(hào)，送至ETS硬回路，動(dòng)作相應(yīng)繼電器。這兩種方式均能發(fā)出汽機(jī)停運(yùn)指令信號(hào)，使得ATS電磁閥失電，快速卸去高壓安全油，汽輪機(jī)各汽閥快速關(guān)閉，汽輪機(jī)停運(yùn)。

TSI超速是指另外三個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)送至汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)（Turbine Supervisory Instruments，簡稱 TSI），當(dāng)測得的數(shù)值超過設(shè)定值3300rpm時(shí)，TSI發(fā)出三組超速動(dòng)作開關(guān)量送至ETS軟邏輯回路，發(fā)出汽輪機(jī)停運(yùn)指令。

機(jī)械超速遮斷系統(tǒng)是一套飛錘式機(jī)械超速保護(hù)機(jī)構(gòu)，不同于電超速，它不受電信號(hào)的影響而能夠直接遮斷汽輪機(jī)。危急遮斷器安裝在轉(zhuǎn)子的延伸端上，飛錘的重心與汽機(jī)的軸線有偏心，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后帶動(dòng)危急遮斷器轉(zhuǎn)動(dòng)，飛錘因偏心而產(chǎn)生離心力。在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，飛錘的離心力小于彈簧的預(yù)壓縮力，因此飛錘不能擊出。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的9%-11%時(shí)，飛錘產(chǎn)生的離心力克服彈簧的預(yù)壓縮力而擊出，擊打碰鉤，使碰鉤旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)危急遮斷滑閥移動(dòng)，打開機(jī)械超速與手動(dòng)遮斷母管的泄油口，從而使隔膜閥打開，泄去高壓抗燃油的安全油AST油壓，造成所有的汽閥關(guān)閉，使機(jī)組緊急遮斷。

機(jī)械超速保護(hù)原理圖

可以看出，傳統(tǒng)機(jī)組在對于汽輪機(jī)超速保護(hù)中設(shè)置了多重冗余手段，以防止任一方式失效而導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升后打閘失敗。

二、上汽西門子超速保護(hù)裝置

上汽引進(jìn)型機(jī)組的超速保護(hù)主要是依靠兩套獨(dú)立的德國Braun公司生產(chǎn)的E16A超速保護(hù)裝置，其細(xì)分類型有E16A323和E16A342兩種。

不論哪種型號(hào)，Braun超速保護(hù)裝置的邏輯設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是失電跳閘，它接收現(xiàn)場來的三組轉(zhuǎn)速信號(hào)，轉(zhuǎn)速信號(hào)在braun卡件里進(jìn)行分析比較，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定值時(shí)，保護(hù)裝置發(fā)出汽機(jī)跳閘開關(guān)量信號(hào)，立即斷開汽輪機(jī)各個(gè)汽閥上的兩個(gè)快關(guān)電磁閥的電源，汽閥在彈簧力的作用下迅速關(guān)閉，隔絕汽輪機(jī)進(jìn)汽，從而遮斷汽輪機(jī)。

E16A323型超速保護(hù)裝置配置了3塊相互冗余而獨(dú)立的測速模塊E1655和一個(gè)負(fù)責(zé)監(jiān)控所有測速模塊和本身工作狀態(tài)的測試模塊E1696。三個(gè)轉(zhuǎn)速通道獨(dú)立測量和顯示機(jī)組轉(zhuǎn)速，每個(gè)E1655測速模塊不僅接收本通道的轉(zhuǎn)速信號(hào)，而且還接收其他兩個(gè)通道的信號(hào)。E1696監(jiān)視模塊持續(xù)第檢查三個(gè)通道的轉(zhuǎn)速值。如果某個(gè)通道的測量值與其他兩個(gè)通道有著明顯偏差，則認(rèn)定該通道傳感器故障，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)轉(zhuǎn)速值超過設(shè)定限制時(shí)，測試模塊E1655輸出三個(gè)常閉跳閘信號(hào)，跳閘信號(hào)與外部繼電器、接觸器常開接點(diǎn)等串聯(lián)，組成跳閘電磁閥的電源的“三取二”硬回路。一旦轉(zhuǎn)速超過3300rpm，常閉接點(diǎn)斷開，電磁閥失電，汽閥關(guān)閉，汽機(jī)跳閘。

E16A323超速保護(hù)回路

E16A342型超速保護(hù)裝置，系統(tǒng)配置了包括3個(gè)冗余而獨(dú)立的測速模塊E1667，每個(gè)測速模塊都接收3路轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)并計(jì)算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值;一個(gè)測試接口E1691處理跳閘信號(hào)機(jī)跳機(jī)狀態(tài)。不同的是，342型超速保護(hù)裝置沒有采用323型卡件輸出串聯(lián)外部“三取二”硬繼電器回路的配置，而是將核心的“三取二”繼電器回路集成在超速裝置內(nèi)部，每個(gè)輸出的跳閘信號(hào)均是3取2判斷之后的信號(hào)。并且輸出的三個(gè)跳閘信號(hào)，只取了兩個(gè)作為冗余信號(hào)使用。跳閘信號(hào)與主跳閘繼電器串聯(lián)，一旦超速信號(hào)發(fā)出，主繼電器失電，繼電器常開接點(diǎn)斷開，所有汽閥上的快關(guān)電磁閥失電，汽閥迅速關(guān)閉，汽機(jī)跳閘。

E16A342超速保護(hù)回路

上汽西門子機(jī)組的超速保護(hù)系統(tǒng)完全依靠一對電子式保護(hù)裝置，并且任一個(gè)保護(hù)裝置動(dòng)作，汽機(jī)即跳閘。它取消了TSI超速保護(hù)、機(jī)械超速保護(hù)，沒有AST電磁閥等高壓保安裝置和潤滑油的低壓保安裝置，在機(jī)頭前部沒有飛錘等裝置，潤滑油系統(tǒng)及EH油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。

三、Braun超速保護(hù)裝置的保護(hù)誤動(dòng)作分析

德國BraunE16超速保護(hù)裝置具有在線自診斷功能，每隔恒定時(shí)間對測速模塊發(fā)出超速跳機(jī)、低速不跳機(jī)、強(qiáng)制跳機(jī)信號(hào)，以保證測速模塊正常、可靠運(yùn)行。每個(gè)測速模塊單獨(dú)、分別進(jìn)行自診斷，診斷期間該通道會(huì)真實(shí)發(fā)出通道跳閘信號(hào)，若檢測到任一通道故障，則不進(jìn)行診斷。調(diào)研若干電廠有超速保護(hù)誤動(dòng)作情況發(fā)生，動(dòng)作原因?yàn)椋耗惩ǖ澜泳€松動(dòng)，導(dǎo)致該通道時(shí)好時(shí)壞，在自診斷期間，被診斷通道與故障通道同時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)，超速保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。

事后改進(jìn)措施，在對現(xiàn)場及ETS柜內(nèi)接線全面檢查緊固之后，取消了Braun卡件的自診斷功能，同時(shí)為了檢驗(yàn)卡件正常，在每次機(jī)組停運(yùn)之后進(jìn)行手動(dòng)自檢。

四、結(jié)束語

上汽西門子機(jī)型的超速保護(hù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)機(jī)組的超速保護(hù)系統(tǒng)差別很大，取消了TSI超速保護(hù)、機(jī)械超速保護(hù)，電超速保護(hù)的設(shè)置也有很大的不同。它的超速保護(hù)裝置E16A功能十分強(qiáng)大，對于新接觸該裝置的技術(shù)人員是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。

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