汽輪機典型危機遮斷系統的應用及改進分析

王超

摘 要：遮斷系統是汽輪機最為重要的基礎保護執行機構，遮斷系統如不能正常工作可能會導致嚴重故障甚至是事故的發生。該文以機械遮斷機構為與薄膜閥遮斷機構為基礎的兩種汽輪機典型危機遮斷系統為研究對象，著重從遮斷動作方式、DEH與ETS間信號傳遞以及遮斷信號到就地電磁閥的動作過程三個方面進行分析，通過對比兩種汽輪機遮斷系統各自設計特色，給出了符合現場實際運行情況的應用選擇方法和設計改進建議。這對提高火電機組的安全高效運行具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：汽輪機 危急遮斷 故障應對 安全運行

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（b）-0001-02

遮斷系統是汽輪機最為重要保護的執行機構，如果汽輪機出現參數超限而遮斷系統不能動作時，有可能會導致嚴重故障甚至是事故的發生。因此，許多研究人員都對不同類型機組的危急遮斷系統進行了不同方面的探討研究[1-2]，涉及目前國內主流機型[3-4]。目前，不同的遮斷系統存在著不同的設計理念。以機械遮斷機構為基礎的汽輪機危機遮斷系統設計是依據一種典型設計理念。“機械型”獨有的特點是在遮斷系統中存在一個機械遮斷組件，既可以通過機械遮斷電磁鐵動作，對汽輪機進行遮斷；又可以通過手動打閘裝置，使其動作，對汽輪機進行遮斷。以薄膜閥遮斷機構為基礎的汽輪機危機遮斷系統依據的是另一種不同的設計理念。“薄膜型”獨有的特點是在遮斷系統中存在一個薄膜閥，其通過低壓潤滑油封住高壓保安油排油。當其動作，會使高壓保安油泄油來遮斷汽輪機組。

該文對比國內兩類最具有代表性的“機械型”遮斷系統和“薄膜型”遮斷系統，通過分析各自的應用特點，并根據現場實際運行情況給出了應用選擇方法和設計改進建議。

1 典型汽輪機掛閘過程概述

1.1 “機械型”機組的掛閘過程

系統設置的復位試驗閥組中的復位電磁閥（1YV），機械遮斷機構的行程開關ZS1，ZS2供掛閘用。掛閘程序大致如下：按下掛閘按鈕，復位試驗閥組中的復位電磁閥（1YV）帶電動作，將潤滑油引入危急遮斷裝置活塞側腔室，活塞上行到上止點，使危急遮斷裝置的撐鉤復位，通過危急遮斷裝置連桿的杠桿將遮斷隔離閥組件的機械遮斷閥復位，將高壓安全油的排油口封住，建立高壓安全油。當高壓壓力開關組件中的三取二壓力開關檢測到高壓安全油已建立后，行程開關ZS1的常開觸電由閉合—— 斷開—— 閉合、ZS2的常開觸電由斷開—— 閉合，DEH完成掛閘。

1.2 “薄膜型”機組的掛閘過程

啟機時首先通過掛閘電磁閥20/RS使危急遮斷器滑閥復位（掛閘），當危急遮斷器滑閥掛閘油壓跌落至0.45 MPa左右時，壓力開關閉合，發出一節點信號送給DEH系統，DEH系統即可投入控制；然后由DEH系統開啟高、中壓主汽閥油動機，高、中壓主汽閥油動機全開后，在其操縱座下殼體上的行程開關觸點閉合，發出一節點信號給DEH系統；最終，高、中、低壓調節閥油動機接受DEH的閥位指令信號開啟相對應的蒸汽調節閥門，從而實現機組的啟動、升速、并網帶電負荷、熱負荷等運行。

2 機組遮斷過程分析

汽輪機遮斷方式有很多種，具體是什么原因導致汽輪機遮斷的，雖然可以在DCS的畫面中的“汽輪機跳閘首出”里，查出導致汽輪機遮斷的原因。但是還是存在著一些特殊情況。通過對各種跳閘通路的動作方式進行歸納總結，可以在解決起汽輪機打閘問題上更加迅速。

2.1 跳機電磁閥遮斷原理分析

通過對“機械型”遮斷系統與“薄膜型”遮斷系統、兩個不同系統的遮斷原理上分析，得出：“機械型”遮斷系統的5YV，6YV，7YV，8YV跳機電磁閥（5YV，6YV，7YV，8YV是“機械型”4個跳機電磁閥的名稱。其與“薄膜型”汽輪機組遮斷系統的四個AST跳機電磁閥的動作原理和作用相同。并且，這4個跳機電磁閥采用可靠性高的串并聯方式連接，具有防止誤動和拒動的能力，也是汽輪機遮斷系統最為主要的保護。以“薄膜型”遮斷系統的4個AST電磁閥為例：跳閘塊安裝在主汽門附近的EH油回路上，塊上共有6個電磁閥，2個OPC電磁閥是220VDC供電，常閉電磁閥；4個AST電磁閥是220VDC供電，常開電磁閥。正常情況下，AST電磁閥是常帶電結構，帶電閉合的。由于整個跳閘塊采用串并聯的“雙通道”原理，當一個通道中的任一只電磁閥打開都將使該通道跳閘；但不能使汽輪機進汽閥關閉，只有當兩個通道都跳閘時，才能使汽輪機進汽閥關閉，起到跳閘作用，因此大大提高其可靠性，可有效地防止“誤動”和“拒動”。

2.2 “機械型”遮斷系統分析

“機械型”遮斷系統的5YV，6YV，7YV，8YV跳機電磁閥與機械遮斷機構并聯在高壓油路中。兩路任意一路動作，都可卸掉高壓油進行遮斷。其中機械遮斷機構動作可由電信號觸發，即3YV機械遮斷電磁鐵動作，也可由手動打閘和機械超速觸發。

2.2.1 “機械型”汽輪機遮斷動作方式

“機械型”汽輪機的遮斷方式，主要分為機械遮斷跳機和電信號動作跳機，如圖1所示。

2.2.2 機組DEH與ETS系統跳機動作信號圖

電信號跳機過程可以分為DEH參數超限跳機發信號給ETS與ETS參數超限跳機發信號給DEH。

2.2.3 遮斷系統跳機信號到就地動作過程

ETS發出的跳機信號，由ETS控制柜發出，通過柜間線到繼電器柜，通過6個110V停機繼電器發給就地，5YV，6YV，7YV，8YV失電動作，卸掉高壓油，關所有主汽門與調門，完成遮斷；同時3YV帶電動作，機械停機電磁鐵動作，卸掉高壓油，關所有主汽門與調門，完成遮斷。DEH發出的“DEH TRIP”信號，通過DEH控制柜的10對端子發出，通過柜間線，到繼電器柜輸出給就地的2個高壓主汽門、4個高壓調門、2個中壓主汽門、兩個中調門的快關電磁閥，關閉所有主汽門和調門，完成遮斷。

2.3 “薄膜型”遮斷系統分析

“薄膜型”遮斷系統的4個AST跳機電磁閥與薄膜閥并聯在高壓油路中，兩路中任意一路動作，都可以卸掉高壓油，完成遮斷汽輪機的目的。其中薄膜閥只能由手動打閘和機械超速觸發。

2.3.1 “薄膜型”機組遮斷動作方式

“薄膜型”汽輪機的遮斷方式，主要分為機械遮斷跳機和電信號動作跳機，如圖2所示。

2.3.2 機組DEH與ETS系統跳機動作信號圖

電信號跳機過程，DEH與ETS之間分工明確，各自動作自己的執行機構，信號也是相互傳遞的。

2.3.3 遮斷系統跳機信號到就地動作過程

ETS發出的跳機信號，由ETS控制柜發出，通過柜間線到繼電器柜，通過4個110 V停機繼電器發給就地，4個AST電磁閥失電動作，卸掉高壓油，關所有主汽門與調門，完成遮斷。DEH發出“DEH TRIP”信號，通過DEH控制柜使閥門指令置零，快關電磁閥。

3 遮斷系統的故障可靠性分析

生產現場是復雜多變的，有可能出現各種各樣的問題，從而影響遮斷系統發揮作用。并且，兩種類型遮斷系統對故障的“敏感程度”不同。

3.1 EH油油質臟污問題

生產運行中，由于EH油優質臟污，經常會導致機組危機遮斷系統出現故障，如危機遮斷系統復位后自動主汽門開啟不到位、監視油壓降低導致就地打閘不到，嚴重的情況油紙臟污堵塞一旦堵塞泄流孔會導致AST電磁閥拒動。此類情況曾在作者所在單位出現過。應對此類問題，“機械型”遮斷系統更具有優勢，因為其遮斷動作相比“薄膜型”遮斷系統多出1路，3YV動作快關，泄掉高壓油，快關主汽門。這就相當于多出一道可靠的保護，雖然也有可能受到油質影響，但是對比起來看“機械型”遮斷系統畢竟較為可靠。

3.2 機械防超速裝置問題

“機械型”遮斷系統的飛環，與“薄膜型”遮斷系統的飛錘都是為了應對汽輪機發生超速，而電超速保護不起作用而設計的。經調研，國內極少有機械超速裝置正常動作而保住機組安全的案例，相反的是機械防超速裝置的存在有很大的弊端；其中，汽輪機組因超速嚴重損毀的案例中，機械超速試驗占了近一半的比例。由此可見，機械防超速裝置存在實在是弊大于利，況且許多外國先進機組都沒有機械防超速裝置，靠OPC、DEH、TSI、ETS電超速保護已經非常可靠，從這點來看，不論是飛錘還是飛環，都沒有繼續存在的價值。

3.3 機爐電大連鎖動作快速穩定性問題

機爐電大連鎖是保證運行機組安全的重要保護，它的設計要求就是，快速、直接、可靠的動作，對于汽輪機來說，就是一旦保護動作，快速切斷所有氣源，關閉主汽門、調門。總的來說，兩種遮斷系統都可以實現此功能，而“機械型”相比“薄膜型”多出1路，而且這一路是靠電信號觸發的以ms級動作卸掉高壓油，關閉所有汽門的保護，即3YV動作，所以更加可靠一些。

4 結論

通過以上分析“機械型”遮斷系統與“薄膜型”遮斷系統的遮斷過程，得出以下結論。

（1）兩種遮斷系統在手動打閘和機械超速的設計思想上基本一致，并且飛環或飛錘在機組實際運行中都是存在誤動、拒動、噴油試驗無法成功的問題；而且，相應的電超速保護已經非常可靠，建議取消這種機械防超速保護。從遮斷通路上看，“機械型”通過機械裝置進行遮斷，“薄膜型”通過薄膜閥控制油路進行遮斷，并且都通過作用于EH油來達到遮斷的效果，所以從機械遮斷的角度來看，兩種遮斷系統設計都能達到汽機危機保護的效果。

（2）在電信號遮斷的過程中，兩種遮斷系統設計上存在一些不同。“機械型”電氣遮斷系統設計為：當汽機遮斷指令發出時，有3種不同的方式同時動作去關閉閥門遮斷汽輪機，這種設計充分的保證了機組的安全性，只要有一種動作就能完成機組的遮斷，減少了機組拒動的可能性。而“薄膜型”電氣遮斷系統設計為：僅有一種AST電磁閥動作，卸掉安全油，關閉閥門的方式，并且其AST電磁閥具備在線試驗的能力，簡單有效，在理論上充分保證了遮斷汽輪機動作的可靠性。

（3）此外，從安全可靠及工程實際角度出發，應該去掉機械防超速裝置，即飛環與飛錘。在遮斷系統選擇上，建議選擇“機械型”，因為其分3路動作，確保在AST電磁閥失效的情況下，仍能完成跳機任務。尤其是對ETS這樣重要的汽機保護系統，寧可誤動不可拒動，誤動的結果最壞也就是機組非停，而誤動往往會造成汽輪機毀滅性打擊。對于甩負荷試驗，機組大連鎖的響應速度來判斷，“機械型”遮斷系統響應更加迅速、可靠。

參考文獻

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