淺析汽輪機保護系統

摘要：汽輪機保護系統由監視保護裝置和液壓系統組成，當汽輪機超速、低真空、軸向位移、潤滑油壓低等監視保護裝置動作時，電磁閥動作，快速泄露高壓動力油使自動主汽門和調節汽門迅速關閉，緊急停止汽輪機運行，達到保護汽輪機的目的，另外，還有汽輪機進水保護，高壓加熱器保護等自動保護系統以保障汽輪機組的正常啟停和安全。

關鍵詞：TSI；ETS

Abstract：The turbine protection system is composed of a monitoring and protection device and a hydraulic system.when the turbine speeed，low vacuum，axial displacement，wction and low lubricating oil pressure monitoring protection device，electromagnetic valve，fast dynamic leakage of high pressure oil ，the automatic main steam valve and control valve closed quickly，emergency stop operation of steam turbine，steam turbine to achieve the protection.In addition，the turbine inlet protection，high pressure heater prtection and other antomatic protection system to protect the normal start and stop of the turbine and safe operation.

Key words：TSI；ETS

山西平朔煤矸石發電廠2×50MW是東方汽輪機的NZK50-8.83/535型單缸、直接空冷凝汽式沖動式、高溫、高壓汽輪機，為了提高汽輪機組的熱經濟性，汽輪機的級間間隙、軸封間隙都比較小。由于汽輪機的旋轉速度高，在機組啟動、運行或停機過程中，如果沒有按規定的要求操作控制，則很容易使汽輪機的轉動部件和禁止部件相互摩擦、甚至碰撞，引起葉片損壞、大軸彎曲、推力瓦燒毀等嚴重事故。為了保證機組安全啟停和正常運行，需對汽輪機的軸向位移、脹差、振動、轉速、潤滑油壓、凝汽器真空等機械參數進行TSI（Turbine saperrisory Instrumentation）汽輪機安全監視系統和ETS（Emergency Trip system）汽輪機危急遮斷統，在緊急情況下迅速關閉汽輪機進汽閥門，切斷汽輪機所有進汽進行保護。

一、TSI系統介紹

TSI（Turbine saperrisory Instrumentation）是汽輪機重要安全監視系統，并將測量結果送入控制、保護系統，一方面供運行人員監視、分析旋轉機械的運行情況，同時在參數越限時執行報警和保護功能。下列為我廠2× 50MW汽輪機的主要保護：

（一）轉速

汽輪機轉速過高時將造成轉子斷裂、飛車等惡性事故，因此汽輪機轉速設計了多層汽輪機轉速高保護，如103%超速限制保護，109%、110%電超速保護，機械式危急遮斷保護等。

軸向位移：以機械零位為基準，監測汽輪機轉子在軸向的串動量。汽輪機軸向位移過大時，輕則可能造成燒瓦、軸頸局部彎曲事故，重則會導致汽輪機動靜部分發生摩擦、碰撞，從而造成葉片折斷、大軸彎曲、隔板和葉輪破碎等惡性事故。汽輪機軸向位移設計報警限值、停機保護限值，越過停機限值時ETS動作停機。

脹差：以機械零位為基準，監測汽輪機轉子膨脹量與汽缸膨脹量的差值，因而又稱為相對膨脹，脹差=轉子膨脹量-汽缸膨脹量。熱膨脹通常是指汽輪機的膨脹量，因而又稱為絕對膨脹。汽輪機正脹差或者負脹差過大時，將導致汽輪機動靜間隙過小而發生動靜摩擦甚至碰撞，加劇汽輪機振動，甚至損壞轉子葉片或者汽缸隔板。汽輪機脹差設計報警、停機限值，但一般不設停機保護，脹差越過停機限值時，要求手動打閘停機。

振動：分為軸振動和軸承振動。軸承振動用來測量汽輪機軸承的振動量，因此又稱為絕對振動，俗稱瓦振。軸承振動可采用振動速度和振動位移兩種測量方法，同時水平、垂直兩種可選。軸振動則是測量軸承振動與大軸振動之間的相對值，因此又稱為相對振動，俗稱軸振。軸振動也可采用速度和位移、水平和垂直多種測量方式。汽輪機振動過大會發生軸封磨損、滑銷磨損、轉速部件疲勞強度降低等危害，嚴重時會發生燒瓦、軸彎曲等惡性事故。

（二）ETS系統介紹

ETS（Emergency Trip system）汽輪機危急遮斷系統設計原則：

直接、獨立、快速的原則：盡量減少各種中間環節和時間延遲，盡量避免轉接、擴展和轉換。

獨立系統原則：一般應與調節系統分開設計，必須保證即使調節系統故障的時候，保護系統仍具有使汽輪機停止運行的能力。

失電跳機原則：ETS系統應具有獨立的供電系統，要求采用冗余的直流電源和交流電源供電，當不能采用獨立電源時，或失電后保護邏輯不能被執行時，則必須設計成失電跳機方式。

冗余配置原則：一套系統故障時，另一套仍然具有使汽輪機停止運行的一切功能。

下面介紹我廠的保護系統：

保護系統通過測量回路、判別裝置、轉換裝置和執行機構，檢測影響機組安全的重要參數對機組實行開環控制。為了提高動作的可靠性，不僅危急遮斷閥滑閥采用了雙重結構，而且系統中還設有電磁遮斷閥，當潤滑油壓、真空、軸向位移等各項保護之一超過允許值時，均可通過電磁遮斷閥泄掉危急遮斷器滑閥油路的安全油，使自動關閉器和調節閥油動機關閉，確保機組安全。

遮斷

從可靠性角度來考慮，保安系統設置有電氣，機械及手動三種冗余的遮斷手段。

（1）電氣停機

實現該功能由復位遮斷閥組中遮斷電磁閥來完成。一旦接受電氣停機信號，遮斷電磁閥帶電動作后，泄掉危急遮斷器滑閥下腔室油壓，使危急遮斷器滑閥掉閘，進而泄掉調節系統保安油，快速關閉各主汽門、調節閥門，遮斷機組進汽。

（2）機械超速保護

機械超速保護由雙通道的危急遮斷器，危急遮斷器杠桿及危急遮斷器滑閥組成。動作轉速為額定轉速的110%～111%（3300r/min～3330r/min）。當轉速達到危急遮斷器設定值時，和汽輪機主軸聯在一起的危急遮斷器的撞擊子在離心力的作用下擊出，打擊危急遮斷器杠桿，使危急遮斷器滑閥掉閘，泄掉調節系統保安用油，快速關閉各調節閥、主汽閥，以便遮斷機組進汽。

（3）手動停機

系統在機頭設有手動遮斷閥供緊急停機用。手打手動遮斷閥按鈕，使危急遮斷器滑閥動作，將保安油泄掉，快速關閉各進汽閥，遮斷機組進汽。

（4）潤滑油壓低保護

系統設有低潤滑油壓遮斷器，當潤滑油壓降到0.049MPa時，發出報警信號，并啟動交流潤滑油泵；當潤滑油壓降到0.039MPa時，發出停機信號（三取二的邏輯）并啟動直流事故油泵；當潤滑油壓降到0.029MPa時切斷盤車電源。

（5）低冷凝真空保護

系統設有低冷凝真空遮斷器，當凝汽器絕對壓力升到0.05MPa時，發出報警信號，當凝汽器絕對壓力升至0.055MPa時發出停機信號（三取二邏輯）。

危急遮斷器是汽輪機最重要的超速保護裝置，為了防止其卡澀應經常使之活動，確認其處于正常（可動）狀態，系統設置了危急遮斷器試驗閥組，供危急遮斷器作噴油試驗和提升轉速試驗用。

結語

本文結合山西平朔煤矸石電廠2×50MW是東方汽輪機的結構特點，論述了TSI和ETS保護系統，經長時間的試驗后，嚴格做各項試驗合格，降低了故障率，保障了生產的順利進行，汽輪機在運行期間，應加強對保護的認識和促進，進而促進機組的整體運行效果，促進我國經濟的發展與社會的進步。

參考文獻：

[1]裴海瑞 淺析汽輪機TSI保護控制系統 [J]科技創新與應用

[2]孫之斌 汽輪機的保護試驗研究與應用 [J]工業科技

作者簡介：梁志錄（1983-），男，大專，畢業于山西電力職業技術學院，助理工程師，現在山西平朔煤矸石發電有限責任公司從事運行。