關于燃機機組汽輪機保護問題的研究與改進

王偉

摘 要：隨著國內電力生產的燃料構成調整，燃油、燃天然氣的比重將逐步增大，這是環境保護提出的要求，也是時代發展的必然趨勢。因而燃氣--蒸汽聯合循環機組，也逐漸成為電力系統中重要組成部分。尤其是燃氣--蒸汽聯合循環熱電聯產將是熱電聯供的發展方向之一。目前燃機主機部分仍基本為成套進口設備，國內企業主要進行熱電聯產部分設備的設計、生產及制造。由于此類機組在國內投運時間相對較晚，部分設計存在運行經驗缺乏的問題，尤其在軸向位移和振動保護上，已出現多起燃機機組汽輪機保護誤動或拒動的案例，本文針對某已投運燃機機組在汽輪機保護檢查過程中發現的問題，進行深入的研究并提出改進方案。

關鍵詞：汽輪機保護；燃氣-蒸汽聯合循環；軸向位移；振動保護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.023

1 引言

某燃氣熱電聯產項目為燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯產機組，配置為1套“二拖一”和1套“一拖一”機組，采用多軸布置。其3號、4號汽輪發電機組共有8個瓦，其中汽輪機為1-6瓦，發電機為7、8瓦。汽輪機的振動保護配置如下所述，每個軸承座的對應軸頸位置裝有一對互成90°的8mm渦流傳感器，傳感器的信號接入汽輪機振動監視儀表本特利3500，直接測量轉子的振動值，每個振動測量有跳閘的開關量輸出，當任何一個振動值大于250μm時，汽輪機振動監視儀表3500繼電器卡件直接發出動作信號進入ETS保護柜，延時1s動作跳閘電磁閥，汽機跳閘。

軸向位移保護配置為本特利3500系統TSI，高、低壓側軸相位移各采用3個軸位移傳感器，邏輯判斷為3取2，即高壓側或低壓側的3個傳感器中任意兩個軸位移達到危險值（danger）后，設置為1s延時發出跳機信號（HP AXIS POS TRIP/LP AXIS POS TRIP）分別送至DCS及ETS跳機。

2 存在問題

通過對TSI、ETS系統的配置檢查，對大量歷史數據的調閱及分析，在機組投運一年多的時間里，由于汽輪機軸振保護并網前后均為單點保護，且6瓦探頭存在故障，所以汽輪機振動保護一直處于退出狀態，由人工加強監視替代汽輪機振動保護功能，對人員監視要求較高，不利于降低人員勞動強度，不利于機組的安全運行。

對TSI本特利3500監視系統進行深入檢查，對各項保護配置進行梳理，由于初始設計振動跳機保護為單點保護并設置1s延時，3500設置為當測點故障時達到danger值跳機。

軸向位移的保護為3選2延時1s保護動作，3500設置為當軸向位移值故障時不具備驅動繼電器輸出“1”的條件，當任一測點故障時保護退化為2取2，而該設置下并未具備當兩個測點故障時繼續退化為1取1的功能。同時依照發電機組保護可靠性配置意見等規范和規程，對于軸向位移保護不需要設置延時。

3 問題分析

對于該機組的單點振動保護配置，由于燃機電廠的汽輪機設計、安裝及運行經驗較燃煤機組存在差異及現場安裝水平的制約，對于單點保護易于發生誤動，且該燃機電廠擔負重要區域的供電供熱任務，而采用多點組合保護模式并結合本機組的運行特點配置合理的組合方式，可以以減小誤動概率提高保護可靠性。

由于軸向位移保護的特殊性，針對該機組的軸向位移保護設置，由于保護退化功能不完善，存在當極端情況下兩個測點同時故障，無法觸發保護的情況，該情況極易造成主軸設備損壞的情況，因此考慮保護誤動和拒動的后果，對該保護配置方式進行改進是必要的，可以有效提高故障安全概率。同時按照相關規范取消保護延時。

4 解決方案

4.1 振動跳閘保護的改進

（1）汽機并網前采用單點振動保護既任意瓦任意方向軸振大于250μm汽機跳閘。

（2）汽機并網后采用以下振動組合方案：

任意瓦任一方向振動跳機值（250μm）與本瓦另一方向或相鄰瓦的任一方向振動報警值汽機跳閘；

例如：1瓦任一方向振動跳機值（250μm）與本瓦另一方向或7瓦的任一方向振動報警值汽機跳閘；1瓦任一方向振動跳機值（250μm）與本瓦另一方向或2瓦的任一方向振動報警值汽機跳閘；

3瓦任一方向振動跳機值（250μm）與本瓦另一方向振動報警值汽機跳閘；

5瓦任一方向振動跳機值（250μm）與本瓦另一方向或4瓦的任一方向振動報警值汽機跳閘；

6瓦任一方向振動跳機值（250μm）與本瓦另一方向振動報警值汽機跳閘。

基于該機組正常運行工況下的振動數據，將汽機并網后的振動報警值設定為在機組正常運行振動值基礎上增加50μm。同時根據每次檢修后運行工況，對機組振動特性進行重新分析，對機組正常運行報警值重新確認，保證報警值對該機組的確定性及針對性。

同時需確認如出現在一組保護動作中的兩個探頭（即觸發保護動作的帶跳機值和報警值的兩個探頭）同時故障的情況下是否觸發跳機動作，為避免出現探頭干擾情況下誤動，建議將TSI系統中設置為故障不觸發。

4.2 軸向位移保護設置的優化

將原有軸向位移3取2保護動作中，探頭故障不驅動繼電器觸發“1”條件的設置更改為當任一軸向位移探頭故障驅動繼電器觸發“1”條件，保護邏輯變更為：正常情況下仍為3取2保護動作；當任一測點故障時，另外兩個軸向位移測點2取1 保護動作；兩個測點同時故障則觸發軸向位移保護動作。

5 實施及結論

現場在原TSI系統進行卡件位置優化，將高壓側1、2、3、7、8軸振X、Y報警值進行組態輸出10個DO點進入ETS柜，將低壓側4、5、6軸振X、Y報警值進行組態輸出6個DO點進入ETS柜。在ETS系統進行振動保護組態。

按照本文所述方式優化軸向位移保護設置，現場進行軸向位移信號斷線試驗。TSI系統當軸位移傳感器突然斷線時，該信號沒有閉鎖報警信號將此故障信號退出保護邏輯，而是默認為此傳感器已達danger值，具備驅動繼電器觸發“1”條件，當兩個傳感器都出現故障時，則滿足3取2跳機條件，觸發軸向位移保護動作，并未出現報警信號抑制和保護拒動的情況。同時查看TSI系統設置，將1s延遲修改為100ms（本特利3500最小可修改值）。

參考文獻：

[1]張朝陽，李雄偉，王瀟.汽輪機TSI系統的測量與調試[J].華北電力技術，2008（04）：9-11.endprint