汽輪機超速原因分析

苗曉冬

（華電能源股份有限公司富拉爾基發電廠，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

汽輪機超速原因分析

苗曉冬

（華電能源股份有限公司富拉爾基發電廠，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

汽輪發電機組嚴重超速事故可導致汽輪發電機組嚴重損壞，甚至造成重大人員傷亡事故。準確分析超速事故的原因，制訂有效的防范措施，將能最大限度地控制超速事故的發生。

汽輪機；超速；負荷；原因分析

汽輪發電機組是高速旋轉的機械，各轉動部件在工作時產生很大的離心力。由于離心力與轉速的平方成正比，當轉速增加10%時，各部件材料所受的應力將增加21%；當轉速增加20%時，各部件材料所受的應力增加44%。在設計時，轉動部件的材料強度富裕量是不大的，葉輪等緊力配合的轉動部件松動轉速通常按超過額定轉速20%考慮。大功率汽輪機組由于蒸汽參數很高，蒸汽流量很大，在甩負荷后飛升轉速在瞬間很大，嚴重超速造成的后果十分危險，近年來相繼發生了過電廠200MW機組超速飛車事故，造成整套機組報廢的嚴重惡果，所以，大功率汽輪機的超速保護重要性、可靠性更顯得尤其重要。

我廠汽輪發電機組雖未發生過因超速導致的設備嚴重損壞的事故，但也發生過二次超速事故。一次是2#機2001年超速事故，原因明顯，是調速汽門卡澀引起，經汽輪機揭缸檢查，機組未發現嚴重損壞。另一次是1#機2003年發生的超速事故，事故原很復雜，也是我們以前未曾遇見過的。因此，正確分析此次事故原因，為制定合理防范措施提供充分理論依據是緊迫任務。

1 事件經過

某年12月21日1時29分，1#汽輪發電機組勵磁系統突然失火，隨后發電機解列、停機。根據計算機顯示機組超速至3230r/min，危急保安器動作，其動作轉速為3229r/min，其事故過程大致如圖1。

圖1

2 分析

2.1 事故流程

從此次事故表面看，與甩負荷試驗對于調節系統來說是等同的。其甩負荷后，轉速飛升值不應超過3150r/min，危急保安器不應動作。但此次事故又有別于甩負荷試驗，其差別之處正是造成此次超速的主要原因，其對比流程圖如圖2。

圖2

從本次事故和甩負荷試驗流程圖對比可發現，本次事故順序是先負荷下降，轉速飛升，然后主開關再跳、汽門關閉；而甩負荷試驗是主開關跳、汽門關閉，負荷下降，然后轉速飛升。其原理過程是相反的，也是導致超速的直接原因。

2.2 論證

（1）證一：機組轉速3052r/min時，OPC保護動作。從工程師站計算機歷史趨勢中可查出： OPC動作，轉速為3052r/min，這是計算機實際記錄。主開關向OPC發送指令為電信號，可認為無時間間隔。

（2） 證二：先負荷下降，轉速飛升，然后主開關跳。負荷已降至28.19MW，從此時汽門開度未變,而轉速已開始上升,此時轉速為3003r/min；負荷為35.52MW，轉速已飛升3052r/min，此時OPC動作。因為OPC與主開關傳輸信號為電信號，所以可認為主開關動作與OPC動作同步，所以確定先負荷下降、轉速飛升，然后主開關跳。

（3） 證三：調節汽門全關后，機組飛升轉速△n≈130 r/min。根據2#機甩負荷試驗，汽門全關后機組飛升轉速△n為128r/min，1#、2#機機況與設備完全一致，所以粗略認定1#機汽門全關后機組飛升轉速△n為120r/min。

（4）不確定因素：由于1#機在本次事故當時，帶有高加及廠用抽汽（5次抽、6次抽）運行，加之調節汽門嚴密性和各抽汽逆止門嚴密性不如大修后甩負荷試驗時期好，所以粗略認定這些不確定因素可使轉速增加20r/min左右。

2.3 危急保安器動作對轉速影響與否

在本次超速過程中，機組轉速飛升最大值為3230r/min，在大修后所做超速試驗中，動作轉速為3225r/min，直觀看：轉速下降是由于危急保安器動作所致，其實在這里存在巧合。通過放大轉速飛升曲線作標圖可發現，在轉速飛升最初1s，其升速率約為50r/min/s，而在飛升峰值附近時，其升速率為7 r/min/s；其飛升率已非常緩，即使危急保安器不動作，它也達到峰值，它也會自然下降，因為我們設定危急保安器動作值與本次超速峰值非常接近，這是一種巧合，使人們錯覺轉速下降是由危急保安器動作所引起的。假如，我們把危急保安器動作轉速設定高一些（在3230r/min以上），危急保安器就不會動作，而轉速也會自然回落。

3 結語

經過以上各方面分析、論證，最終認為：造成本次機組超速原因是由于主開關跳閘在轉速飛升之后所致。

（1）在勵磁調節柜失火時，如果其滅磁開關動作能使發電機跳閘，機組也就相當一次單純甩負荷。但由于滅磁開關中的直流電纜已被先燒斷，使其無法發出跳機信號，致使機組先有轉速飛升、再跳閘的異常過程，也是導致此次超速過多的主要原因。

（2）此次超速過程明顯感覺到轉速飛升速率小，從3003r/min飛升至峰值3230r/min用了近12s，其用時大大多于甩負荷轉速飛升所用時間，一般來講，無論是電調還是液調，在甩50%或100%負荷試驗時，甩負荷開始到轉速峰值都在3s以內。本次超速用時過長的原因有甩負荷幅度問題。在計算機顯示負荷曲線可以發現，在甩負荷最后瞬間機組負荷由110MW自行下降至30MW，轉速也開始飛升至3052r/min。嚴格地說本次甩負荷其幅度是30MW而不是所說的110MW，因此升速率較低。

[1]何建綏.汽輪機超速保護裝置[M].熱力發電 2010（3）.

[2]國家能源局.防止電力生產重大事故的二十五項反措[M],2014.

TK268.1

A

1671-0711（2017）12（上）-0092-02