三門核電汽輪機機械超速設計特點分析

杜昀澤

（海鹽秦核新能設備檢修有限公司，浙江 嘉興 314300）

汽輪機是在高溫、高壓下運轉的機械，其旋轉部件承受著巨大的離心應力，該離心力與轉速的平方成正比（F=mω2R），因此隨著轉速的升高，其離心力快速上升。汽輪機轉子一般是按照額定轉速的120%設計的，一旦轉速超過了設計的強度極限，將造成葉片斷裂、動靜摩擦,甚至斷軸等嚴重事故。汽輪機超速不僅造成汽輪機本體損壞，同時還會產生潛在飛射物，對人員廠房及設備造成損傷，由此帶來的經濟損失巨大。

一、核電汽輪機超速保護特點

（一）機械超速保護

機械超速保護是通過一個彈簧加壓的偏心飛錘來實現的。當汽輪機轉速上升至110%額定轉速時，飛錘在離心力作用下飛出，從而使得危急遮斷滑閥打開，保安油母管卸壓，隔膜閥開啟，進而使AST和OPC母管卸壓，各蒸汽閥門關閉實現停機。

（二）電氣超速保護

電氣超速共有12個保護模塊，分為4組，每組三取二邏輯，對應于AST4個電磁閥。當轉速測量值超過保護設定值111%額定轉速時，4個AST電磁閥斷電開啟，AST母管和OPC母管卸壓后，各蒸汽閥門關閉，從而實現汽輪機超速保護停機。

二、與秦山二期汽輪機機械超速設計的差異

秦山二期汽輪機結構上與三門核電基本類似，機組單機容量650MW,額定工作轉速為3000rpm。下面對三門核電與秦山二期汽輪機機械超速的設計包括從裝置、注油試驗、超速試驗等方面詳細分析二者之間的差異。

（一）機械超速裝置設計的差異

秦山二期機械超速手動脫扣杠桿和手動復位杠桿都是直接作用于碰鉤，兩個杠桿連成一體。當汽機超速至一定值時，如果危急遮斷錯油閥發生卡澀，秦山二期的設計將無法實現就地手動緊急停機。三門核電汽輪機通過設計單獨的手動脫扣滑閥和手動脫扣杠桿來手動緊急泄壓，則可避免錯油閥故障而無法就地手動停機的風險。三門核電汽輪機將手動脫扣與復位杠桿完全分離，也能降低誤操作的可能性。另外，三門核電設計有注油試驗三通電磁閥和注油電磁閥，并設置有一些壓力儀表和位置開關，可進行遠程注油試驗，并可通過儀表的變化確定機械超速裝置的動作情況。

（二）試驗的差異

為驗證機械超速裝置的可靠性，機組在首次啟動和每次大修后需進行注油試驗和超速試驗。注油試驗時，機組未真超速，而是通過向偏心飛錘內注入高壓油，利用油壓取代實際超速時飛錘產生的離心力，克服彈簧約束而使飛錘擊出，以驗證機械超速裝置的可靠性。注油試驗通常在每次機組啟動沖轉至額定轉速時進行。超速試驗則是在機組帶負荷運行一段時間后，與電網解列，使機組真正超速，以驗證包括OPC保護、機械韶諫保護、電氣超速保護等動作的可靠性。

1.遠控注油試驗差異分析。三門核電通過設置三個電磁閥、兩個壓力開關、一個壓差開關和一個限位開關，可實現主控室或就地進注油試驗，而秦山二期僅能在就地進行注油試驗。一是主控室在汽機保護系統試驗界面上選擇“Mechanical overspeed”。二是選擇“MOST Test CLockout）”，阻斷AST母管通過隔膜閥泄壓通路，同時接通EH油供油母管通過隔膜閥的泄壓路徑。三是由于EH油供油母管設置了節流孔板，壓力P1低于AST母管的油壓P1，正常運行時，AST母管與隔膜閥相通，P1壓力等于P3，當試驗三通電磁閥動作后，油路改變，P1壓力等于P3卻低于P1，當壓差開關PDS072探測到P1與P3之間存在的壓差后，即向主控室發出信號顯示“Under MOST Test”,四是在主控室持續按下“Test ON”按鈕，以使注油試驗電磁閥得電開啟，向飛錘內油孔注油，當油壓超過彈簧的約束，飛錘擊出。五是當飛錘擊出時，保安油壓快速下降，壓力開關PS026動作。

2.就地注油試驗的差異分析。秦山二期在進行就地汽輪機注油試驗時，首先將試驗滑閥轉至“試驗”位置并保持該位置，然后將手動脫扣杠桿轉至“復位”位置，再緩慢打開飛錘注油閥，當就地觀察到手動脫扣杠桿振動且有移向“脫扣”位置趨勢時，記錄009LP所示的注油壓力并關閉注油閥，然后將手動脫扣手柄置于“正常”位置，最后將試驗滑閥轉至“正常”位置，完成試驗。三門核電汽輪機就地注油試驗過程為。首先將試驗滑閥轉至“試驗”位置并保持，然后緩慢打開注油試驗手動閥，通過就地壓力儀表PI006觀察注油壓力緩慢上升，當油壓上升至克服飛錘彈簧約束力而擊出飛錘的時候，危急遮斷錯油閥動作，就地觀察到PI005指示的壓力突然下降，此時記錄PI006所指示的注油壓力，然后關閉注油手動閥，再將手動復位杠桿置于“復位”位置，通過就地手動復位杠桿對碰鉤及危急遮斷錯油閥復位，再松開試驗滑閥回到“正常”位置，注意觀察PI005所示的保安油壓恢復正常后，完成試驗。

總結：汽輪機是核電廠重要的設備之一，而機械超速保護對于汽輪機的安全可靠運行又發揮著至關重要的作用。三門核電汽輪機機械超速及相關試驗的設計與秦山二期相比，具有明顯的先進性：一是通過增設手動脫扣滑閥，使手動脫扣杠桿與手動復位杠桿完全獨立，可避免危機遮斷錯油閥卡澀引起的無法就地手動停機事故，有利于機組安全運行；二是通過增設兩個電磁閥和一些壓力、位置開關，可實現主控注油試驗，利于提高機組自動化程度，減少運行就地工作量，提高工作效率；三是通過在試驗滑閥下游設置就地壓力儀表PI005，在就地試驗時依靠其壓力變化即可確定機械超速裝置動作J隋況，提高就地注油試驗的可操作性。