NZK300-16.7/537/537型汽輪機超速保護系統升級改造

寇陽 丑述民 遼寧調兵山煤矸石發電有限責任公司 遼寧省鐵嶺市 112300

1、前言

遼寧調兵山煤矸石發電有限責任公司運行兩臺機組為NZK300-16.7/537/537型，是亞臨界一次中間再熱，單軸，兩缸兩排汽反動式汽輪機。通流結構介于反動式與沖動式透平之間，級數少，效率高 整鍛轉子高壓通流反向布置，中壓通流正向布置，低壓通流為對稱布置，軸向推力自平衡 采用多層缸結構，通流部分軸向間隙大，徑向間隙小，具有較好的熱負荷適應性 采用數字式電液調節（DEH）系統，自動化程度高。其就地液壓控制系統（EH系統）采用高壓磷酸酯抗燃液作為工作介質，由EH主油泵向主機調節—保安系統輸送動力油。采用噴嘴擋板式伺服閥作為電液轉換器控制油動機，伺服閥接受DEH控制裝置的控制信號，即可實現對高主和高、中壓調門油動機連續可調的伺服控制，系統掛閘、升速、并網、帶負荷均通過DEH系統實現。

主機保安系統系統配備高壓保安（AST-OPC）和機械保安系統 各種電氣停機保護信號均由AST電磁閥（ETS控制）泄去保安油（AST、OPC）實現的。機械保安系統配備有危急遮斷器、危急遮斷器滑閥、危急遮斷器杠桿、就地及遠控掛閘裝置、噴油試驗閥、薄膜閥以及低壓跳閘模塊等構成。具有（遠控-就地）掛閘、（遠控-就地）打閘、機械超速保護功能。

2、改造的必要性與可行性：

2.1、改造的必要性

2.1.1、隨著網控及汽輪機控制技術的發展對汽輪機運行的安全性、穩定性提出了更高的要求，機械保安中的撞擊子擊出轉速和危急遮斷器滑閥的密封閥口易受（如雜質、銹蝕、大軸振動等）外界因素的影響，易發生誤動和拒動。

3.1.2、危急遮斷器動作轉速調整困難，且需提高轉速至動作值，因此每次試驗都需承受機組飛車的危險，同時提高轉速會給轉子、葉片等旋轉部件造成應力升高從而影響機組運行的壽命。

2.1.3、機械保安系統結構復雜，維護量大，尤其危急遮斷器滑閥密封閥口易損傷，且修復難度大，也會受油中雜質影響極易造成誤跳閘或掛閘困難等故障。

2.1.4、機械保安系統部件多、且多為非標產品，均屬訂單式生產，為保障機組運行必須增大備件儲備量，勢必提高運行成本。

2.1.5、啟動前鍋爐以重油為燃料，反復的危急遮斷器動作試驗，增加了啟動成本（少則幾十萬多則上百萬），并且反復調整撞擊子動作值需要反復打開前軸承箱上蓋延長了啟動時間，不符合節能減排的理念。

電超速保護替代機械超速保護的設計理念，早在上世紀90年代一些發達國家就在廣泛應用，目前我們國內進口的阿爾斯通300MW及以上的機組都取消了機械保安系統，哈爾濱汽輪機廠新出產的1000MW機組也都取消了機械保安系統。

由上述可見對現有機械保安系統的改造提高超速保安裝置動作的準確性和試驗的便捷性是汽輪機保安系統發展必然的趨勢。

2.2、改造的可行性：

隨著計算機技術的長足進步，為實現汽輪發電機組高可靠、智能化的超速保護創造了條件。電子超速保護系統（Electronic overspeed protection systems,EOPS）是一種獨立于DEH、TSI或ETS系統超速保護功能的防止汽輪機超速而損害設備的保護裝置，以測速齒輪盤、無源（如磁阻式）或有源（如電渦流式、光電式、霍爾等）轉速傳感器為一次檢測元件，以微處理器為核心的監控裝置對被檢測的轉速信號進行計數和邏輯運算后輸出相應的保護信號。電子超速保護系統通常用三通道的監控裝置對同一轉速進行測量，經三取二邏輯運算后輸出失電動作（即故障—安全型）的保護信號。它的采樣時間一般為5ms，動態響應時間（包括繼電器）不大于40ms。目前，更先進的電子超速保護系統還使用了智能化的自診斷技術，采用自診斷技術后，系統除了能隨時對轉速傳感器進行無損傷的在線檢測，保證一次檢測回路的正確可靠外，還能夠利用超速保護系統三取二冗余邏輯回路單通道故障不會引起機組跳閘跳機的特點，通過模擬產生轉速脈沖頻率信號定期或不定期地逐一對各監控裝置進行全方位的在線檢測，及時監視各監控裝置的工作狀態。采用了模塊化的設計方案，當機組運行期間電子超速保護系統一旦出現故障時能夠可以在線更換模件，而不會引起機組跳閘停機。電子超速保護系統具有的強大的自診斷功能，涵蓋了從轉速傳感器、傳輸線路直到監控裝置的所有設備，因此可最大限度地保證了電子超速保護系統極高的可靠性。

2.3、執行標準及標準的變化

2.3.1、執行標準：GB/T 5578《固定式發電汽輪機規范》，該標準隨著控制技術水平的發展也發生了變化。

GB/T 5578-2007（現行） GB/T 5578-1985（5.5 超速保護裝置 1.15 保安系5.5.1除調速器之外，汽輪機和發電機組還應有獨立動作操縱機組跳閘的超速保護裝置，以防止過度超速1.15.1汽輪機必須止超速的機危急遮斷器符合以下5.5.2對于小功率汽輪機。至少應供應一套獨立于調節器的超速保護系統，當其動作時應關閉主汽閥和調節閥a.動作轉速定轉速的112%5.5.3對于大功率汽輪機。至少應供應兩套獨立于調節器、完全分開作用的超速保護系統，任何一套動作時都應關閉所有的主汽閥和調節閥。當機組在額定轉速運行時，應能在防止超速的另一套裝置的保護下，進行每一套超速保護裝置功能正確性驗證c.50000KW 50000KW以機組一般應只危急遮廢止）統有防械式，并論述：為額108-試驗，而不改變主汽閥的位置。及上的有兩斷器。

3、改造方案

根據現場的具體情況、考慮現場設備運行現狀、備件儲備、檢修維護的便捷以及后續安全運行的需求擬采用如下改造思路：

汽輪發電機（主機）就地增加一組“兩或一與”EOPT跳閘電磁閥組，增加一套三冗余獨立電超速控制柜控制新增電磁閥組，并送出連鎖跳閘信號到ETS控制柜。

3.1、用一套完全獨立的電超速裝置取代現有的機械超速裝置

增加汽輪機電超速保護系統后，將形成三道超速保護安全屏障，即OPC、AST和EOPT。按分層保護的設計原則，建議超速保護動作轉速分別為103%（OPC）、109%（EOPT）和110%（AST）。超速保護系統動作邏輯關系如圖1、2所示。

（1）103%超速保護： 當機組轉速上升至103%額定轉速時，OPC的“2取1”電磁閥組帶電動作，快速關閉調節汽門。

（2） 109%電超速保護：在事故工況下，轉速升至109%額定轉速時，E0PT電子超速保護裝置輸出兩路超速跳機信號：第一路直接送EOPT電磁閥組，快速泄放AST母管路油壓，從而實現機組跳閘。第二路通過ETS直接作用與AST電磁閥組件快速關閉主汽門、調速汽門。

（3）110%ETS超速保護：當汽輪機轉速升至110%時（包括低真空、低油壓等其它保護），DEH通過ETS使AST電磁閥組快速泄放AST停機遮斷油路油壓，關閉高主汽門、調速汽門。

三道超速保護系統確保了機組超速工況下保護系統正確、可靠動作，且符合GB/T 5578-2007《固定式汽輪機規范》5.5超速保護裝置的有關規定。（DEH、EOPT超速保護動作值順序可以根據電廠的習慣很方便的進行調整）

3.2、完成相關系統的邏輯接口的編輯和修改。

3.3、取消危急遮斷器滑閥、低壓跳閘模塊、薄膜閥、遠控掛閘裝置、就地打閘-掛閘裝置。

3.4、固定危急遮斷器的撞擊子。

3.5、拆除安裝于前箱內部的2個安全閥并對前軸承箱及前箱油管路進行改造。

3.6、在盤車裝置處增加一組測速探頭及測速支架。

3.7、增加一套“兩或一與”配置的電超速跳閘（EOPT）電磁閥組件作為電超速的執行元件。

圖1：汽輪機超速保護邏輯 圖2：2/3點超速邏輯EOP #4

3.8、增加一套就地打閘滑閥，緊急狀態下可就地手動泄放AST母管油壓使高、中壓主汽、調節閥同時關閉實現停機功能。

3.9、更換現有的主機AST跳閘模塊，電超速液壓模塊。

3.10、完成EH系統油管路的修改工作，將新增設備接入EH系統中（改造前后的保安系統見圖3、4）

圖3：改造前的保安系統示意圖

圖4：改造后的保安系統視圖

4、結語

此次汽輪機超速保護系統升級，取消機械超速保安系統，增加了一套完全獨立的電氣超速保護系統EOPT 有效的解決了機械保安系統常見缺陷給機組安全穩定運行帶來的隱患。減輕了機械保安系統復雜的維護保養工作，減少了機械保安飛錘超速試驗時對高中壓轉子的損傷。為以后機組運行提供比較可靠的安全保障。