某核電廠汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計特點探究

李開雪 李德銀

福建福清核電有限公司 福建福清 350300

1 核電廠汽輪機(jī)介紹

該核電廠采用的汽輪機(jī)是單機(jī)容量100萬千瓦的機(jī)組，制造廠家為ASLTOM，是世界上性能比較優(yōu)秀的機(jī)組之一，為單軸、三缸四排汽沖動式汽輪機(jī)，由一個高中壓合缸和兩個雙流低壓缸組成，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm。其配備的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)GRE以及汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)GSE都是采用法國ALSTOMP320控制系統(tǒng)。

2 GSE系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

2.1 GSE系統(tǒng)概述

GSE系統(tǒng)在危急情況下，保護(hù)控制器自動檢測判斷，或者通過外部指令（電氣保護(hù)，反應(yīng)堆保護(hù)，輔助保護(hù)，手動按鈕等）遮斷高壓遮斷模塊以確保汽輪機(jī)的安全。

GSE系統(tǒng)由機(jī)柜，高壓遮斷模塊，高中壓主汽閥以及熱工保護(hù)信號組成。GSE系統(tǒng)分為三個通道，基于三取二原理，只有兩個或兩個以上通道動作，汽輪機(jī)才會跳機(jī)。電氣控制系統(tǒng)按失電保護(hù)設(shè)計，安全系統(tǒng)發(fā)出的關(guān)閉指令優(yōu)先，通過操作定期性試驗監(jiān)測獲得處理的參數(shù)，以檢測任何異常。

2.2 汽輪機(jī)保護(hù)信號

GSE系統(tǒng)分為主要保護(hù)和次要保護(hù)。主要保護(hù)的跳機(jī)原理依靠硬件保護(hù)卡和轉(zhuǎn)速保護(hù)卡件，信號送入保護(hù)卡處理后，產(chǎn)生一個汽輪機(jī)跳閘信號，會直接讓跳閘電磁閥失電，從而使相應(yīng)的保護(hù)通道動作。再經(jīng)過高壓遮斷模塊硬件3取2，使汽輪機(jī)跳機(jī)[1]。

次要保護(hù)信號，它的3取2的原理與主要保護(hù)信號是不一樣的。它先在保護(hù)控制器STP中進(jìn)行軟件3取2，然后再送入高壓遮斷模塊進(jìn)行硬件3取2，實現(xiàn)跳機(jī)。

針對主要保護(hù)信號，為了防止硬件保護(hù)卡或者轉(zhuǎn)速保護(hù)卡閾值模塊故障不動作，因此，將這些保護(hù)信號也送入STP控制器中，實現(xiàn)雙重保護(hù)。

3 核電廠汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的重要特點

3.1 機(jī)械超速裝置的取消

在常規(guī)火電和核電項目中，通常都配置一套機(jī)械超速保護(hù)系統(tǒng)，機(jī)械超速保護(hù)系統(tǒng)的核心部件是危急遮斷器，當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到110%額定轉(zhuǎn)速時，危急遮斷器動作遮斷汽輪機(jī)。該核電廠采用的ASLTOM汽機(jī)取消了這套機(jī)械超速保護(hù)裝置。

機(jī)械超速裝置檢測極不方便，并且機(jī)械超速試驗往往是一種非常麻煩并且極具風(fēng)險的試驗。機(jī)組旋轉(zhuǎn)部件的離心應(yīng)力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，為避免旋轉(zhuǎn)部件長時間在高離心應(yīng)力下工作，則要求試驗升速時升速率盡可能大些，但這有可能引發(fā)機(jī)組超速失控；又為了防止超速失控而緩慢升速，旋轉(zhuǎn)部件在高離心應(yīng)力下運行時間就會加長[2]?？梢姵僭囼炇窃诒苊飧唠x心力和防止超速失控的矛盾狀態(tài)下進(jìn)行的。

其次，軸封系統(tǒng)的蒸汽泄漏等原因造成了潤滑油系統(tǒng)油中帶水、機(jī)械雜質(zhì)等油液污染，導(dǎo)致機(jī)械超速危急遮斷系統(tǒng)部件產(chǎn)生銹蝕、卡澀，很多機(jī)組在進(jìn)行檢修后的超速試驗中，曾多次發(fā)生掛閘電磁閥卡澀和機(jī)械超速危急遮斷系統(tǒng)拒動故障，既影響了正常生產(chǎn)進(jìn)度，又增加了調(diào)試費用，留下了巨大的安全隱患。

3.2 轉(zhuǎn)速保護(hù)可靠性提升方案

為了提高機(jī)組在超速保護(hù)方面的安全性，該核電廠在原有GSE超速保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加了一套電超速保護(hù)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速傳感器采用Epro公司生產(chǎn)的電渦流探頭，三個轉(zhuǎn)速傳感器GME001MC、GME002MC、GME003MC分別送入三個監(jiān)視卡件，然后通過GME001AR機(jī)柜中繼電器搭建的3取2邏輯，送出跳機(jī)信號。

GME系統(tǒng)超速保護(hù)在GME機(jī)柜中3取2之后再送入STP保護(hù)控制器中，這樣，確保了在GME超速保護(hù)系統(tǒng)中，任何一路轉(zhuǎn)速信號故障的情況下GSE中的一套電超速保護(hù)系統(tǒng)均不會受到影響，確保這兩套超速保護(hù)系統(tǒng)的獨立性[3]。

3.3 軸振動自動跳機(jī)取消

該核電廠（GME）系統(tǒng)采用Epro公司生產(chǎn)的MMS6000系列產(chǎn)品對振動進(jìn)行監(jiān)測。整個振動測量通道系統(tǒng)由電源模塊、智能卡件、傳感器、延伸電纜、前置器、信號電纜和輸出繼電器組成。

3.4 汽輪機(jī)軸振動跳機(jī)取消依據(jù)以及解決方案

（1）汽輪機(jī)軸振動跳機(jī)取消。GME測振系統(tǒng)中，每個部件出現(xiàn)異常都有可能造成振動保護(hù)誤動。引發(fā)GME系統(tǒng)誤動的主要因素有：

①電渦流傳感器安裝間隙過小，探頭端部的線圈絕緣層磨損，造成線圈短路或開路，使振動值瞬間增大，存在保護(hù)誤動可能。

②前置器與延伸電纜接頭松動，引發(fā)振動測量值擺動，如果瞬間超過危險值，可導(dǎo)致振動保護(hù)誤動。

為避免探頭誤報警導(dǎo)致機(jī)組跳閘，該核電廠取消了振動自動跳機(jī)，改成由操縱員手動根據(jù)報警提示跳機(jī)。

（2）提出一套假設(shè)的自動跳機(jī)方案。根據(jù)以往火電廠和核電廠的運行經(jīng)驗來看，如果汽輪機(jī)組存在著振動突變的話，往往這個振動會爬升的非常快，此時對操縱員要求非常高，單單靠操縱員的反映來對機(jī)組振動進(jìn)行跳機(jī)判斷是存在一定風(fēng)險的。在這基礎(chǔ)上，僅提出減少機(jī)組誤動作幾率的自動跳機(jī)保護(hù)方案[4]。

振動的出現(xiàn)，往往不是一個軸振動Y方向增加，X方向的振動值也會提高，甚至相鄰的軸振動也會提升，參考國內(nèi)很多電站的保護(hù)跳機(jī)方案，現(xiàn)提出如下的理論振動跳機(jī)改進(jìn)方案：振動保護(hù)邏輯改進(jìn)為同軸瓦的Y相軸振動跳機(jī)值與上該軸瓦的X相軸振動報警值來觸發(fā)振動跳機(jī)。

經(jīng)過這樣改進(jìn)后，振動部件松動或者某個單一的探頭損壞造成的汽輪機(jī)誤動作的幾率會減小，但是真實振動過高后，機(jī)組也能實現(xiàn)保護(hù)，國內(nèi)也有很多機(jī)組采用的類似方法處理振動跳機(jī)問題。

4 結(jié)語

通過對汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的特點分析，考慮可能出現(xiàn)的危險因素，提出假設(shè)的自動跳機(jī)方案，提高機(jī)組的保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，這對于機(jī)組安全穩(wěn)定運行以及在最大程度上對汽輪機(jī)進(jìn)行保護(hù)，都具有重大意義。