汽轮机调节、保安系统讲解

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1、表一：培训讲稿格式汽轮机调节、保安系统讲解部门专业设备部汽机点检讲课人王玉和讲课时间2010年 04月 6日讲课地点设备部六楼会议室主要内容#5汽轮机调节、保安系统讲解随着科学技术的不断发展，作为发电设备的汽轮机组，越来越向大容量、高参数方向发展，以便获得尽量高的热效率，降低制造、安装和运行成本。这样设备更加复杂了，特别是在变工况过程中，需要综合控制的因素更多了，单纯液压调节系统已很难满足要求。随着计算机技术的发展，其综合计算的能力是显而易见的，在其可靠性得到显著提高后，现已广泛地用到了电厂各种设备的监视和控制系统中。汽轮机控制系统也不例外，由纯液压调节系统发展为全电调系统，并已在国内外许多电

2、厂得到了很好应用。随着以微处理器为基础的分布式控制系统（DCS）技术的发展，运用分散控制、集中管理的设计思想，不但控制的可靠性得到了更大的提高，而且可大量减少操作维护人员的劳动强度。我厂在引进和广泛吸收国、内外先进技术的基础上，生产出了新一代的与600MW等级汽轮机配套的全电调型DEH控制系统。该控制系统硬件采用西屋公司最新开发成功的具有世界先进水平的OVATION系统。OVATION系统采用的是当今世界上较为先进的分布式控制系统的先进技术。一；汽轮机调节、保安系统1. 原理图2. DEH系统介绍（由电气和液压两部分组成）2.1电气部分采用HIACS-5000M 。2.2液压部分由液压供油系统

3、、液压伺服系统、高压遮断系统、和低压保安系统四部分构成。 2.2.1液压部分的功能2.2.1.1供油系统为机组调节保安系统提供高压抗燃油源，并由它驱动油动机、高压抗燃油遮断系统。2.2.1.2伺服系统接受DEH的控制信号，控制汽机阀门油动机的进油量，从而实现对阀位的控制。2.2.1.3在机组发生危急情况时，高压遮断系统和低压保安系统立即动作，切断汽源，迅速停机，避免事故扩大和设备损坏。2.2.2液压油供油系统2.2.2.1主机液压油采用磷酸酯抗燃油系统，为主机的10个阀门执行机构提供11MPa的高压工作油，六组蓄能器充氮压力80.2MPa.蓄能器压力不足，会导致油压摆动大。2.2.2.2抗燃油

4、供油系统包括一个油箱、两台100容量的变量柱塞泵、两套抗燃油再生装置、两台100容量的油循环泵、冷油器、蓄能器组、过滤器、温度调节装置、泄压阀等部件。2.2.2.3抗燃油冷却器的冷却水由闭式循环水提供，冷却水温度按38设计。供油泵采用压力补偿式变量柱塞泵，靠三通阀改变流量对系统油压进行调节，正常运行时供油泵一运一备，备用泵靠压力开关投入。供油参数2.2.3液压伺服系统2.2.3.1功能，可控制各阀门的开度、实现阀门快关功能。2.2.3.2配置，七个连续控制型油动机和三个开关控制型油动机，相互独立控制。 2.2.4 连续控制型油动机2.2.4.1构成：由油缸、线性位移传感器和由关断阀、快关电磁阀

5、、伺服阀、卸载阀、滤网等集装成的控制块构成。2.2.4.2快关电磁阀：带电切断安全油供油，使阀门关闭。2.2.4.3卸载阀：安全油失去时，快速卸掉油动机的动力油。2.2.4.4关断阀：安全油失去时，截断高压抗燃油供油。2.2.4.5伺服阀：将DEH的阀位电气信号经放大转换为液压信号，控制阀门的开度2.3高压遮断系统2.3.1系统组成：由可在线试验的主遮断电磁阀、隔离阀和紧急遮断阀组成。2.3.1.1主遮断电磁阀：由两个先导电磁阀和滑阀构成，当两先导电磁阀均失电时遮断安全油。2.3.1.2隔离阀：由电磁阀和滑阀构成。在进行喷油试验时，电磁阀带电将紧急遮断阀与安全油系统隔离，并保证安全油的供油。2

6、.3.1.3紧急遮断阀：通过连杆与低压保安系统的危急遮断器撑钩相连，当危急遮断器撑钩脱扣时，紧急遮断阀动作，遮断高压抗燃油。2.3.2功能：实现挂闸和停机，停机方式有三种：电气停机、机械停机、手动停机。2.3.2.1机械停机电磁铁：接受电气跳闸的信号带电，打击杠杆使撑钩脱扣，紧急遮断阀遮断，机组停运。2.3.2.2手动停机机构：在危急情况下手拉脱扣手柄使撑钩脱扣，紧急遮断阀遮断，机组跳闸。2.3.2.3飞环式危急遮断器：是一种安装在主轴端部的偏心飞环，与主轴一同旋转，当汽机转速达到33003330r/min时，飞环迅速飞出，打击撑钩使其脱扣，紧急遮断阀遮断，；复位转速不低于101额定转速。组成

7、：由危急遮断器、危急遮断装置、连杆、手动停机机构、复位试验阀组、机械停机电磁铁和导油环等组成。2.4喷油试验，喷油试验的目的是活动飞环，防止出现卡涩，确保危急遮断器飞环在机组一旦出现超速，达110112%额定转速时能迅速飞出遮断汽轮机，保证机组安全。试验是将油喷到飞环中增大离心力，使之飞出。但飞环因喷油试验飞出不应打闸。为此，增加了试验用隔离电磁阀。做喷油试验时，4YV带电，检测到隔离电磁阀在隔离位后，2YV带电，油喷进危急遮断器中，飞环击出，ZS2发讯，然后使2YV失电，过一段时间后，1YV自动挂闸，挂上闸后，再使隔离电磁阀失电，全部试验过程结束。 喷油试验允许条件： 喷油试验按钮在试验位；

8、 转速在(29853015)r/min内。机组正常运行时可以做。2.5超速试验 在汽轮机首次安装或大修后，必须验证超速保护的动作准确性。对每一路超速保护都应进行试验验证。做超速试验时，将DEH的目标转速设置为3360r/min，慢慢提升汽轮机转速，到达被试验的一路超速保护的动作转速时，此路超速保护动作，遮断汽轮机。因此超速试验也叫提升转速试验。DEH可自动记录汽轮机遮断转速以及最高转速。2.5.1 DEH电气超速试验在DEH操作画上选择“电气超速试验”，将目标设为3310r/min，机组由3000 r/min开始以速率300r/min/min升速到108%额定转速，然后速率变为100r/min

9、/min, 转速缓慢上升。当转速到达3300r/min时，DEH发出打闸指令遮断汽轮机，关闭各个主汽门和调门。2.5.2机械超速试验在DEH操作画上选择“机械超速试验”， DEH将目标转速设置为3360r/min ，机组由3000 r/min开始以速率300r/min/min升速到108%额定转速，然后速率变为100r/min/min，转速缓慢上升到飞环动作转速，遮断汽机。飞环动作转速在110%111%之间满足要求。2.6阀门活动试验 为确保阀门活动灵活，需定期对阀门进行活动试验，以防止卡涩。为减小试验过程中负荷的变动，建议投入负荷控制。阀门活动试验包括高压主汽阀活动试验、中压主汽阀活动试验(

10、带中压调节阀一起活动)、高压调节阀活动试验。 阀门活动试验允许条件： 所有主汽阀全开；负荷在(150-600)MW内；自动状态（非CCS方式）；2.6.1 MSV阀活动试验：右侧开始试验时，MSVR以10%/秒的速度从全开位到全关位，当MSVR关到10%时，MSVR快关阀带电，全关到零位，然后，MSVR快关阀失电，MSVR以10%/秒的速度从全关位到全开位；左侧开始试验时，MSVL试验电磁阀带电，MSVL从全开位到全关位，当MSVL关到10%时，MSVL快关阀带电，全关到零位，然后，MSVL试验电磁阀及快关阀失电，MSVL从全关位到全开位。 注：MSVR及MSVL不能同时试验。2.6.2 CV

11、阀活动试验：CV1试验时，CV1以10%/秒的速度从全开位到全关位，当关到10%时，快关阀带电，全关到零位，然后，CV1快关阀失电，CV1 以 10%/秒的速度从全关位到全开位。CV2、CV3、CV4活动试验同CV1。 注：当有一个CV阀试验时，其它CV阀不能同时试验。2.6.3ICV及RSV活动试验：左侧试验时，ICVL以10%/秒的速度从全开位到全关位，当关到10%时，快关阀带电，全关到零位，接着，RSVL试验电磁阀带电，RSVL从全开位到全关位，当RSVL关到10%时，RSVL快关阀带电，全关到零位，然后，RSVL试验电磁阀及快关阀失电，RSVL从全关位到全开位，接着，ICVL快关阀失电

12、，ICVL以10%/秒的速度从全关位到全开位。右侧活动试验同左侧。注：当左侧试验时时，右侧不能同时试验。2.7主遮断电磁阀试验 在高压遮断集成块上有两个主遮断电磁阀5YV、6YV、7 YV、8YV及各自的试验位置开关，5YV、6YV、7 YV、8YV应分别做试验，确保做试验时始终有一个遮断电磁阀常带电。2.8阀门严密性试验 汽轮机启机后并网之前，应进行主汽阀和调节阀的严密性试验。即在额定真空时，当高、中压主汽阀或高、中压调节阀关闭以后，汽轮机转速应迅速下降至转速n以下，n可按下式进行计算：n=P/P01000r/min式中：P为当前主蒸汽压力，应不低于50额定主蒸汽压力 P0为额定主蒸汽压力试

13、验开始后，DEH按照上式计算出一个可接受转速，然后计算从当前转速下降到可接受转速所经过的时间。运行人员根据汽机转速是否达到可接受转速来判断主汽阀或调节阀的关闭是否严密。超速限制：为避免汽轮机因转速太高离心应力太大而被迫使汽轮机打闸的方法称为超速限制。保安系统可靠。2.9甩负荷由于大容量汽轮机的转子时间常数较小，汽缸的容积时间常数较大。在发生甩负荷时，汽轮机的转速飞升很快，若仅靠系统的转速反馈作用，最高转速有可能超过110%，而发生汽轮机遮断。为此必须设置一套甩负荷超速限制逻辑。在机组甩负荷15%额定负荷且40%额定负荷时，DEH加速度继电器动作，迅速关闭中压调节阀，同时使目标转速及给定转速改为

14、3000r/min，一段时间后，中压调节阀恢复由伺服阀控制，最终使汽轮机转速稳定在3000r/min，以便事故消除后能迅速并网。当机组甩负荷40%额定负荷时，DEH功率-负荷不平衡继电器动作，迅速关闭高压调节阀和中压调节阀，同时使目标转速及给定转速改为3000r/min，一段时间后，高压调节阀和中压调节阀恢复由伺服阀控制，最终使汽轮机转速稳定在3000r/min，以便事故消除后能迅速并网。2.10加速度限制当汽轮机转速大于3060 r/min、加速度大于49r/min/s时，加速度限制回路动作，快速关闭中压调节阀，抑制汽轮机的转速飞升。2.11功率负荷不平衡当甩负荷情况发生时，这个回路用来避免

15、汽轮机超速。当汽轮机功率（用再热汽压力表征）与汽轮机负荷（用发电机负荷表征）不平衡时， 会导致汽轮机超速。当再热汽压力与发电机负荷之间的偏差超过设定值时，功率负荷不平衡继电器动作，快速关闭高压和中压调节阀，抑制汽轮机的超速。汽轮机若出现超速，对其寿命影响较大。除对汽轮机进行超速试验时，转速需超过103%额定转速外，其它任何时候均不允许超过103%额定转速(因网频最高到51Hz即102%)。 超速试验钥匙开关在正常位置时，一旦转速超过103%，则迅速动作超速限制电磁阀，关闭高中压调节阀，油动机保持全关，转速低于103%额定转速时，超速限制电磁阀失电，调节阀恢复由伺服阀控制。注:若机组作超速试验，

16、则103%超速限制功能失效。2.12超速保护若汽轮机的转速太高，由于离心应力的作用，会损坏汽轮机。虽然为防止汽轮机超速，DEH系统中配上了超速限制功能，但万一转速限制不住，超过预定转速则立即打闸，迅速关闭所有主汽阀、调节阀。为了安全可靠，系统中设置了多道超速保护: DEH电气超速保护110%； 危急遮断飞环机械超速保护110112%。 另外，DEH还配有下列打闸停机功能: 操作员手打停机； 由紧急停机柜ETS来打闸信号。3保安系统的深远意义31汽轮发电机超速是极其危险的，汽轮机是高速转动的设备，转动部件的离心力与转速的平方成正比，当汽轮机转速达到额定转速的20时，离心力接近额定转速下应力的1.

17、5倍，此时，转动部件将发生松动，同时离心力将超过材料所允许的强度极限，会造成主设备汽轮机损坏和重大人身事故，汽轮机轴系严重损坏。3.2造成超速的主要原因是调速系统有缺陷：3.2.1调速汽门不能关闭或漏汽量大。3.2.2抽汽逆止门不严或拒绝动作。3.2.3调速系统迟缓率过大或调节部件卡涩。3.2.4运行方式不合理或调整不当。3.2.5调速系统不等率过大。3.2.6调速系统动态特性不当。3.2.7调速系统整定不当，如同步器调整范围、配汽机构膨胀间隙不符合要求等。3.2.8汽轮机超速保护系统故障3.2.8.1危急保安器不动作或动作转速过高危急保安器的动作转速一般规定在高于额定转速的10-12%,这是

18、保护汽轮机使其转速不臻过分升高的主要保护设备，另外不同的机组还没有规定动作转速稍高于危急保安器的附加保护或电超速装置。如果在汽轮机转速升高时，造成危急保安器不动作或动作过尺原因主要有：重锤或飞环导杆卡涩。重锤或飞环动静部件不同心，在运行时憋劲。弹簧在受力产生过大的径向变形，以致与孔壁产生磨擦。接吻扣或打击板间隙过大，撞击子飞出后不能使危急保安器滑阀动作。3.2.8.2危急保安器滑阀卡涩，无法动作。3.2.8.3自动主汽门和调速汽门卡涩。3.2.8.4运行中操作调整不当。3.3容易产生超速的条件3.3.1油质管理不善，进油时是劣质油或标号不同，领回时未化验加入主油箱运行，再者是检修质量不良，轴封

19、间隙调整未在标准范畴内，调整不当，运行中轴封压力调得过大，漏汽到油档，造成油中进水，引起调速和保护部件卡涩。3.3.2运行中同步器手动或电动时，加、减负荷超过规定调整范围，不但会造成机组甩负荷后转速飞升高,而且还会使调节部套失去脉动，从而造成卡涩，引起超速事故。3.3.3运行中蒸汽品质不良，化学监未执行部颁标准，长期运行会造成主汽门和调速汽门卡涩。3.3.4大、小修后或2000小时后和调速系统解体后，开机做超速试验，升速未执行标准，操作不当，造成转速飞升过快。4故障诊断及维护DEH在运行过程中，DEH系统进行定时在线自诊断，对发生故障的环节进行报警显示和打印故障内容，以指导热控人员进行有针对性

20、的在线或离线维修，以使DEH系统尽快恢复正常。DEH系统要想长期、稳定的运行，必须定期的进行维护和检修。4.1在线自诊断DEH在运行过程中，对DEH重要硬件设备，重要的输入/输出信号进行自我检测和诊断，如发现故障则进行报警显示、打印报表。为保证对汽机过程控制的可靠性，OVATION系统分层的进行系统本身的自诊断，诊断发现故障的系统部件将从实时控制中撤除，这样保证是用一个本身无故障的系统对过程进行控制。4.1.1转速通道诊断及处理当三路转速通道中任一路转速信号丢失，或当转速设定点大于200r/min时，转速信号快速变化。则该转速通道故障。当三路转速通道中任一路，在转速设定点大于200r/min时

21、与中间值之差大于20r/min，该转速通道故障。当三块速度检测器模块中任一块模块故障，则该转速板故障。4.1.2单通道产生以上故障时，OIS只显示故障通道号。当有两个通道故障或当转速设定值与转速之差大于500r/min时，产生转速系统故障信号，该信号将切除超速保护功能（OSP）及一次调频功能并禁止ATR方式运行。如果未并网则产生汽机跳闸信号。4.2CPU自诊断4.2.1CPU上有自诊断系统，可进行硬件和组态诊断，并产生故障指示，当CPU检测到或产生故障时，该CPU停止运行，并在前面板上产生故障指示。4.2.2主控CPU发生故障时，它将停止驱动子模件总线上的时钟，10ms内“热备份”CPU检测到

22、时钟丢失，它将立即产生子模件总线上的时钟信号，并接替主板进行过程控制。而原主板就可以更换下来，因为原备用模件已替代主板产生子模件总线上的时钟，而备用子模件已存储了原主板送给它们的过程数据。这样，主控CPU在一个命令时出故障，备用CPU将用上一次写命令内容接替控制，这样就保证在一个控制故障过程数据，依然是正确的。5故障分析与维护DEH装置在进行控制时，系统内部同时进行在线诊断，对发生故障的单元将进行报警、指示并打印。根据OIS站及模板前面板上的报警内容可进行有针对性的在线或离线维修，以使DEH尽快恢复正常。DEH装置内的所有模板都提供了现场诊断、维修故障的方框图，如模板发生故障请遵守用户手册的指

23、导。以下提供一些现场信号的故障原因分析及处理方法：5.1转速通道故障：短暂的单通道故障将不会影响系统的正常运行，但若是长时间故障或转速系统故障，则应由热工进行维修处理，首先用示波器检查故障通道转速是否正常，若不正常则应检查测速发讯头接线是否正确，安装是否符合要求，电缆是否有问题。若转速信号正常而出现转速通道故障，则有可能是速度检测器模块本身有故障。5.2功率、主汽压力、调节级压力等参数与实际情况不符，则应作如下三方面检查：一是检查相应变送器信号是否正常，输出信号范围中是否与设计值相符，如条件允许，对变送器可重新检验；二是检验变送器接线是否正确、可靠，检查电缆有无问题；三是检验模入处理板。 汽机点检：王玉和 2010.4.6表二：签到表格式培训活动签到表- 17 -