防止汽輪機超速—“二十五項重點要求”若干問題全面探討

1、防止汽輪機超速“二十五項重點要求”若干問題全面探討事故超速和嚴重超速機組轉速超過危急保安器動作轉速至3600r/min稱事故超速；大于3600r/min稱嚴重超速。嚴重超速可導致汽輪發(fā)電機組嚴重損壞，甚至毀壞報廢，是汽輪發(fā)電機組設備破壞性最大的事故。事故超速和嚴重超速2001年原國家電力公司對我國12臺次毀機事故的統(tǒng)計表明，約70%為嚴重超速，30為事故超速；其中，3臺為200MW機組，其余為50MW及以下的機組，抽汽機組約占30；平均事故率約為年1臺次，也曾有1年2臺次的記錄。一臺25MW機組嚴重超速甘肅八三電廠93年25MW機組由于發(fā)電機失磁而引起的嚴重超速損壞。目擊者反映：當時先聽到二號

2、汽輪發(fā)電機組發(fā)出不同尋常的異音，同時看到勵磁機處有一團火，發(fā)出像電焊一樣刺眼的藍光。不到一分鐘聽到一聲較大的震響，隨即發(fā)現汽機低壓缸上部冒汽，之后聽到一聲沉悶巨響，看到盤車等部件飛了起來。緊接著煙火升騰，直達主廠房房頂，并相繼發(fā)出一次很清脆的爆炸聲，黑色濃煙很快充滿整個廠房。防止機組嚴重超速的根本措施為杜絕事故的重現，消除事故的隱患，防止事故的萌生和發(fā)展，要求：(1) 嚴格執(zhí)行運行、檢修操作規(guī)程；(2) 嚴防部套卡澀、汽門漏汽和保護拒動；(3) 完善各項調節(jié)系統(tǒng)例行試驗；(4) 提高運行人員對事故的判斷、果斷處理和應變能力。防止超速幾個重要方面探討(1) 甩負荷試驗(2) 調節(jié)系統(tǒng)例行試驗(3

3、) 油質(4) 旁路(5) 抽汽逆止門一、甩負荷試驗目的及特點甩負荷試驗的主要目的是考核汽輪機調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性。尤其是首臺新型機組的考核試驗，根據測量數據計算如動態(tài)超調量、轉子加速度、容積時間常數Tv和轉子轉動慣量J等特征值。考驗整個機組包括主、輔機設備、公用系統(tǒng)、線路等對該工況的適應性。如電氣各參數的調節(jié)控制能力，給水泵適應能力等。幾個特點： (1) 耗時； (2) 涉及機、爐、電、熱工和化學等主要專業(yè)，花費大量人力、物力； (3) 對汽輪機壽命有損傷、存在風險； (4) 環(huán)節(jié)很多，稍不注意可能導致失敗。甩負荷試驗本質假。邏輯、運行方式（旁路預先暖管(開啟) 、除氧器汽源、汽動給水泵汽源）

4、更改、人員專門安排。調節(jié)系統(tǒng)普遍采用數字式電液調節(jié)系統(tǒng)DEH（Digital Electro-Hydraulic Control）。實際上，甩負荷試驗對調節(jié)系統(tǒng)防超速方面的功能驗證，只是對OPC發(fā)電機主開關跳閘回路快速性、可靠性的驗證，至于甩負荷試驗后要求維持空轉的特性，才是考驗調節(jié)系統(tǒng)本身的調節(jié)品質及其與OPC的協(xié)調。電超速保護OPC定義隨著單機容量的不斷增大，蒸汽作功能力和轉子轉動慣量的差距越來越大，僅靠調節(jié)系統(tǒng)的轉速反饋而將汽門快速關閉已難以滿足使機組轉子飛升不使跳閘的要求。于是，大約在上個世紀40-50年代已有電廠引入了電超速保護裝置OPC（Over-speed Protection

5、Control），在發(fā)電機主開關跳閘瞬間，OPC立即搶斷調節(jié)系統(tǒng)的控制權，強行將調節(jié)汽門短時關閉，經過一定的延時，轉速控制交由調節(jié)系統(tǒng)。OPC源于美國西屋公司的超速保護系統(tǒng)，在工程實踐中與常與轉速110%超速保護混淆。在國家電力行業(yè)標準DL/T 701-1999中表述為：超速保護控制是一種抑制超速的控制功能。有采用加速度限制方法實現的，也有采用雙位控制方式實現的，例如汽輪機的轉速達到額定轉速的103%時，自動關閉調節(jié)汽門，當轉速恢復正常時再開啟調節(jié)汽門，如此反復，直至正常轉速控制回路可以維持額定轉速；或者兩種方法同時采用。汽門快關FV(Fast Valving)調節(jié)汽門的快控FV(Fast V

6、alving)，常稱快關，亦是汽輪機的控制系統(tǒng)功能之一。指當電網瞬間故障而使發(fā)電機大幅甩負荷時，快速關閉調節(jié)汽門，以減少機械和電氣功率的明顯不平衡，延時一定的時間，再次開啟，以改善電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定，不致造成系統(tǒng)振蕩，它同樣不會使汽機跳閘?？礻P采取的形式有高中壓調門同時關閉，亦有的只關中壓調門。所以，快關和OPC是相輔相成的，甩負荷發(fā)生時，必定出現汽機機械和電氣功率的明顯不平衡，不過快關功能的存在，補償了油開關不跳閘時汽機功率對電網造成的影響，在一些大機組OPC的設計中，綜合了快關與OPC的特色。汽門快關FV(Fast Valving)從我國的電網結構看，亦不是每臺機組都設計快關功能，因為快關

7、畢竟是一種極端的工況。據美國Foster Wheller公司及我國研究人員研究表明，快關對轉子軸系扭振、葉片應力和熱力系統(tǒng)等都可能產生不良的后果。應根據電網對機組的要求，結合機組本身的實際情況，如轉子軸系扭振、葉片應力和熱力系統(tǒng)等，決定調節(jié)汽門是否具有快控功能。快關功能的設置，在一些嚴重的情況下，如發(fā)電機主開關下游的輸變站開關跳閘、發(fā)電機滅磁開關跳閘，而失磁保護和失步保護未動等，對汽機及電力系統(tǒng)起到非常重要的作用。電超速保護OPC簡介微分器。微分器設計在前蘇聯和我國哈汽型機組的液壓調節(jié)系統(tǒng)上得到廣泛應用。典型設計：當轉速超過額定轉速103%，或在30%負荷以上發(fā)電機油開關跳閘，OPC動作，通過

8、OPC電磁閥，強行迅速關閉調節(jié)汽門，以阻止轉速的過度飛升，延時一定時間（6s左右），且轉速低于3090r/min，電磁閥復位，轉速交由調節(jié)系統(tǒng)控制采用。綜合考慮了功率不平衡及轉速。日立機組之D-EHG/HITASS型電液調節(jié)系統(tǒng)對動態(tài)過程的處理主要依靠102%超速保護（ACC Acceleration Control）和機-電功率失衡保護（PLU Power Load Unbalance）兩個功能來完成。當汽輪機的轉速上升到額定轉速的102%，即3060r/min，且測算出的升速率也超過，EHG（Electro-Hydraulic Governor）將觸發(fā)ACC動作。電超速保護OPC簡介三菱公

9、司DEH OPC的觸發(fā)信號設計為兩路信號的綜合，一為頻差信號f，它表示汽機的實測轉速n和標準同步轉速3000r/min之間的差值n，輸入一函數發(fā)生器，在0%7%之間即0210r/min之間產生一01之間的數Num1；另一路為機械和電氣負荷的不平衡量MW，以代表發(fā)電機功率的發(fā)電機電流信號I，經換算為電負荷MW1與額定負荷產生百分比，與代表汽輪機機械功率的ICV閥出口蒸氣壓力信號PI，經換算為機械負荷MW2與額定負荷產生百分比，兩者相減得MW，輸入一函數發(fā)生器，當MW30%時，輸出為Num2=0，當30%MW60%時，輸出為Num2=1。設計功率不平衡量MW為對轉速信號的補償，兩路信號經過補償器，

10、得出Num=Num1+ Num2；當Num1時，OPC動作，直至使OPC動作的信號消失后復位。測功法甩負荷試驗由于機組保護的邏輯回路設計與甩負荷試驗時的情況不盡相同，以致于近年來，不少從事這方面工作的專業(yè)人員對甩負荷試驗存在不同看法。而測功法甩負荷（甩汽負荷）是在機組不與電網解列，突然關閉進汽閥的情況下，測取發(fā)電機有功功率變化的過渡過程，經換算得到轉速飛升曲線。是一種簡便的間接考核汽輪機調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的試驗方法，不需要過多的臨時措施，簡化了試驗過程、減少了試驗次數和工作量、節(jié)省了試驗費用和時間。另外試驗是以機組跳閘與電網解列、或不停機迅速接帶負荷作為終結，大大提高了甩負荷試驗的安全性。測功法

11、甩負荷試驗是前蘇聯在80年代初提出的，在電液型調節(jié)系統(tǒng)上有應用實例。在前蘇聯，這種方法采用較多，并已納入了試驗規(guī)程。國際電氣技術委員會IEC組織也推薦這種方法。汽門關閉時間的測量對調節(jié)系統(tǒng)而言，防止甩負荷后第一飛升轉速的功能是通過OPC實現的。因而，從主開關跳閘瞬間至調節(jié)汽門關閉至空負荷位置的時間間隔決定了轉子的第一飛升值，要求越快越好。汽門自身關閉時間的提高由本身的時間常數決定，這項研究一直在進行，現代化大型機組的關閉時間已達到一個比較理想的水平；延遲時間一般通過簡單的中間繼電器回路（硬邏輯）實現，或與微處理機（軟）邏輯回路冗余，不僅可靠，也縮短了信號的傳遞時間。負荷后的瞬時飛升轉速nmax

12、預測甩負荷后的瞬時飛升轉速nmax可以按下式估算： 式中：Ta轉子時間常數(s)，s； Tv蒸汽容積時間常數(s)，s； aH、aI高壓缸、中低壓缸功率比例系數，%； tH1、tI1高、中壓油動機延遲時間，s；高、中壓油動機延遲時間tH1、tI1的權重大于工作行程關閉時間tH2、tI2。OPC特性試驗結果 某200MW機組DEH OPC特性試驗測試結果 OPC特性試驗結果 某200MW機組DEH OPC特性試驗測試結果 甩負荷試驗汽門關閉時間與各參數的關系甩負荷試驗汽門關閉時間與各參數的關系二、調節(jié)系統(tǒng)例行試驗調節(jié)保安系統(tǒng)的定期（例行）試驗是檢查其是否處于良好狀態(tài)，在異常情況下能迅速、準確動作

13、，防止機組嚴重超速的主要手段之一。宜參照有關行業(yè)標準、技術管理法規(guī)，結合本廠機組的具體情況，制定定期試驗制度，并嚴格執(zhí)行。調節(jié)系統(tǒng)例行試驗調節(jié)系統(tǒng)例行試驗汽門活動/松動試驗試驗內容： 利用就地試驗裝置或DEH試驗邏輯活動汽門10%20%行程。試驗周期或條件： 每天備注： 白班進行，對于沒有設計調節(jié)汽門活動試驗裝置的機組，應定期(一般每天或每周)進行一次幅度較大的負荷變動。調節(jié)系統(tǒng)例行試驗汽門嚴密性試驗試驗內容： 按制造廠/行業(yè)標準進行。試驗周期或條件： 大修前后，正常運行每年備注： 進口機組建議按我國有關標準進行。調節(jié)系統(tǒng)例行試驗汽門嚴密性試驗日本日立公司250MW機組的TCDF-33規(guī)定機組

14、投運612個月進行主汽門嚴密性試驗，要求在額定轉速和額定蒸汽參數的情況下轉速應降至2/3額定轉速以下。調門嚴密性試驗則在盤車下進行，汽輪機可脫離盤車裝置轉動，但轉速應保持在400600r/min以下。 意大利ANSALDO 320MW機組規(guī)定在機組靜止狀態(tài)下由盤車裝置帶動，在額定參數條件下，調速汽門全開，主汽門全關，此時，不使汽輪機退出盤車運轉，即認為主汽門嚴密性臺格。調門在試驗條件下規(guī)定汽輪機可以退出盤車運行，但轉速應停留在400600r/min以下，試驗周期為612個月。日本三菱公司轉子惰走標準曲線。前蘇聯每個門單獨進行。捷克SKODA 200MW汽輪機制造廠未提供在運行中對汽門嚴密性試驗

15、的具體要求文件。據制造廠家介紹，出廠前對主汽門進行額定壓力下的水壓試驗。在額定參數主汽門全關的情況下，可根據門后疏水量加以判斷，疏水量要求不大于。調節(jié)系統(tǒng)例行試驗汽門嚴密性試驗衡量汽門“嚴密”的標準，可以分為兩類。一是以“轉速”作為衡量標準。 在額定蒸汽參數，試驗閥門關閉的情況下，允許轉速小于或穩(wěn)定在某一轉速下。例如前蘇聯規(guī)定高、中壓主汽門及高壓調速汽門試驗時，轉速應 m 100進行。油顆粒度的幾種國外標準MOOG標準。美國飛機工業(yè)協(xié)會ALA、美國材料試驗協(xié)會ASTM、美國汽車工程師協(xié)會SAE聯合提出的標準。各等級應用范圍：0級很難實現；1級超清潔系統(tǒng)；2級高級導彈系統(tǒng)；3級、4級一般精密裝置

16、（電液伺服機構）；5級低級導彈系統(tǒng)；6級一般工業(yè)系統(tǒng)。按油顆粒尺寸510m、1025 m 、2550 m 、50100 m及 m 100進行。油顆粒度的幾種國外標準ISO分級標準。國際標準化組織ISO考慮一種改進的分級標準，顆粒尺寸在5m 以上和15m以上，從ISO圖上可以查出與該兩種不同尺寸數目的分級（見ISO 4406：1987）。由于是改進，該標準共26級較NAS標準分級（12級）精細，而NAS較MOOG標準（5級）又更細。上述200MW及以上機組汽輪機油運行中必須達到的顆粒度標準SAEA-6D 6級（或工程上稱MOOG 6級）相當于NAS1638（或工程上稱NAS）910級，或ISO

17、15/18級。而抗燃油要求的NAS1638 7級相當于SAEA-6D 3級，或ISO12/15級。套裝油管清潔度對于套裝油管路來說，如果油系統(tǒng)的清潔度在出廠前不嚴格控制，在運輸和儲存過程中，不能很好地得到保證，僅依靠現場的循環(huán)清洗來保證油系統(tǒng)的清潔度是很困難的。必須在制造、運輸、儲存和安裝中嚴格控制，保證油系統(tǒng)的清潔度。如在制造廠內保證焊接清潔度控制，嚴格執(zhí)行油漆工藝，出廠前成套冷油器進行2周的油循環(huán)，成套油箱進廠后重新復驗等措施。運輸、儲存過程中，管子的開口處須嚴格密封，以防止異物掉入或銹蝕。安裝過程中也要嚴格控制油系統(tǒng)的清潔度。驅動給水泵汽輪機超速給水泵出口逆止門故障引起的事故次數雖然不多

18、，但也曾有發(fā)生，應引起注意。如：1996年濰坊電廠一臺300MW機組，在鍋爐滅火停機的過程中，汽動給水泵正常停泵，但因給水泵出口逆止門未能關閉，高壓爐水倒灌，使給水泵汽輪機反轉，轉速高達8748r/min，造成了泵組嚴重超速并損壞的事故。因此，對給水泵汽輪機出口逆止門的嚴密性和可靠性也應給予重視，以防后患。防止軸系斷裂振動是反映機組運行狀況的重要指標，許多重大設備事故的先兆都會在振動上表現出來。因此，明確要求振動超限跳機保護必須投入運行，充分發(fā)揮該保護的作用，以確保機組的安全、穩(wěn)定運行。1988年2月，秦嶺電廠5號200MW機組在做超速試驗時，由于發(fā)生了超速而導致了軸系斷裂事故。其中一個主要原因就是由于在結構設計上存在著某些軸承易于油膜失穩(wěn)和軸系穩(wěn)定性裕度不足的問題，因而