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1、防止汽轮机超速 “二十五项重点要求”若干问题探讨,轮机室,2008年10月,事故超速和严重超速,机组转速超过危急保安器动作转速至3600r/min称事故超速； 大于3600r/min称严重超速。严重超速可导致汽轮发电机组严重损坏，甚至毁坏报废，是汽轮发电机组设备破坏性最大的事故。,事故超速和严重超速,2001年原国家电力公司对我国12台次毁机事故的统计表明，约70%为严重超速，30为事故超速； 其中，3台为200MW机组，其余为50MW及以下的机组，抽汽机组约占30；平均事故率约为1.5年1台次，也曾有1年2台次的记录。,一台25MW机组严重超速,甘肃八三电厂93年25MW机组由于发电机失磁而
2、引起的严重超速损坏。 目击者反映： 当时先听到二号汽轮发电机组发出不同寻常的异音，同时看到励磁机处有一团火，发出像电焊一样刺眼的蓝光。不到一分钟听到一声较大的震响，随即发现汽机低压缸上部冒汽，之后听到一声沉闷巨响，看到盘车等部件飞了起来。紧接着烟火升腾，直达主厂房房顶，并相继发出一次很清脆的爆炸声，黑色浓烟很快充满整个厂房。,防止机组严重超速的根本措施,为杜绝事故的重现，消除事故的隐患，防止事故的萌生和发展，要求： (1) 严格执行运行、检修操作规程； (2) 严防部套卡涩、汽门漏汽和保护拒动； (3) 完善各项调节系统例行试验； (4) 提高运行人员对事故的判断、果断处理和应变能力。,防止超
3、速几个重要方面探讨,(1) 甩负荷试验 (2) 调节系统例行试验 (3) 油质 (4) 旁路 (5) 抽汽逆止门,一、甩负荷试验目的及特点,甩负荷试验的主要目的是考核汽轮机调节系统的动态特性。尤其是首台新型机组的考核试验，根据测量数据计算如动态超调量、转子加速度、容积时间常数Tv和转子转动惯量J等特征值。 考验整个机组包括主、辅机设备、公用系统、线路等对该工况的适应性。如电气各参数的调节控制能力，给水泵适应能力等。 几个特点：(1) 耗时；(2) 涉及机、炉、电、热工和化学等主要专业，花费大量人力、物力；(3) 对汽轮机寿命有损伤、存在风险；(4) 环节很多，稍不注意可能导致失败。,甩负荷试验
4、本质,假。逻辑、运行方式（旁路预先暖管(开启) 、除氧器汽源、汽动给水泵汽源）更改、人员专门安排。 调节系统普遍采用数字式电液调节系统DEH（Digital Electro-Hydraulic Control）。实际上，甩负荷试验对调节系统防超速方面的功能验证，只是对OPC发电机主开关跳闸回路快速性、可靠性的验证，至于甩负荷试验后要求维持空转的特性，才是考验调节系统本身的调节品质及其与OPC的协调。,电超速保护OPC定义,随着单机容量的不断增大，蒸汽作功能力和转子转动惯量的差距越来越大，仅靠调节系统的转速反馈而将汽门快速关闭已难以满足使机组转子飞升不使跳闸的要求。于是，大约在上个世纪40-50
5、年代已有电厂引入了电超速保护装置OPC（Over-speed Protection Control），在发电机主开关跳闸瞬间，OPC立即抢断调节系统的控制权，强行将调节汽门短时关闭，经过一定的延时，转速控制交由调节系统。 OPC源于美国西屋公司的超速保护系统，在工程实践中与常与转速110%超速保护混淆。 在国家电力行业标准DL/T 701-1999中表述为：超速保护控制是一种抑制超速的控制功能。有采用加速度限制方法实现的，也有采用双位控制方式实现的，例如汽轮机的转速达到额定转速的103%时，自动关闭调节汽门，当转速恢复正常时再开启调节汽门，如此反复，直至正常转速控制回路可以维持额定转速；或者两
6、种方法同时采用。,汽门快关FV(Fast Valving),调节汽门的快控FV(Fast Valving)，常称快关，亦是汽轮机的控制系统功能之一。 指当电网瞬间故障而使发电机大幅甩负荷时，快速关闭调节汽门，以减少机械和电气功率的明显不平衡，延时一定的时间，再次开启，以改善电力系统的暂态稳定，不致造成系统振荡，它同样不会使汽机跳闸。 快关采取的形式有高中压调门同时关闭，亦有的只关中压调门。所以，快关和OPC是相辅相成的，甩负荷发生时，必定出现汽机机械和电气功率的明显不平衡，不过快关功能的存在，补偿了油开关不跳闸时汽机功率对电网造成的影响，在一些大机组OPC的设计中，综合了快关与OPC的特色。,
7、汽门快关FV(Fast Valving),从我国的电网结构看，亦不是每台机组都设计快关功能，因为快关毕竟是一种极端的工况。 据美国Foster Wheller公司及我国研究人员研究表明，快关对转子轴系扭振、叶片应力和热力系统等都可能产生不良的后果。 应根据电网对机组的要求，结合机组本身的实际情况，如转子轴系扭振、叶片应力和热力系统等，决定调节汽门是否具有快控功能。 快关功能的设置，在一些严重的情况下，如发电机主开关下游的输变站开关跳闸、发电机灭磁开关跳闸，而失磁保护和失步保护未动等，对汽机及电力系统起到非常重要的作用。,电超速保护OPC简介,微分器。微分器设计在前苏联和我国哈汽型机组的液压调节
8、系统上得到广泛应用。 典型设计：当转速超过额定转速103%，或在30%负荷以上发电机油开关跳闸，OPC动作，通过OPC电磁阀，强行迅速关闭调节汽门，以阻止转速的过度飞升，延时一定时间（6s左右），且转速低于3090r/min，电磁阀复位，转速交由调节系统控制采用。 综合考虑了功率不平衡及转速。 日立机组之D-EHG/HITASS型电液调节系统对动态过程的处理主要依靠102%超速保护（ACC Acceleration Control）和机-电功率失衡保护（PLU Power Load Unbalance）两个功能来完成。当汽轮机的转速上升到额定转速的102%，即3060r/min，且测算出的升速
9、率也超过57.5r/min/s，EHG（Electro-Hydraulic Governor）将触发ACC动作。,电超速保护OPC简介,三菱公司DEH OPC的触发信号设计为两路信号的综合，一为频差信号f，它表示汽机的实测转速n和标准同步转速3000r/min之间的差值n，输入一函数发生器，在0%7%之间即0210r/min之间产生一01之间的数Num1；另一路为机械和电气负荷的不平衡量MW，以代表发电机功率的发电机电流信号I，经换算为电负荷MW1与额定负荷产生百分比，与代表汽轮机机械功率的ICV阀出口蒸气压力信号PI，经换算为机械负荷MW2与额定负荷产生百分比，两者相减得MW，输入一函数发生
10、器，当MW60%时，输出为Num2=1。设计功率不平衡量MW为对转速信号的补偿，两路信号经过补偿器，得出Num=Num1+ Num2；当Num1时，OPC动作，直至使OPC动作的信号消失后复位。,测功法甩负荷试验,由于机组保护的逻辑回路设计与甩负荷试验时的情况不尽相同，以致于近年来，不少从事这方面工作的专业人员对甩负荷试验存在不同看法。 而测功法甩负荷（甩汽负荷）是在机组不与电网解列，突然关闭进汽阀的情况下，测取发电机有功功率变化的过渡过程，经换算得到转速飞升曲线。是一种简便的间接考核汽轮机调节系统动态特性的试验方法，不需要过多的临时措施，简化了试验过程、减少了试验次数和工作量、节省了试验费用
11、和时间。另外试验是以机组跳闸与电网解列、或不停机迅速接带负荷作为终结，大大提高了甩负荷试验的安全性。 测功法甩负荷试验是前苏联在80年代初提出的，在电液型调节系统上有应用实例。在前苏联，这种方法采用较多，并已纳入了试验规程。国际电气技术委员会IEC组织也推荐这种方法。,汽门关闭时间的测量,对调节系统而言，防止甩负荷后第一飞升转速的功能是通过OPC实现的。因而，从主开关跳闸瞬间至调节汽门关闭至空负荷位置的时间间隔决定了转子的第一飞升值，要求越快越好。 汽门自身关闭时间的提高由本身的时间常数决定，这项研究一直在进行，现代化大型机组的关闭时间已达到一个比较理想的水平；延迟时间一般通过简单的中间继电器
12、回路（硬逻辑）实现，或与微处理机（软）逻辑回路冗余，不仅可靠，也缩短了信号的传递时间。,负荷后的瞬时飞升转速nmax预测,甩负荷后的瞬时飞升转速nmax可以按下式估算：式中：Ta转子时间常数(s)，s；Tv蒸汽容积时间常数(s)，s；aH、aI高压缸、中低压缸功率比例系数，%；tH1、tI1高、中压油动机延迟时间，s；高、中压油动机延迟时间tH1、tI1的权重大于工作行程关闭时间tH2、tI2。,OPC特性试验结果,某200MW机组DEH OPC特性试验测试结果,OPC特性试验结果,某200MW机组DEH OPC特性试验测试结果,甩负荷试验汽门关闭时间与各参数的关系,甩负荷试验汽门关闭时间与各
13、参数的关系,二、调节系统例行试验,调节保安系统的定期（例行）试验是检查其是否处于良好状态，在异常情况下能迅速、准确动作，防止机组严重超速的主要手段之一。 宜参照有关行业标准、技术管理法规，结合本厂机组的具体情况，制定定期试验制度，并严格执行。,调节系统例行试验,调节系统例行试验,汽门活动/松动试验 试验内容：利用就地试验装置或DEH试验逻辑活动汽门10%20%行程。 试验周期或条件：每天 备注：白班进行，对于没有设计调节汽门活动试验装置的机组，应定期(一般每天或每周)进行一次幅度较大的负荷变动。,调节系统例行试验,汽门严密性试验 试验内容：按制造厂/行业标准进行。 试验周期或条件：大修前后，正
14、常运行每年 备注：进口机组建议按我国有关标准进行。,调节系统例行试验 汽门严密性试验,日本日立公司250MW机组的TCDF-33规定机组投运612个月进行主汽门严密性试验，要求在额定转速和额定蒸汽参数的情况下转速应降至2/3额定转速以下。调门严密性试验则在盘车下进行，汽轮机可脱离盘车装置转动，但转速应保持在400600r/min以下。 意大利ANSALDO 320MW机组规定在机组静止状态下由盘车装置带动，在额定参数条件下，调速汽门全开，主汽门全关，此时，不使汽轮机退出盘车运转，即认为主汽门严密性台格。调门在试验条件下规定汽轮机可以退出盘车运行，但转速应停留在400600r/min以下，试验周
15、期为612个月。 日本三菱公司转子惰走标准曲线。前苏联每个门单独进行。 捷克SKODA 200MW汽轮机制造厂未提供在运行中对汽门严密性试验的具体要求文件。据制造厂家介绍，出厂前对主汽门进行额定压力下的水压试验。在额定参数主汽门全关的情况下，可根据门后疏水量加以判断，疏水量要求不大于0.1g/min。,调节系统例行试验 汽门严密性试验,衡量汽门“严密”的标准，可以分为两类。 一是以“转速”作为衡量标准。在额定蒸汽参数，试验阀门关闭的情况下，允许转速小于或稳定在某一转速下。例如前苏联规定高、中压主汽门及高压调速汽门试验时，转速应800r/min，中压调速汽门1100r/min，而对降速时间不座严
16、格要求，约为57min。我国规定允许转速1000r/min。日本日立、意大利机组以能否使盘车脱扣或400r/min600r/min作为衡量标准。这种方法比较简单直观。 二是以定“时间”作为衡量标准。在试验阀门关闭的情况下，根据机组惰走时间与标准惰走时间进行比较确定。比利时、三菱公司等即采用这种方法。另外有文章介绍苏联也曾采用过这种方法，其中规定关闭试验阀门后，转速降至1500r/min所需要的时间与标准惰走曲线相比较，用其时间差来校验汽门的严密性。,调节系统例行试验,我国电力工业技术管理法规第六章，汽轮机组第3、6、19条规定：机组大修前后应进行汽门的严密性试验，并每年检查一次。 一般在额定汽压及空负荷运行时进行。当自动主汽门(或调速汽门)单独迅速关闭而调速汽门(或自动主汽门)全开的情况下，最大漏汽量引起的转动转速应不超过额定转速的三分之一。 机械工程手册中要求，额定转速时在主汽阀(或调节阀)单独迅速关闭，而调节阀(或主汽阀)全开的情况下，转子应按惰走曲线降速，最后稳定转速应低于1000r/min，但两种阀门中应有一种阀门的严密性要使稳定转速低于400600r/min。 并未提及真空及时间！,
