330MW机组危急遮断装置存在的问题分析及对策

330MW机组危急遮断装置存在的问题分析及对策

【摘要】某电厂安装的330MW机组，在调试中发现危急遮断器装置的撑钩有时不能复位。经过分析，找到了不能使撑钩复位的原因是撑钩处安装的平列双撑弹簧扭矩不足，通过增加该弹簧的扭矩解决了撑钩不能复位的问题。

【关键词】危急遮断器装置；撑钩复位；平列双撑弹簧；扭矩；扭转变形角

1、系统简介

某电厂安装的东方汽轮机厂生产的330MW亚临界一次中间再热三缸双排气双抽凝汽式供热汽轮机组，该机组调节保安系统是高压抗燃油数字电液控制系统（DEH）的执行机构，它接受DEH发出的指令，完成挂闸、驱动阀门及遮断机组等任务。其中的低压保安系统由危急遮断器、危急遮断器装置、遮断隔离阀组、机械遮断机构、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，见图1。机组挂闸程序如下：按下挂闸按钮，复位试验阀组中的复位电磁阀（1YV）带电动作，将润滑油引入危急遮断器装置活塞侧腔室，活塞上行到上止点，使危急遮断器装置的撑钩复位，通过机械遮断机构的杠杆将遮断隔离阀组的机械遮断阀复位，将高压保安油的排油口封住，建立高压保安油。当压力开关组件中的三取二压力开关检测到高压保安油已建立后，向DEH发出信号，使复位电磁阀（1YV）失电，危急遮断器装置活塞回到下止点，DEH检测行程开关ZS1的常开触点仍为闭合、ZS2的常开触点仍为闭合，DEH判断挂闸程序完成。

2、存在的问题及分析

2011年8月中旬在做整套启动前模拟试验时，发现由集控室DEH操作盘上按下挂闸按钮后，复位试验阀组中的复位电磁阀（1YV）带电动作，将润滑油引入危急遮断器装置活塞侧腔室，活塞上行到上止点（通过杠杆行程测量得知），通过机械遮断机构的杠杆将遮断隔离阀组的机械遮断阀复位，将高压保安油的排油口封住，建立高压保安油。当压力开关组件中的三取二压力开关检测到高压保安油已建立后，使复位电磁阀（1YV）失电，危急遮断器装置活塞回到下止点，活塞内油泄出。同时在危急遮断装置撑钩脱扣弹簧的作用下，机械遮断机构的杠杆回到脱扣状态，高压保安油的排油口排油口打开，泄掉高压保安油，挂闸过程没有完成。DEH操作画面显示与现场一致，显示没有挂闸。在反复试验几次后，挂闸过程都没有完成。

通过测量机械遮断机构的杠杆的行程，同时对比厂家设计图纸，该杠杆行程满足设计要求。通过检测，排除了行程开关ZS1、ZS2、ZS3、ZS4、ZS5及电磁阀1YV、2YV、3YV、4YV误动的可能性。检查外部一切正常后，打开了前轴承箱上盖，对危急遮断装置连杆系上的其他部套行程进行了测量，测量结果显示，危急遮断器装置活塞行程为67.3mm、危急遮断装置连杆行程为16.3mm、危急遮断装置撑钩脱扣连杆行程为13.1mm，均符合设计要求。

排除了连杆系行程受限原因后，把前轴8承箱上盖再次扣上，同时拆开前轴承箱前侧的有机玻璃观察窗，再次试验挂闸。通过观察发现，复位电磁阀（1YV）带电后，遮断器装置活塞侧腔室内开始注油，活塞开始推动危急遮断装置连杆，当活塞上行到上止点时，危急遮断器装置的撑钩没有复位。经过多次试验，撑钩均没有复位。

多次挂闸不成功的情况下，在就地对挂闸动作进行了试验。用钢丝使复位电磁阀（1YV）动作，撑钩依然没有复位，但是，用手稍微加力推动撑钩后，撑钩立即复位，机械遮断机构的杠杆保持挂闸状态，高压保安油的排油口封闭，高压保安油建立，挂闸过程完成。手动打闸后，再次就地试验挂闸动作，撑钩依然没有自动复位。施加外力后，撑钩再次复位，挂闸成功。

通过就地挂闸试验判断，由DEH操作盘挂闸不成功，是由于危急遮断器装置的撑钩没有自动复位引起的。

3、解决对策

危急遮断器装置的撑钩自动复位是靠撑钩处安装的平列双撑弹簧辅助完成的，见图1。当危急遮断器装置活塞上行到上止点，机械遮断机构的杠杆也运动到将高压保安油的排油口封住位置，此时撑钩应在平列双撑弹簧扭矩的作用下复位。经由DEH操作盘和就地试验结果，可以判断撑钩没有自动复位，根本原因在于该平列双撑弹簧扭矩不足，不能完成撑钩的复位。

该平列双撑弹簧的材质为60Si2MnA，弹簧顺向扭转，弹簧钢丝直径d为2.5mm、内径D1为27mm、自由状态下弹簧扭转角φ1为160.38°、挂闸状态下弹簧扭转角φ2为112.21°、弹簧扭臂l1为22mml2为32mm，有效圈数n为左右各2圈，合计4圈。

根据设计，危急遮断装置连杆与撑钩的重叠度为mm，如图3所示。考虑到此重叠度值较小，打闸时撑钩转动的角度较小，计算打闸过程中撑钩转动的角度时可以认为2mm为弧长。因此，可以计算得打闸过程中撑钩转动的角度为：

由此可以计算得，在打闸状态下，该平列双撑弹簧的扭转角φ3为：

由于此弹簧为平列双撑弹簧，存在对称的双臂，因此扭矩为单臂的两倍。所以，打闸状态下，该平列双撑弹簧的扭矩为：

为了确保危急遮断器装置的撑钩在平列双撑弹簧辅助完成自动复位，增大弹簧的的工作扭矩是较好的选择。通过观察，决定在平列双撑弹簧扭臂侧增加垫片，从而增大弹簧的扭转变形角与扭矩。

经过与厂家协商，决定在平列双撑弹簧长臂下增加一组镀锌垫片，垫片厚度5mm左右，实际测量增加的垫片厚度为5.8mm，如图4所示。

由于增加垫片，平列双撑弹簧增加的扭转变形角φ5为：= =9°，即弹簧的扭转变形角增大了9°。

则增加垫片后，打闸状态下弹簧扭转变形角φ6为：

此时，该平列双撑弹簧的扭矩为：

该平列双撑弹簧的试验扭矩为：

其中Ts——试验扭矩（N·mm）；

σs——试验弯曲应力（MPa），σs为抗拉强度×0.8。抗拉强度取材料标准的下限值。材质为60Si2MnA直径2.5mm的钢丝，抗拉强度下限值Rm为1780MPa （圆柱螺旋弹簧设计计算GBT 23935-2009 P40）；

d——材料直径（mm），2.5mm；

所以：N·mm

由计算可知，即调整扭转变形角与扭矩后，工作扭矩不大于试验扭矩，此平列双撑弹簧满足运行要求。

4、结束语

通过增加垫片，增大平列双撑弹簧扭矩以后，再次由集控室DEH操作盘上按下挂闸按钮后，挂闸一次成功，后经十余次远程和就地试验，均能顺利挂闸。试验结果表明，采用科学的调整方法和改进措施，危急遮断器装置的撑钩实现了自动复位，低压保安系统完全满足了生产需要。

参考文献

[1]圆柱螺旋弹簧设计计算（GBT 23935-2009）.北京：中国标准出版社，2009

[2]冷卷圆柱螺旋弹簧技术条件第3部分：扭转弹簧（GBT 1239.3-2009）.北京：中国标准出版社，2009

[3]东方汽轮机厂.调节保安系统说明书（D330E-000301ASM）.2008