汽机超速的危害

• 由办公室赶至3号机控制室的顾宗军，在看到3号 控制屏光字牌后(3号机控制盘上光字牌显示“发 电机差动保护动作和“自动主汽门关闭”)，向曹 磊询问有关情况，同意维持空转、开启主汽门， 并将汽机热工联锁保护总开关切至“退除”位置。 • 随后顾宗军又赶到3号机机头，看到黄汉添正 在退中压调压器，就令黄汉添去复位低压调压器， 自己则复位中压调压器。黄汉添在复位低压调压 器时，出现机组加速，机头颤动，汽轮机声音越 来越大等异常情况(事后调查证实是由于低压抽汽 逆止阀不起作用，造成外管网蒸汽倒流引起汽轮 机超速的)。 •
• 3.调节系统机械故障 • 调节系统在甩负荷和打闸的情况下控 制调门和主汽门关闭，如果其机械部分故 障，如卡涩、漏油等情况，会导致甩负荷 打闸后汽门不关闭，造成超速 • 4.调节系统电气控制部分故障 • 调节系统电气控制部分故障，如卡件 损坏、电磁阀卡涩等情况，也会导致甩负 荷打闸后汽门不关闭，造成超速 • 5.阀门关闭速度不合格 • 打闸后主汽门和调节汽门关闭速度过 慢，不能及时切断汽轮机进汽，也会导致 超速
• 6.OPC故障—甩负荷故障 • 正常甩电负荷时，OPC保护动作， 汽轮机主汽门开启、调节汽门迅速关 闭，以切断汽轮机供汽防止超速。但 当OPC动作故障时，不能切断汽轮机进 汽，就会引起超速。 • 7.危急保安系统故障 • 汽轮机设有超速保护，在发生超 速后，相应的保护措施失效，不能及 时切断汽源以降低汽轮机转速，导致 汽轮机转速进一步升高。
• 3.综合表现 • 汽轮机超速时，以上危害是同时 发生的，并相互影响形成恶性循环： • 汽轮机超速——转子离心力上升—— • 振动上升——达到二阶临界转速—— • 振动大幅上升——动静摩擦—— • 振动继续增加——破坏转子（包括动 静摩擦破坏和离心力超出设计值破 坏）——汽轮机报废。
• 二、引起汽轮机超速的原因 • 首先，汽轮机的超速发生在汽轮 发电机组空载时，其最根本的原因在 于进入汽轮机做工的蒸汽量大于汽轮 机空载并维持3000rpm所需的蒸汽量。 这种情况通常发生在汽轮机瞬间甩掉 电负荷或汽负荷而相应的切断汽轮机 进汽的措施失效的情况下。 • 具体原因如下：
• 1. 事故经过 1999年2月25日，乌石化热电厂汽机 车间主任薛良、副主任顾宗军与汽机车间15名工 人当班，其中3号汽机组由司机曹磊、副司机黄汉 添和马新俊值班。 凌晨1时37分48秒，3号发电 机一变压器组发生污闪，使3号发电机组跳闸，3 号机组电功率从41MW甩到零。汽轮机抽汽逆止 阀水压联锁保护动作，各段抽汽逆止阀关闭。转 速飞升到3159r／min后下降。 • 曹磊令黄汉添到现场确认自动主汽门是否关闭， 并确认转速。后又令马新俊启动交流润滑油泵检 查。薛良赶到3号机机头，看到黄汉添在调整同步 器。薛良检查机组振动正常，自动主汽门和调速 汽门关闭，转速2960r／min，认为是污闪造成机 组甩负荷，就命令黄汉添复位调压器，自己去复 位同步器。 •
• 以下罗列一些案例及事故原因分析 • （1）1988年某厂一台国产200MW汽轮 发电机组，在进行危急保安器提升转 速试验时，在用超速滑阀提升转速中 调节系统失控，转速忽然上升到 3500r/min多，机组剧烈振动，造成轴 系断裂为13段，多处是轴颈部分断裂， 整个汽轮机和发电机毁坏报废，损失 2500多万元。
主汽门 来汽
调速汽门
汽轮机
发电机
排汽
回热用汽 工业用汽 抽汽逆止阀 抽汽电动阀
• 1.阀门严密性不合格 • 汽轮机甩负荷或者带负荷打闸的 情况下虽然调节保安系统动作，如果 主汽门和调速汽门关闭但没有关严， 导致汽轮机仍然进汽，造成转速上升。 • 2.抽汽逆止阀关闭不严 • 在汽轮机带抽汽负荷的情况下， 打闸甩负荷后如果抽汽逆止阀关闭不 严，会造成抽汽系统向汽轮机反向供 汽，造成汽轮机超速
• 3 机组重要的运行监测表计，尤其是转速 表，显示不正确或失效，严禁机组启动。 运行中的机组，在无任何有效监测手段的 情况下，必须停止运行。 • 4 润滑油和抗燃油的油质应合格。在油质 和清洁度不合格的情况下，严禁机组启动。 • 5 测试汽门关闭时间应符合设计要求，确 认高压主汽门、调节汽门、中低压供热调 节汽门及各段抽汽逆止门均能迅速关闭， 并严格按规程做好上述汽门的定期活动试 验，避免汽阀卡涩。
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事故原因分析
(二)运行人员在发电机差动保护动作后，应先关闭 抽汽电动门后解列调压器。但依据制造厂资料编 制的规程有关条款模糊不清，未明确上述操作的 先后顺序，3号机组操作人员对操作顺序不明确， 导致复位调压器后，中低压旋转隔板开启，使得 低压抽汽可以顺利返回排汽侧，是机组超速飞车 的次要直接原因。 (三)在事故处理中，司机曹磊在关闭抽汽电动门时 投有确认阀门关闭情况，低压抽汽电动阀系统实 际处于开启状态，使之与阀碟脱落的低压蒸汽逆 止阀形成通道，导致低压蒸汽倒流，是飞车的间 接原因
事故原因分析
• (四)事故之后盲目启动，没有对机组进行全 检查，没有发现低压抽汽的逆止阀和电动 阀均未关闭 • (五)热控保护不完整,即打闸的同时控制系 统没有关闭中低压旋转隔板，导致超速后 运行人员多次打闸都没有隔断低压抽汽在 汽缸中流通 • (六)事故出现后没有冷静分析事故原因，而 是盲目操作，导致了事故的扩大。如果超 速后发现超速的原因是低压抽汽反汽，就 可立即采取措施隔断反汽，进而控制事故。
• 薛良看到机组转速上升到3300r／min时，立即手 打危急遮断器按钮，关闭自动主汽门，同时将同 步器复位，但机组转速仍继续上升。薛良和马新 俊又数次手打危急遮断器按钮，但转速依然飞速 上升，在转速达到3800r／min时，薛良下令撤离， 马新俊在撤退中，看见的转速为4500r／min。 • 约1时40分左右，3号机组发生超速飞车。随即 一声巨响，机组中部有物体飞出，保温棉渣四处 散落，汽机下方及冷油器处起火。 • 乌石化和热电厂领导迅速赶至现场组织事故抢 险，并采取紧急措施对热电厂的运行设备和系统 进行隔离。于凌晨4：20将火扑灭，此时，汽轮 机本体仍继续向外喷出大量蒸汽，当将1.27MPa 抽汽供外网的电动门关闭后，蒸汽喷射随即停止。
• （4）1990年某自备厂一台50MW供热机 组，在机组停机时，负荷减到7MW再也 减不下来，操纵职员未看功率表，只 看到调节汽门已封闭，即打闸停机并 将机组解列，主汽门、调节汽门固然 封闭，但与热网连接的抽汽逆止门卡 涩未能封闭，导致热网系统蒸汽返进 汽轮机造成机组严重超速报废。
• 五、防止汽轮机超速事故的措施 • 为防止汽轮机超速，《防止电力生产 重大事故的二十五项重点要求》明确 提出以下要求： • 1 在额定蒸汽参数下，调节系统应能 维持汽轮机在额定转速下稳定运行， 甩负荷后能将机组转速控制在超速保 护动作转速以下。 • 2 各种超速保护（OPC超速保护、电超 速保护和机械超速保护）必须正常投 入运行，超速保护不能可靠动作时， 禁止机组启动和运行。
汽轮机超速事故举例及防止措施
汽机所安全生产月讲座
一、汽轮机超速造成的危害 • 二、引起汽轮机超速的原因 • 三、汽轮机超速保护 • 四、汽轮机超速案例 • 五、防止汽轮机超速事故的措施
一、汽轮机超速造成的危害 • 1. 对汽轮机转子具有破坏性 • 汽轮机在运行过程中，叶片所受 的离心力和转速的平方成正比，即是 说，转速虽然上升不大，但转子上所 承受的离心力就成几何倍的增长，如 果超速，会使得汽轮机转子承受超过 设计值的离心力进而产生破坏，所以 超速现象对汽轮机是极为危险的。
• 2.电超速（包括DEH超速和TSI超速） • 汽轮机安全监视系统TSI(Turbine Supervisory Instrumentation) • 汽轮机数字电液调节系统DEH(Digital Electric Hydraulic Control System) • 电超速动作过程：当汽轮机转速 升高至额定转速的110%（3300rpm）时， 电超速保护动作，由DEH和TSI系统同 时发出打闸指令迅速关闭主汽门、调 速汽门和抽汽逆止阀，实现停机。
• 2.引起汽轮机的振动 • 一方面表现Fra Baidu bibliotek：由质量不平衡引 起的汽轮机振动和质量不平衡部分所 受的离心力有直接关系，而离心力可 以表示为： • F=mω2r • 即转子在旋转时所受的不平衡离 心力和旋转速度的平方成正比，这就 使得汽轮机随着转速的上升振动也会 上升
•
另一方面汽轮机超速会导致汽轮 机到达临界转速进而引起振动：转机 的转子在设计、制造过程中，都会有 一个自身的自震频率，也就是我们冲 转的时候要注意的临界转速所对应的 频率。所以，汽轮机正常的工作转速 都不在临界转速范围内。但当汽轮机 转速超过工作转速，达到转子自身频 率的两倍，这时机组的震动将大大增 加，甚至比机组过临界转速的震动还 要大的多。
• （3）1990年某厂一台25MW中压汽轮机 组，在锅炉满水后蒸汽带水进进汽轮 机时打闸停机，但因自动主汽门、调 节汽门卡涩未能完全封闭，机组仍带 有2万多千瓦有功负荷，而汽机运行职 员却按解列按钮将发电机与系统解列， 造成机组严重超速，轴系断裂为11段， 多处从轴颈部位扭断，汽机叶轮、大 轴、汽缸断裂飞出，汽轮机和发电机 毁坏报废。
• 6 机组做真实超速前，必须先做手动 停机试验，确认就地和远方停机试验 合格后，允许做超速试验，并设专人 负责就地和远方停机按扭。当转速超 过3330r/min而安全系统的超速保护未 动作时，立即手动停机。 • 7 正常停机时，在打闸后，应先检查 有功功率到零、电度表停转或逆转后， 再将发电机与系统解列，或采用发电 机逆功率保护动作解列，严禁带负荷 解列。
• 三、汽轮机超速保护： • 1.OPC保护 • 火电机组超速保护系统OPC(Over speed Protect Controller)是一种抑制发 电机组超速的保护控制,其作用是在汽轮机 出现超速时,关闭所有调节汽门和抽汽逆止 阀,防止汽轮机转速进一步升高。 • 当汽轮机转速升高至额定转速的103% （3090rpm）时，OPC保护动作，调节系统 发出指令迅速关闭所有调速汽门和抽汽逆 止阀使汽轮机转速下降
事故原因分析
• (一)1.27MPa抽汽逆止阀阀碟铰制孔螺栓 断裂使阀碟脱落，抽汽逆止阀无法关闭， 是机组超速飞车的主要直接原因。 < 通过 调查表明，3号机发生超速飞车是在按正常 程序恢复生产，复位低压调压器时，由于 外管网低压蒸汽倒流进入汽轮机所引起的。 根据对1．27MPa抽汽逆止阀解体检查和鉴 定结果证实，造成低压蒸汽倒流的原因是： 抽汽逆止阀铰制孔螺栓断裂，阀碟脱落， 致使该逆止阀无法关闭。
• 3.机械超速保护 • 机械超速保护系统由危急遮断器 和危急遮断油门组成，危机遮断器采 用离心飞锤式，当转速升至3300-3360 r/min时，飞锤因离心力克服弹簧力而 飞出，使危机遮断油门的脱钩而动作， 泄掉保安油压实现停机
• 四、汽轮机超速案例 • 1999年2月25日凌晨1时40分左右， 中国石油乌鲁本齐石油化工总厂(以下 简称乌石化)热电厂3号发电机一变压 器组污闪，3号汽轮发电机组甩负荷。 在当班操作人员进行事故处理时，发 生汽轮机超速飞车的设备事故，同时 发电机及机组油系统着火。事故无人 员伤亡，设备直接经济损失1916万元。
• （2）1985年某厂一台国产200MW机组运行中， 发电机开关掉闸甩负荷后，转速上升，危急保安 器固然动作，关闭了高压自动主汽门、调节汽门， 但由于右侧中压主汽门自动关闭器卡涩，造成右 侧中压主汽门延时封闭，再热器余汽使机组转速 继续上升，约在3800r/min时，机组剧烈振动，中、 低压转子间的加长轴对轮螺栓断裂拉脱，高、中 压转子继续上升到4500r/min左右，轴系断裂成5 段，高中压转子、汽缸通流部分严重毁坏，轴承、 油管损坏后透平油漏出起火，经奋力抢救扑灭。 事故后经鉴定，汽轮机本体报废，发电机修复后 继续使用，经8个多月耗资1400多万元才恢复运 行。