汽轮机保护系统讲义

危急保安器
xmax

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可以把调速器称为稳定调速器， 而把危急保安器称为不稳定调速器
x
5 1 2 4 3
n0
n2
n1
n
(1 2 )
a
机械液压超速保护系统 哈汽200MW危急保安系统
双危急保安器 双危急遮断油门 飞锤在线试验 o飞锤单独试验 o实际超速试验 o注油试验 滑阀式危急遮断油门
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ETS系统与其他系统的关系 1. ETS系统与DEH系统、TSI系统等是互相联系，相 互作用的 2. 共同完成机组控制、监测、安全运行的任务 3. DEH—调节 TSI—监测 ETS—保护
DE H输入信号 冗余 DPU 伺服 系统 转速1 转速2 转速3 独立通道 三选二 硬件OPC
元件
广义保护系统
1. 机械危急遮断系统
• • • • • • • 危急遮断器 危急遮断油门及其试验和复位装置 手动停机装置 轴向位移遮断装置 真空低遮断装置 油压低遮断装置 隔膜阀等
3. 现场检测、执行机构
• • • • 主汽阀及其油动机 再热主汽阀及其油动机 紧急停机电磁阀 各种压力、温度、行程开关
3. 失电跳机原则

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超速保护 汽轮机超速的主要原因
1. 2. 3. 4. 5. 由于电气线路故障，造成机组从电网中突然解列，甩去较高负荷到零。 并网前，转速控制情况下，或在单机运行时，转速调节系统控制不稳定。 并网运行时，发电机突然失磁，造成机组异步运行。 转速控制情况下转速信号突然失去。 阀门或执行机构卡涩，造成阀门无法关闭或关闭速度太慢
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机械液压超速保护系统 上汽300MW危急保安系统
单危急保安器 单危急遮断油门 飞锤在线试验 o飞锤单独试验 o实际超速试验 o注油试验 遥控复位 碟阀式危急遮断油门
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电超速保护系统
R1 -15V 试验设定点 振荡信号 R36 V/F A1 R2 R30 遮断设定点 -15V MOST -15V
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轴向位移的其他原因
转子轴向窜动的其他原因：
高、中、低压汽缸之间进汽不平衡 水冲击 动叶结垢 润滑油系统油压 油温不正常致使油膜破坏
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轴向位移保护
轴向位移检测由TSI系统完成
• 通过测量转子位移，判断推 力轴承的磨损情况 • 趋近式探头
2. 热工监视保护装置
• • • • • • • • 电气柜 电源 电子线路板 计算机卡件 继电器 接触器 电气线路 保护逻辑等。
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ETS保护系统项目
ETS系统监测的项目: 1. 超速 2. 真空低 3. 油压低 4. 轴向位移大 5. 机组振动大 6. 润滑油温度高 7. 推力瓦及支持轴瓦温度高 8. 差胀大 9. 缸胀超差 10.偏心大 11.发电机断水 12.锅炉燃料跳闸
2. 独立系统原则
一般应与调节系统分开设计 必须保证即使调节系统故障的时候， 保护系统仍具有使汽轮机停止运行的 能力
ETS系统应具有独立的供电系统，要求 采用冗余的直流电源和交流电源供电 当不能采用独立电源时，或失电后保 护逻辑不能被执行时，则必须设计成 失电跳机方式 如果采用带电跳闸方式，系统中应具 有在线电源监视、报警功能
2. 转速检测、判断卡件
• • • • • 安装在机柜内—模拟型/数字型 磁阻发讯器输出一个正比于汽轮机转速的频率信号 该信号在转速测量卡件内被转换为模拟电压或数字量 并与设定电压或数字整定值相比较 如果超过整定值，则驱动控制继电器，导致机组跳闸
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电超速保护定植
n0 z f0 60
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薄膜阀
薄膜阀的作用与危急继动器的作用相似 应用于高压抗燃油系统中。 通过该装置泄去抗燃油安全油，使所有阀门随着关闭。 薄膜阀的上部作用着透平油安全油压，下部作用着抗燃油 安全油压 由于透平油安全油压产生的作用力始终比抗燃油安全油压 大，因此，薄膜阀的活塞始终处于关闭位置 一旦透平油安全油压泄去，活塞将在抗燃油油压的作用下 开启，使抗燃油油压也泄去，高、低压主汽阀和调节汽阀 关闭
110 %n0 z ft 60
n0 z 3000 83 上汽： f 0 4150 Hz 60 60
ft
110 %n0 z 1.1 3000 83 4565 Hz 60 60
哈汽： f 0
110 %n0 z 1.1 3000 88 ft 4840 Hz 60 60
推力轴承：
工作推力瓦块 非工作推力瓦块
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轴向位移的危害
轴向位移过大的危害：
推力瓦块上浇有乌金。 正常运行时，推力瓦块与推力盘之间具有油膜，承载推力 如果汽轮机轴向推力增大，使推力轴承过负荷，将破坏油膜 ， 推力瓦块与推力盘之间产生干摩擦，造成乌金熔化。
汽轮机转子沿轴向移动，转动部件与静止部件发生摩擦甚至 碰撞，造成严重机械事故
103% 超速
Βιβλιοθήκη Baidu
高调门 中调门
OPC 电磁阀
ASL 110% 超速
其它紧急停机信号
ETS
主汽门
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新华DEH－III
OPC工作原理图
ETS系统设计原则
1. 简洁、直接、独立、快速的原则
尽量减少各种中间环节和时间延迟 尽量避免转接、扩展和转换
4. 冗余配臵原则
一套系统故障时，另一套仍然 具有使汽机停止运行的一切功 能 故障的一套系统可进行在线维 修、更换，而不对保护功能和 机组运行有任何影响
汽轮机超速的危害
1. 离心力是与转速的平方成正比 2. 汽轮机的转动部件是有一定的强度极限的，转子一般是根据额定转速 的115%~120%来设计 3. 一旦转速超过该极限值，将造成叶片断裂、叶轮松脱、动静部件相碰 的严重事故
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超速保护方式
危急遮断器
安装在汽轮机的主轴上，随汽轮机一起转动，因此是最直 接和最可靠的超速保护形式
危急遮断系统
危急遮断系统ETS（Emergency Trip System）是在紧急情况下，迅速 关闭汽轮机进汽阀门，切断汽轮机所有进汽的保护系统 广义：--包括所有保护部套
1. 机械危急遮断系统
2. 热工监视保护装置
3. 现场检测、执行机构等
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狭义：-- ETS仅指热工监视保护装置及其电气检测、执行
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• 探头输出信号与距离成正比
一般分别检测前向和后向位移 探头安装于推力轴承附近—避免 转子胀缩的影响 允许在线试验
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ETS驱动回路
PWR 1A 1B 1A 1B 1A 1B PWR 2A 2B PWR LP-2 LBO-2 超速保护 板 LR LV-2 OS-2 TB-2 RM-2 R 20-1 AST 20-3 AST 1A 1B C R C R C 2B 2A 20-2 AST 20-4 AST 110VAC #2 2A 2B 2A 2B
电子超速保护
测量精度高，调整容易
附加保安器
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危急保安器
Fs Fc
Fc max
B
n1
Fs max
C
n
Fs 0 Fc 0
A
n0
n2
x0
n1 动作转速
r0
0
xmax
n0 额定转速
x
n2 复位转速

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n1
30
k x0 mr0
n2
30 k ( x0 xmax ) m(r0 xmax )
OSX OSX
F/V A1 Q1
转速信号 F/V转换器 转速探头 R20
比较放大器
遮断继电器
OST
A4 M1 缓冲放大 指示表
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电超速保护系统
电超速保护系统
1. 转速发讯器
• • • • 采用磁阻式，也可以采用涡流式 建议安装在盘车齿轮附近 或与DEH分别安装于汽轮机前面或后面 为了防止单个元件故障，一般都设置双重或三重冗余
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用户遥控遮断
ETS系统提供了遥控遮断汽机的接口
当用户遥控汽机遮断信号接点闭合时，继电器REM1和 REM2被短接，从而引起AST电磁阀动作，使汽机遮断 开关S1和S2允许在线试验遥控遮断功能 遥控遮断包括：
• • • • 发电机故障 主燃料跳闸 高压缸排汽压力高 高压缸排汽温度高等
LR
遮断 复位
试验 复位
LR
LP-1 LBO-1 110VAC #1 LV-1 OS-1 TB-1 RM-1
通道#1
PWR
PWR
通道#2
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低润滑油压保护
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润滑油压保护
润滑油压力由分成两个通道的4个压力开关检测 当正常运行时，压力开关63－1/LBO和63－3/LBO的接点是闭合的 中间继电器1X/LBO和3X/LBO正常地动作 与遮断控制继电器LBO－1串联的继电器接点1X/LBO和3X/LBO都是闭合 的 这样，继电器LBO－1就动作 通道2具有同样的元件，LBO－2是用于通道2的遮断控制继电器。 •继电器LBO－1和LBO－2线圈的一侧通过选择开关的接点S1和S2而相连 。 •在正常运行时，接点S1和S2是闭合的，所以继电器LBO－1和LBO－2的 线圈是并联的。 •假如在每一通道中有一只压力开关打开而表明轴承油压过低，那么， 继电器LBO－1和LBO－2就将释放（引起自动停机通道1和2遮断）
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n0 z 3000 88 4400 Hz 60 60
超速保护连锁试验回路
110VDC +
110VDC
+
S1 OS-1 OST
S2 OS-2 -
S1 OST1 OS-1
S2 OS-2
OST2 -
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ETS驱动回路
PWR 1A 1B 1A 1B 1A 1B PWR 2A 2B PWR LP-2 LBO-2 超速保护 板 LR LV-2 OS-2 TB-2 RM-2 R 20-1 AST 20-3 AST 1A 1B C R C R C 2B 2A 20-2 AST 20-4 AST 110VAC #2 2A 2B 2A 2B
LR
遮断 复位
试验 复位
LR
LP-1 LBO-1 110VAC #1 LV-1 OS-1 TB-1 RM-1
通道#1
PWR
PWR
通道#2
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轴向位移保护
轴向位移产生的原因：
汽轮机是高温、高压蒸汽驱动的旋转机械
由于进、排汽参数的差异，必然产生巨大的轴向推力
在汽轮机的结构设计上，可以采用平衡盘或平衡管来 抵消大部分轴向推力，但其余的推力则由推力轴承承担