GSE系统培训教材

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目录

第一章系统功能简介 (3)

1.1系统功能 (3)

1.2安全功能 (3)

第二章系统综述及接口关系 (3)

2.1系统综述 (3)

2.2接口关系 (4)

第三章设备描述 (4)

3.1汽机保护系统脱扣分级 (4)

3.2汽机脱扣信号分析 (5)

3.3汽机保护脱扣信号综述 (17)

第四章系统主要操作介绍 (21)

第五章主要定期试验介绍 (21)

5.1PT GSE001(超速离心跳闸装置的注油试验) (21)

5.2PTGSE002(跳闸电磁线圈试验) (24)

5.3PTGSE005(轴承油压低保护跳闸试验) (24)

5.4PTGSE006(超速离心跳闸装置的操作) (25)

第六章典型经验反馈介绍 (25)

6.1(LOER-1-19950013)对GSE系统实施TCA使一个RPA通道部分不可运

行 25

6.2（LOER-2-19970006）蒸气发生器SG2高高水位＋P7引发反应堆紧急

停堆 26

附录思考题 (26)

第一章 系统功能简介

1.1系统功能

汽机保护和脱扣系统的功能是当汽轮发电机组发生任何预定的机械故障时，为汽轮发电机组提供安全停机的手段，防止事故发生、扩大和损坏设备，并将汽机脱扣信号传送到反应堆停堆逻辑线路中。

汽机保护所考虑的各种机械故障限于以下可预见的事态：（1）汽机必须停机以防止或减轻主设备的损伤；

（2）运行人员没有时间考虑另外的操作，因为任何延迟都可能迅速使事态恶化。

1.2安全功能

无

第二章 系统综述及接口关系

2.1系统综述

为确保汽机保护系统的安全性和可靠性，汽机保护系统设置了两个独立的保护通道，由独立的电源供电。所有的保护信号都重复配置到两个独立的通道中，而且进入单一通道的一个脱扣信号就可使两个紧急脱扣阀都动作，这样保证在任一通道出现故障时，另一个通道仍能实现保护脱扣功能。对有些保护信号可进行带负荷试验。

汽轮发电机组的脱扣是通过切断供向汽机蒸汽阀门操作装置的动力油，同时排出操作装置内的残留油，使蒸汽阀门在弹簧作用下快速关闭来实现的。这可独立地由下列两个途径完成：

（1）使紧急脱扣阀动作；

（2）使位于每个蒸汽阀门操作装置内的卸压电磁阀通电。

汽机保护系统工作原理如图1所示。从汽机调节油系统（GFR）来的液压动力油分成两路，一路直接送往汽机高、低压缸截止阀和调节阀的操作装置，由汽机调节系统控制阀门的开度，以便根据不同的负荷要求调节汽机进汽量；另一路经过两个紧急脱扣阀后，作为保护油，送至高、低压调节阀和截止阀操作装置顶部的卸压电磁阀，用于控制动力油进、出阀门操作装置的油动机活塞，使高、低压截止阀和调节阀开启或关闭。

图1 保护系统工作原理

引发紧急脱扣阀动作的信号分两类，一类是机械/液压引发的脱扣，包括：（1）手动脱扣；

（2）超速飞锤脱扣；

（3）润滑油压力低脱扣。

其特点是脱扣信号直接作用在紧急脱扣阀的触发板机上，另一类是电气所引发的脱扣，其特点是感受机构把测出的各种保护参数先转变为电信号，经脱扣继电器使紧急脱扣线圈通电引发脱扣。另外脱扣继电器的信号经主蒸汽阀脱扣继电器（SVTR）送阀门操作装置顶部的卸压电磁阀，引发脱扣。来自汽机调节系统的脱扣/试验信号直接送卸压电磁阀。

2.2接口关系

无

第三章 设备描述

3.1汽机保护系统脱扣分级

汽机保护系统脱扣分为两级：

Ⅰ级脱扣：指汽机脱扣的同时，要求发电机高压出线断路器及负荷开关也跳闸。Ⅰ级脱扣大多属发电机和变压器等电气性质故障引发。

Ⅱ级脱扣：指汽机脱扣时，发电机负荷开关或高压出线断路器通过低正向功率联锁装置延迟断开。Ⅱ级脱扣属在电气上被认为性质不太紧急的脱扣。

低正向功率联锁装置实质上是一个在故障后检测汽机蒸汽阀门是否已正确动作的装置，主要用来防止汽机超速。它的联锁信号来自测量发电机低正向功率

继电器的触点，当测得发电机功率输出降到约0.5%Pn 时，低正向功率继电器触点闭合，才允许发电机与电网解列，不会引起汽机超速。如果已发出脱扣信号，但汽机进汽阀由于某种原因没能关闭，使发电机输出功率较大，低正向功率继电器触点不闭合，发电机输出功率被电网所吸收，则汽机没有超速的危险。

注意：允许低正向功率继电器触点在0.3%～0.7%Pn 范围内动作，以考虑继电器和仪表变送器的误差。选择0.7%Pn 作为整定值的上限是因为对应于此蒸汽流量的汽轮发电机组超速不会超过机组的能力，而选择0.3%Pn 作为下限是为了考虑蒸汽阀门脱扣后的正常蒸汽泄漏，因而避免继电器被闭锁动作的危险。

3.2 汽机脱扣信号分析

表1列出了各种汽机脱扣信号及引发脱扣的类别和能否在线试验。下面具体分析各种保护信号。

表5 汽机脱扣信号一览表

名 称 逻 辑 触 发 原 因类 别 在 线 试 验润滑油压低 1/2 机械

信号 Ⅱ级 能

超 速 1/2

动力油压低 2/2（每通道）电信号

MSR 联合疏水 箱水位高高 2/2（每通道）

（每个水箱）

汽机推力瓦 磨 损 2/2（每通道）（每侧瓦） 高压缸排汽压力高 2/3（每通道）手动脱扣手柄 1/1 机械信号 Ⅱ级 不能 冷凝器真空低 2/3（每通道）电信号

定子冷却水流量低 2/3（每通道）微机调节器 跳闸信号 各种符合逻辑

发电机氢温度高 双重二取一

（每通道）低压缸排汽温度高

2/2（每通道）（每个通道）

紧急停机按钮 1/1 反应堆联跳汽机 发电机保护　

联跳汽机

见“发电机和变压

器 保护”章节 1/1（每通道）电信号 I 级

1/1（每通道）电信号 Ⅱ级

机械/液压直接作用引发的脱扣

　1.润滑油压低

正常情况下，润滑油压力能平衡脱扣油缸活塞的弹簧力，使活塞处于中间位置。当润滑油压降到0.25Mpa（表压）时，弹簧力使活塞下移触发脱扣装置动作，使汽机脱扣。

为了防止润滑油压波动引起误脱扣，在回路中增加了一个节流孔板和一个重块式贮压器，在润滑油压失去时，能维持压力10s。

　2.手动脱扣手柄

作为汽机保护脱扣的最后一种手段，在其他手段失效时，操纵人员可到机头手动脱扣。

　3.超速保护

超速保护是通过超速飞锤的动作来实现的。汽机超速保护一般设定在额定转速的108%到110%范围内动作，经试验得到的超速保护动作值为：

1号机：前3288r/min

后3245r/min

2号机：前3264r/min

后3231r/min

由机械/液压直接动作触发的脱扣为汽机Ⅱ级脱扣，在汽机脱扣后，发电机负荷开关或高压出线断开是通过保护油压低联动实现的。

电气引发的脱扣

1.保护油压低联动脱扣

当汽机脱扣时，为了能建立起有关装置的联动脱扣，在紧急脱扣阀下游侧保护油管线上装有压力开关。当压力开关测得保护油压低时（小于5.0Mpa（表压）），就发出联动脱扣信号并执行下列功能：

　（1）关闭汽机抽汽止回阀；

　（2）关闭汽机抽汽隔离阀；

　（3）闭锁汽机紧急脱扣电磁线圈通电；

　（4）将微机调速器置于“保护”状态；

　（5）在发电机负荷开关闭合时，使汽机Ⅱ级脱扣继电器通电，并导致（6）～（10）的动作；

　（6）使蒸汽阀门脱扣继电器通电；

　（7）使汽机紧急脱扣电磁线圈通电；

　（8）触发AVR灭磁；

　（9）断开发电机负荷开关；

　（10）断开高压断路器。

其中（8）、（9）、（10）只是在低正向功率继电器动作后才被允许，见图2。在图中，GSE015TO、005TO为试验按钮，GSE001CC为选择开关，GSE005LA、006LA、004LA为指示灯，GSE003SP、004SP为通道B的保护油压力开关。

（图2 保护油压低联动脱扣B通道逻辑图）

　2.冷凝器真空低

冷凝器真空低主要是为了保护冷凝器设备不损坏。冷凝器的真空由6个压力传感器测量并分为两组（CVI003MP、005MP、007MP、和004MP、006MP、008MP），每一组分别送入两个保护通道。每个保护通道有一个GEM80可编程控制器进行控制和连续监测所有参数。此控制器以3取2的逻辑分别对输入的冷凝器真空测量值和以汽机进入压力代表的汽机负荷值进行处理，计算出有效输入信号的平均值，并按设定点发出报警和脱扣。冷凝器真空低是随汽机负荷从零负

荷的200kPa（绝对）至满负荷的320kPa（绝对）之间成线性变化。具体原理见图3所示。GME80监视器用来连续监测冷凝器真空值，以便报警和脱扣。冷凝器真空设有以下报警点：

（1）冷凝器压力小于12.0kPa（绝对），是微机调节器系统（GRE）可启动的条件；

（2）冷凝器压力小于19.0kPa（绝对），真空提升到此值时抽气系统自动切除非选用的真空泵，保留运行泵；

（3）冷凝器压力小于50.0kPa（绝对），允许蒸汽排放系统（GCT）排冷凝器。

（4）汽机脱扣的冷凝器压力整定值为从零负荷20.0kPa（绝对）至满负荷320kPa（绝对）之间线性变化，整定值由汽机进汽压力经函数发生器GB1产生。当实测的压力大于整定值时汽机脱扣。

（5）冷凝器真空低报警值也是从零负荷14.0kPa（绝对）至满负荷22.4kPa （绝对）之间线性变化，由函数发生器GB2产生。该报警值送入计算机并显示指示。

当冷凝汽器的真空保护通道控制器检测到两个或更多的冷凝器压力输入信号或汽机进汽压力输入信号有故障时，会产生“冷凝器真空失去保护”，闭锁由冷凝器真空低引发汽机脱扣，并报警显示。

“汽机转速小于250r/min”并且“GSE002CC”置于“禁止真空脱扣”位置或“保护油压低”，也闭锁冷凝器真空低汽机脱扣。

　3.汽水分离再热器分离器疏水箱高一高水位。

在两台汽水分离再热器的分离器疏水箱中，每一台的其液位由两对液位开关检测，目的是防止疏水液位过高，使进入低压缸的热再热蒸汽湿度增大而损坏叶片。每对液位开关与一个保护通道相联，故逻辑信号为2取2。高高液位引发汽机脱扣的保护定值为≥1.59m。

4.推力瓦磨损大

在运行过程中，汽机轴向位移的监测是通过监测推力瓦块磨损来实现的。每台机组共有四个涡流式轴向位移监测探头，分别安装在四块推力块上，根据推力块相对推力盘的位置，分为左前、右前及左后、右后两组。每个探头装有自己的驱动检测电路构成单一的测量通道，前侧两个探头信号及后侧两个探头信号分别以2取2的方式同时送入两个脱扣通道。当瓦块表面和探头尖端之间的间隙消失，

并达到预定的瓦块磨损程度时，就会发出报警和脱扣信号。整定值为：推力瓦块面磨损超过0.5mm报警，磨损超过0.7mm汽机脱扣。

由于汽机轴向位移监测信号对保证汽机正常运行具有重要作用，因此对该通道工作的准确性与可靠性要求比较高，应定期检查该测量通道工作是否正常，故在GME电气盘上设置了轴向位移监测通道和紧急停机继电器在线检查盘。可通过该盘进行轴向位移测量通道功能检查，保证该通道一直处于可靠的工作状态。具体逻辑见图3。逻辑图中的延时环节是为了消除瞬时干扰。

5.高压缸排汽压力高

保护目的是防止汽水分离再热器和除氧器超压。

高压缸排汽压力的测量值取自高压缸排汽口的六个压力传感器，分为两组以3取2的逻辑送入两个保护通道。每个通道有一个微机控制器对输入信号进行处理，计算出有效输入信号的平均值，此值作为被测参数的实际值，用来判断是否报警和脱扣。高压缸排汽压力高报警设定值为0.83Mpa（表压），脱扣值为0.85Mpa（表压）。

　高压缸排汽压力高的原因：

（1） 低压缸截止阀和调节阀关闭；

（2） 因汽水分离再热器故障，引起新蒸汽泄漏。

　

6.发电机定子绕组冷却水流量低

发电机定子绕组冷却水对冷却发电机定子绕组来说是十分重要的，必须自动控制并监测定子冷却水流量，以保持系统的流量高于最小流量，而且保持在发电机现工况允许的流量下。当出现低流量会启动一个降负荷顺序，低流量使备用泵自动投入运行，流量继续下降会使汽轮发电机负荷降到一个安全水平或最终导致机组脱扣，具体见图4

图4 发电机定子冷却水流量低逻辑原理

所示。定子绕组冷却水出口的流量用孔板式流量计测量，并把测得的流量信号送入一台微处理机，发电机定子电流亦送到该微处理机。在微处理机内已装有冷却水流量与允许定子电流的关系特性，供报警（一级）和降负荷（二级）工况使用。微处理机把测得的定子电流与测得的流量所允许的电流相比较，当测得的电流大于一级允许值时，将发出过电流报警，使运行人员可以进行手动纠正；当测得的

电流大于规定要降负荷的电流值时，则达到2级工况。

　2级工况分两种情况：

（1）当定子水流量大于78m3/h（21.6L/s）时减负荷，此时发电机保护系统自动地使发电机减负荷，直至达到相应流量的安全定子电流。

（2）当定子水流量降到小于78 m3/h时，此时将自动启动备用泵，并启动定时为20s和50s的计时器。如果20s后定子电流仍高于2级工况的电流值，而定子水流量仍小于78 m3/h，则发出汽机减负荷报警，并开始按200%每分的恒定速率使发电机负荷降到8.5%的额定负荷。在8.5%额定负荷下，如果存在下列情况之一，则机组将在50s以后脱扣：

　·定子电流大于2350A；

　·定子绕组水的电导率大于1.8μS/cm；

　·定子水的补给流量大于0.23L/s；

　·发电机机壳内氢气压力小于0.44MPa（表压）；

　·过滤器入口电导率输入故障；

此外，当定子冷却水流量大于82.8m3/h时，触发器复位，闭锁汽机脱扣。造成定子冷却水流量低的原因有：

—工作的定子冷却水泵故障；

—发电机入口压差调节阀GST027VV或其控制器故障；

—过滤器GST101/201FI两端压差高。

　

7.发电机氢气温度高

发电机的转子绕组和铁芯及定子铁芯是用氢气来冷却的，为此，发电机设有4台氢气冷却器，在每台冷却器氢气入口处装有两个热电偶测量从发电机机芯出来的热氢气的温度值，并按设定值发出发电机氢气温度高报警和脱扣保护。具体原理如图7所示，8副温度热电偶分为二组，分别送入两个保护通道，每个通道为2取1逻辑。如果在发电机同一端位置相对的冷却器上的两个温度传感器测到氢气温度高时，则使汽机脱扣。发电机氢气温度高报警值为85℃，脱扣值为90℃。造成发电机氢气温度高的原因有：

—发电机氢气温度控制阀故障；

—发电机壳体内氢气压力低，主要由发电机氢气供应系统故障引起；

—失去闭路冷却水系统SRI，此时发电机在满功率运行的最长时间为90s；

—循环水系统CRF和闭路冷却水系统SRI温度高；

—冷却器排气不充分，冷却效果差；

当发现发电机氢气温度高，应尽快查明原因，做发电机降负荷的准备。如果温度上升缓慢，则降负荷直到热氢气温度开始下降，若温度上升迅速，汽轮发电机会自动脱扣。

　图5 发电机氢气温度高汽机脱扣通道B逻辑原理图

8.低压缸排汽温度高

每个低压缸的前、后乏汽流道各装有两个热电偶用来测量乏汽温度，保护汽机末级叶片不受高温蒸汽的损伤。当任一排汽口温度超过110℃时，向主控室发出报警信号；如果任一低压缸的两个排气口的温度都达到137℃，则汽机脱扣。见图6所示。其中热电偶的编号为：

　1号低压缸前排汽口：001MT和003MT

　1号低压缸后排汽口：004MT和006MT

　2号低压缸前排汽口：007MT和009MT

　2号低压缸后排汽口：010MT和012MT

　3号低压缸前排汽口：013MT和0015T

3号低压缸后排汽口：016MT和018MT

低压缸排汽口温度高的原因有：

—冷凝器真空低；

—低压喷淋冷却系统控制不正常；

—低压喷淋冷却系统故障。

图6 低压缸排汽口温度高，汽机脱扣通道B逻辑原理图

　9.微机调节器触发汽机脱扣

汽机脱扣信号是由微机调节器经过位于调节器柜内的转接继电器仓内的各继电器触点之间相互连接的安排而产生的。有两类故障工况会使微机调节器产生汽机脱扣信号：

　（1）共模故障

这种故障会由于失去输入信号或通迅联络而使整个微机调节器失效。例如：—失去两个以上转速信号，使所有蒸汽阀门控制模块停止工作；

—失去两个同步信息通路，使所有阀门控制模块失效；

—失去阀门控制模块的两个交流电源或两个供电单元，使所有阀门模块停止工作；

—一式三套的离散信息通路故障，特别是指来自2/3“汽机脱扣”的虚假逻辑信号，使微机调节器进入保护状态。

　“A”类故障将使汽机所有蒸汽阀门关闭，汽机脱扣是无条件的。

　（2）影响个别基层调节通道的故障

这种故障是多种多样的且影响不同的基层调节通道。在基层通道内当有关的阀门模

块检测到故障时，将使该阀门模块失效及相应的阀门关闭。当阀门关闭违反最小系统原则时，就由微机调节器产生汽机脱扣信号，使汽机脱扣。

特别说明：不论什么原因引发汽机脱扣，都会通过紧急脱扣阀下游的压力开关送出保护油压低信号，使微机调节器脱扣，目的是当脱扣装置在脱扣后复位时，必须保证蒸汽不会意外地进入汽机。见图7所示。

图7

10.紧急手动停机按钮（遥控）

在主控室设有紧急停机按钮。在任何情况下，当运行人员被告知汽机需要脱扣时可供使用。触发紧急停机按钮产生下列的动作：

使两个Ⅱ级汽机脱扣继电器都通电；

使两个蒸汽阀主脱扣继电器都通电；

使两个紧急脱扣电磁线圈都直接通电；

11.反应堆保护送到汽机的联动脱扣

反应堆保护系统产生的下列信号会使汽机自动脱扣：

　（1）安注信号（A列或B列）；

　（2）蒸汽发生器高高水位；

　（3）紧急停堆信号；

　（4）ATWT信号。

　12.由汽机保护系统向反应堆保护系统提供的信号

下列两方面的信号表明汽机脱扣并送到反应堆保护系统：

（1）汽机保护油压低：在通向主蒸汽阀门的动力液压油管道上的汽机紧急脱扣阀下游侧，共装有6个压力开关，分为两列，每列为3取2逻辑。当油压低至保护值（小于5Mpa（表压））时，产生信号C8，表明汽机脱扣。

（2）汽机截止阀关（2/3逻辑）：每个低压截止阀设有一式两套的阀门限位开关，当截止阀关闭时，这些开关发出汽机脱扣信号（C8）。

注意：汽机脱扣信号送到反应堆保护系统中，不一定引起反应堆紧急停堆，具体情况如下：

（1）当堆功率大于10%额定功率，汽机脱扣时，在下列情况引发紧急停堆：—一回路平均温度低于284℃

—GCT手动闭锁(GCT501/502CC)

—冷凝器不可用

—冷凝器故障。

（2）当堆功率大于40%额定功率，汽机脱扣时，在下列情况引发紧急停堆：—当冷凝器不可用时，立即紧急停堆；

—下列信号出现时，延迟1秒后引发紧急停堆；

●一个GCT排冷凝器的隔离阀关；

●出现GCT排放阀闭锁信号；

●没有大于整定值的控制信号产生。

逻辑原理见图8所示。汽机脱扣送反应堆保护信号由互为冗余的A列和B列组成，图中只画出了A列。在主控室通过选择开关GSE003CC和按钮GSE007TO、GSE008TO、GSE009TO可对压力开关GSE007SP、008SP、009SP做在线试验。

3.3汽机保护脱扣信号综述

下面我们分析了每个脱扣引发汽机脱扣信号的逻辑原理及保护定值。下面我们根据图9对脱扣信号进行综述（图中只画出一个通道）。汽机保护系统的保护信号（如冷凝器真空低等等）触发汽机Ⅱ级脱扣，经或门后脱扣信号分为三路：第1路直接使紧急脱扣电磁线圈通电（001EA），危急脱扣阀动作使汽机脱扣；第2路经过主蒸汽阀脱扣继电器SVTR1，使汽机阀门操作机构内的排油电磁阀GSE001EL，…， 010EL动作，引发汽机脱扣；第3路经过低正向功率继电器LFPR联锁后，去断开发电机负荷开关或跳超高压断路器，同时发电机灭磁。其中第1路信号和第2路信号是独立的，用不同的方式引发汽机脱扣，这是为了提高汽机脱扣的可靠性。

正常停机按钮经过低正向功率继电器联锁后，才使紧急脱扣电磁线圈通电，危急脱扣阀动作使汽机脱扣，目的是防止汽机超速。

紧急停机按钮（GSE004TO）直接使紧急脱扣电磁线圈和主蒸汽阀脱扣继电器通电，引发汽机Ⅱ级脱扣。

保护油压力低闭锁紧急脱扣电磁线圈通电，原因是出现“保护油压力低”说明危急脱扣阀已动作，汽机已经脱扣，这时要闭锁其它保护信号发出的汽机脱扣报警。

汽机超速、润滑油压低、手动脱扣手柄这些液压/机械引发的脱扣直接作用在危急脱扣阀上。

汽机脱扣后，在主控室通过复位按钮GSE002TO使危急脱扣阀复位。

另外，还有从通道2来的脱扣信号及送到通道2的脱扣信号。

由发电机和变压器保护系统来的保护信号（如发电机差动等等），引发汽机Ⅰ级脱扣。经或门后信号分三路同时送到：

（1）使紧急脱扣电磁线圈通电；

（2）使主蒸汽阀脱扣继电器通电；

（3）跳超高压断路器及断开发电机负荷开关；

可见在汽机脱扣的同时跳发电机负荷开关。具体的分析见“发电机和变压器保护”。

图8 汽机保护系统向反应堆保护系统提供的脱扣信号逻辑原理图

图9 汽机脱扣逻辑图