遮断与超速保护系统

遮断与超速保护系统
一、概述
危急遮断系统是用来监视汽轮机的某些参数超过其运行限制值时，该系统就立即关闭汽轮机的全部进汽阀门，有关部套均安装在前轴承座内或两侧。

被监视的参数主要有：汽轮机超速；推力轴承磨损；轴承油压过低；凝汽器真空过低；抗燃油压过低；另外，系统还提供了一个可接受所有外部遮断信号的遥控遮断接口。

该系统由下列各部分组成：1个装有遮断电磁阀的危急遮断控制块、3个装有压力开关和试验电磁阀的试验遮断块，转子位移传感器、转速传感器、装有电气及电子硬件的控制柜和一个遥控试验操作盘。

汽轮机上各传感器传递电信号给遮断控制柜，在那里继电器逻辑决定何时遮断自动停机遮断（AST）总管的油路。

在正常情况下，与机械超速遮断系统相联系的隔膜阀，在该系统的压力油作用下保持关闭状态。

若机械超速遮断动作，则该压力油的油压即消失（隔膜阀打开引起）。

由于自动停机总管压力油与回油相通，因此汽轮机就停机。

另外，还有电气监视仪表装置（TSI）用以保护汽轮机的安全运行。

使危急跳闸油路的电磁阀动作的跳闸信号有：
（1）超速 110％n。

（OS－OVERSPEED）
（2）低真空（LV—Low VACUUM）
（3）低润滑油压（LBO－Low BEARIAG OIL）
（4）低抗燃油压（LP—Low EH FLUID PRESS）
（5）推力瓦磨损（TB－THRUST BEARING）
（6）电厂遥控跳闸（REM—REMOTE TRIP）
以上跳闸信号作用于危急跳闸油路的电磁阀上，电磁阀断电动作使高压抗燃油泄压，各进汽阀相继关闭。

在危急保护系统中，还有机械超速及手动脱扣保护，当它们动作时将润滑系统的脱扣油泄去，并通过隔膜接口阀使危急跳闸油路泄压，高压主汽阀关闭。

继而使超速保护油路油压泄压。

最后使高、中压调节阀关闭。

脱扣油是润滑油供油系统通过节流孔供给的，当脱扣油泄压时，由于节流孔很小，泄油较少不会影响轴承润滑油压。

综上所述，本机组危急跳闸保护油路有三个层次，第一是机械超速及手动脱扣保护，当它动作时，通过隔膜接口阀使危急跳闸油路泄压，高压主汽阀关闭：通过逆止阀使超速保护油路（OPC）泄压，高、中压调节阀关闭，实现紧急停机。

第二层主电气信号跳闸保护，当出现低真空等故障时，使危急跳闸油路（AST）电磁阀断电动作，危急跳闸油路泄压，高压主汽阀关闭，逆止阀被顶开，超速保护油路（OPC）泄压，高、中压调节阀关闭，实现紧急停机。

但此时机械超速及手动脱扣安全油未泄压，仍保持正常油压状态。

第三层是超速保护油路（OPC），当超速保护油路电磁阀通电动作时，仅高、中压调节阀暂时关闭，待电网故障消除后，高、中压调节阀仍继续开启，由于逆止阀关闭未动，高压主汽阀照常开启，机械超速及手动脱扣油压仍保持正常。

这种多层次的设计不仅满足了电气跳闸，机械跳跳闸等保护的需要，而且可以进行高、中压调节阀超速保护。

机组启动前，当遥控挂闸或手动复位后，密封油泵出来的密封油在薄膜上腔室建立油压，克服了弹簧力而将阀芯压下，封住了危急跳闸油路放至油箱的回油口，即可建立危急跳闸油路的油压(AST)，汽轮机具备开启阀门的条件。

当汽轮机正常运行时，透平油通入阀盖内隔膜上面的腔室中，克服了弹簧力，使阀保持在关闭位置，堵住EH危急遮断油母管通向回油的通道，使EH系统投入工作。

机械超速遮断机构或手动超速试验杠杆的单独动作，或同时动作，均能使透平油油压力
降低或消失，因而使压缩弹簧打开隔膜阀阀门把EH危急遮断油排到回油管，AST安全油迅速失压将关闭所有的进汽阀。

超速保护磁阀20-1/OPC和20-2/OPC做成并联的。

即使一路拒动，另一路仍可动作，即可使超速保护油路（OPC）泄压，高、中压调节阀暂时关闭。

电磁阀正常运行断电，动作时通电。

如果电网故障消失，根据电网频率等参数，并经DEH中的OPC控制器处理后，使高、中压调节阀重新开启。

为了方便调整及集中管理，上述的四只危急跳闸电磁阀及二只超速保护电磁阀排放在一个危急跳闸控制组件上，如图4－4－2所示，该组件放在汽轮机机头部位。

其中在上部是二个超速保护油路（OPC）电磁阀，其余四个为危急跳闸油路（AST）电磁阀。

在控制块的上方还布置两个逆止阀，该逆止阀的作用是，当危急跳闸油路泄压时，逆止阀打开，超速保护油路泄压，反之，当超速保护油路泄压时，逆止阀被危急跳闸油路油压顶着，危急跳闸油路油压维持不变。

通入超速保护油路（OPC）电磁阀的高压油由内部管道引入，而危急跳闸油路（AST）的高压油是从外部油管引入，整个危急跳闸控制组件设计得非常紧凑。

三、推力轴承遮断（轴向位移保护）
如果汽轮机因进水等原因而使轴向推力过大引起推力轴承磨损，甚至乌金熔化，整个汽轮机转子将产生轴向位移，此时如果喷咀及动叶之间的间隙消失，将会造成重大事故。

为避免因推力轴承磨损而产生重大事故，本机组在前轴承箱装有轴向位移保护，在推力轴承附近，以能准确地监视推力轴承磨损。

为测量轴向位移，在转子上有一个测量用的圆盘，在圆盘的前端一侧水平方向装有四个位移变送器，该位移变送器中心为软铁芯，软铁芯周围绕有通过电流的线圈，因而产生一定的磁通，位移传感器左右各两个，它和圆盘之间保持一定间隙。

如果靠发电机侧的推力瓦磨损，转轴向发电机方向移动，该间隙变小，电磁阻抗减小，这样与位移变送器相连接的电路电流发生变化。

如果间隙小到一定程度，电路将发出报警信号，如果间隙继续
变小到极限值，则轴向位移脱扣继电器动作，危急跳闸油路（AST）泄油，高压主汽阀关闭。

由于危急跳闸油路（AST）油压的降低，逆止阀开启，使超速保护油路（OPC）泄压，各调节阀关闭，从而紧急停机。

在安装时，应正确地安装好轴向位移变送器的位置，并把安装变速器的销子固定好。

以免松动移位。

四、机械超速遮断和电气超速遮断
当汽轮机遇到甩负荷等故障时，如不设置超速保护装置，汽轮机将会超速到不允许的转速，甚至造成机毁人亡重大事故。

为防止汽轮机超速，本机组设置了机械超速保护及电气超速保护。

l、机械式超速保护
本机组的机械式超速保护与国产配置的飞锤式超速保护原理相同。

如图4－4－5所示。

飞锤偏心装在汽轮机转轴上，并被压缩弹簧压在飞锤端部的定位块上，在3000rpm时，由于飞锤的离心力小于阻止飞锤移动的弹簧压缩力，飞锤不能飞出，随着转速的增加，飞锤离心力逐渐增加，当离心力的增大略大于弹簧压缩力时，飞锤开始外移，偏心距增大，虽然弹簧压缩力也增加，但离心力增加很快，并大于弹簧压缩力增加，因而当飞锤离心力略大于弹簧压缩力时，飞锤立即外移飞出，偏心距增大，偏心力的增加比压缩力增加越多，强有力地打在脱扣板上，最后飞锤位移到机械限位为止，飞锤开始飞出的转速称为动作转速，一般为110～112%n0。

当飞锤打在脱扣板上时，脱扣板便绕其支点逆时针转动，带动危急泄油滑阀右移，危急泄油滑阀左侧的碟阀便离开其阀座，使脱扣油泄压。

脱扣油由下列两路形成：一路由主油泵
来油经过两个节流孔到危急泄油滑阀油腔室，一路由主油泵经过一个节流孔和其后的超速保护试验滑阀后，进入危急泄油滑阀油腔室，当脱扣油泄压后，隔膜阀开启，危急跳闸油路（AST）泄压，主汽阀及调节汽阀关闭，汽轮机紧急停机，防止汽轮机的超速，保护了汽轮机的安全。

在正常情况下，危急泄油滑阀油腔内的油压等于主油泵油压，由于危急泄油滑阀碟阀右侧环形面积大于左侧环形面积，因而危急泄油滑阀紧紧地压在阀座上，脱扣油不泄漏。

当超速飞锤出击脱扣板，使危急泄油滑阀右移时，脱扣油泄压。

当汽轮机停止进汽后，转速逐渐降低，然而此时飞锤仍在最大飞出位置，转速的降低虽使离心力减少，但此时离心力仍远大于弹簧压缩力，因而飞锤并不复位．只有离心力减小到等于弹簧压缩力时，飞锤才开始内移，与转速上升时相反，当偏心距减小时，离心力的减小比弹簧压缩力减小的幅值大，因而飞锤迅速复位，飞锤开始复位的转速称为复位转速，复位转速应比额定转速稍高，以便复位后及早重新挂闸，待转速稍下降即可达到并网转速，从而能迅速并网发电。

当脱扣板逆时针转动后，原搭在脱扣板上的曲臂离开了脱扣板，并在弹簧的作用下顺时针转动，使脱扣复位手柄也转到脱扣位置。

在转速降低飞锤复位后，当要建立脱扣油压重新开机时，可采用人工挂闸或遥控挂闸，使曲臂逆时针转动，脱扣板顺时针转动，危急泄油滑阀左移，碟阀压在阀座上，阻止了脱扣油的泄漏，在危急泄油滑阀油腔的油压作用下，将碟阀紧紧地压在阀座上，恢复了脱扣油压，使隔膜阀下移，危急跳闸油路（AST）油压重新建立，则可重新开机。

2、就地手动脱扣和复位
在汽轮机机头左上部有两个手柄。

靠近汽轮机中心线的为超速试验手柄，离开汽轮机中心线较远的是就地进行手脱脱扣和手动复位手柄，简称脱复手柄，当运行人员将脱复手柄向汽轮机中心线推动时，将曲臂顺时针转动，带动脱扣板逆时针转动，危急泄油滑阀右移，脱扣油路泄压，隔膜阀开启，危急跳闸油路（AST）泄压，各主汽阀及调节阀关闭，汽轮机停机。

脱复手柄也可在汽轮机运行状态下，试验脱扣及危急泄油滑阀动作的可靠性。

试验方法是先将超速试验手柄拉出汽轮机中心线（放在试验位置），切断脱扣油通向试验滑阀的主油路。

随后向汽轮机中心线方向推动脱复手柄，曲臂顺时针转动，带动脱扣板逆时针转动，危急泄油滑阀右移，脱扣油从危急泄油滑阀中泄出。

但该路泄的脱扣油是由主油泵经过了两个节流孔后形成的，因为第二个节流孔孔径较小，限制了危急泄油滑阀的泄油量，因而脱扣油压降低很小，不会引起隔膜阀的开启及危急跳闸油路（AST）泄压，从而保证了汽轮机在正常运行下对脱扣板、危急泄油滑阀灵活性的试验。

在运行试验脱扣板，危急泄油滑阀动作正常后，必须重新挂闸复位。

此时一边仍拉住（拉离汽轮机中心线）超速试验手柄，以防脱扣油泄压，一边向离开汽轮机中心线的方向拉动脱复手柄，使曲臂逆时针转动，曲臂重新搭接在脱扣板上而挂闸。

此时危急泄油滑阀的碟阀左移，并在脱扣油压作用下紧紧压在阀座上，从而建立脱扣油压，然后再缓慢地松开超速试验手柄。

如果是超速跳闸，或运行中手推脱复手柄跳闸，则必须待转速降低复位转速后再行挂闸，此时不必拉动超速试验手柄，挂闸后脱扣油压建立，再进入隔膜阀使阀关闭，危急跳闸油路油压恢复，准备开机。

3、遥控复位
除了就地手动复位外，为了在控制室进行操作，还设有遥控复位装置，该装置主要由汽动活塞及四通电磁阀等组成。

汽轮机跳闸后，脱复手柄在跳闸位置，在汽轮机挂闸前，四通电磁阀断电而处于关闭状态，压缩空气经过四通电磁阀进入汽动活塞上部，汽动活塞下部与大气相通，汽动活塞被推到下面极限位置。

当需要挂闸复位时，在控制室按下复位按钮。

使四通电磁阀通电，四通阀改变空气的通道，压缩空气通到汽动活塞的下部，汽动活塞上部则与大气相通，活塞被压缩空气推到最高极限位置，杠杆逆时针转动，同时推动脱复手柄转动，使曲臂转动到挂闸位置，危急泄油滑阀复位，恢复脱扣油压，脱复手柄也恢复到正常工作位置，行程开关及闭锁开关标示了挂闸复位状态，并且使四通电磁阀断电，压缩空气又进入汽动活塞上部。

汽动活塞恢复到正常位置。

4、充油试验
为了确保汽轮机的安全，必须保证飞锤动作转速的可靠性，一般超速试验是定期进行的，试验时需卸去全部负荷，并且要求十分谨慎与小心。

为了能在汽轮机正常运行条件下检查飞锤动作可靠性，本机组可进行充油试验。

图4－4－7 喷油试验原理
在进行充油试验时，为不使汽轮机掉闸停机，必须在试验的整个过程中一直用手向外拉着试验手柄，这样做的目的是为了进行充油试验时飞锤飞出，打击了脱扣板并使危急泄油滑阀右移后，不致使脱扣油大量泄漏而失压，因而也就不会使汽轮机掉闸停机。

在进行充油试验时，应缓慢开启充油试验阀，由主油泵来的高压油经过充油试验阀，并通过管道从对准转子中心的喷咀喷出，喷出的油流经转子轴向中心孔通到飞锤的油道内，油道中油柱的离心力以及喷油流速转变成的压力促使飞锤飞出，压力越高，喷咀喷出的油流速度越高，帮助飞锤飞出的力量也越大，因而喷咀前油压的大小决定了飞锤的动作。

由于影响飞锤动作的因素较多，为了使结果有可比性，转子转速必须严格保持在3000rpm，转子的端面与喷咀之间的距离必须一定，使喷咀出来的漏油量大体相同，这样才可以根据喷咀前的油压表指示的大小，判断飞锤动作是否正常。

在正常的情况下，当飞锤的动作转速是正确的，而且能在精确的转速下准确飞出来，那么充油试验时油压将是一定的，反之，当充油试验的油压是一定值，并且和推荐值相同，那么也就保证飞锤能够比较准确地动作。

当充油试验使飞锤飞出后，飞锤打击脱扣板，使脱扣叛逆时针转动，危急泄油阀右移的同时，曲臂在弹簧拉力作用下顺时针转动，脱复手柄转到脱扣位置。

在确信脱扣正确后，运行人员关闭充油的试验阀，飞锤中的油流逐渐泄去，油压消失后飞锤便能复位，由于复位转速较正常转速稍高，因而油压消失后飞锤就能很快复位。

此时运行人员可向外（离开汽轮机中心线方向）搬动手柄，使曲臂逆时针转动，推动脱扣板及危急泄油滑阀复位，只有确信危急泄油滑阀己恢复到正常工作位置时，方可缓慢将脱复手柄顺时针转动到正常工作位置，曲臂重新搭在脱扣板上，最后才能缓慢松下试验手柄，并在弹簧拉力作用下转到正常工作位置，充油试验结束。

如果飞锤不能自动复位，首先检查充油试验阀是否完全关闭，还有没有漏油。

同理，如
果脱复手柄不能返回到正常工作位置，而只能返回到跳闸位置，应首先检查充油试验阀是否关严，如确信关闭严密后，再重新移动脱复手柄到复位位置，移到正常位置后，再松开试验手柄。

5、超速保护试验与调整
汽轮机超速飞锤能否准确动作，能否及时关闭汽轮机各进汽阀是关系到汽轮机安全的大事，本机组对机械超速保护的每一个零部件都能进行试验。

（l）手动脱扣试验。

在汽轮机正常运行下，检查脱扣机构以及危急泄油滑阀工作的可靠性，但它未能对飞锤可靠性进行检查。

（2）充油试验，在汽轮机正常运行下，检查飞锤动作的可靠性，由于飞锤飞出打击脱扣板，使脱扣板逆时针转动，曲臂顺时针转动，并带动脱复手柄至跳闸位置，由此也可检查脱扣机构动作是否正常。

（3）超速试验，由于影响充油试验飞锤动作的因素太多，例如汽轮机温度变化的影响到喷咀和转轴端面之间的距离，因此单凭超速试验的油压大小还不能准确确定飞锤动作转速，因而规程规定，本机组每运行6个月后必须进行一次超速试验，以确保安全，在进行超速试验时，运行人员必须站在机头的脱复手柄前，汽轮机以每分钟50转的速度升高。

当转速达到110％n。

（3300rpm）时，若超速保护仍未能动作，则运行人员应立即向汽轮机中心线方向拉动脱复手柄到脱扣位置，手动脱扣停车，防止转速飞升而危急汽轮机安全。

当超速保护不能正常工作时，则必须停机检查。

首先对脱扣机构及危急泄油滑阀进行彻底检查，继而检查飞锤是否卡涩，如果没有问题，则继续进行超速试验，若此时超速保护仍然不能动作，则说明飞锤的压缩弹簧压得太紧了。

须调整飞锤的弹簧的压缩力。

调整飞锤压缩弹簧紧力时，先拆出主轴端部的锁紧环及定位销，然后转动定位套，该定位套是用以调整弹簧的紧力的。

当将定位套向外旋转时，减小了弹簧的紧力，降低了飞锤的动作转速，反之，增加弹簧紧力，动作转速提高。

每旋转调整螺母一扣，改变动作转速约40rpm，若转速须降低20rpm，则将调整螺母向外旋动半扣，调整好后，重新装好定位销，销子的头部要插入弹簧定位套的一个凹槽中，防止定位槽转动，最后装好锁紧环，防上定位销脱出。

在飞锤的紧力调整好以后，应再次做超速试验，直到飞锤动作转速准确为止。

超速试验的转速一般达到110～112％n。

，因此时转子的离心应力较正常转速大20％以上，为了防止超速试验带来的危险。

在做超速试验时不希望转子再有其他热应力出现，也不希望转子处于低温脆化点附近进行试验。

因此，规程规定，在开机后带上10％额定负荷4小时后，使转子温度均匀升高后才允许减负荷至零进行超速试验，试验时间不允许过长，一次限制为15分钟。

如果定期试验机组长期在10％额定负荷以上运行时，则不必再在10％额定负荷下停留，因为转子温度已经均匀，即可减负荷至零直接升速试验。

为保证超速试验的准确性，在安装脱扣机构时，应检查及校验下列尺寸：
（1）在挂扣复位后，脱扣板与飞锤间的间隙最小值为1.6毫米、，最大可2.4毫米。

（2）脱扣后，飞锤与脱扣板的间隙最小为9.5毫米。

（3）在挂扣状态，曲臂搭在脱扣板上应为1.6毫米。