电厂之53三菱350MW汽轮机联锁保护特点及改进方案.doc

三菱350MW机组汽轮机联锁保护系统的特点及改进方案张居正(山西漳泽电力股份有限公司河津发电厂043300)摘要本文对三菱的汽轮机保护系统的具体设置以及特点做了一些简要介绍，对其中存在的一些设计隐患做出了详细分析，并提出了具体的改进方案，这样对完善的保护功能和提高保护系统的可靠性都十分有益。关键词汽轮机 保护 电磁阀 跳闸 安全 完善The Characteristic And Existing Problems of MITSUBISHI 2350MW UNIT Turbine Protection Interlock SystemZhang JuZheng (SHANXI ZHANGZE POWER STOCK CO.LTD HEJIN POWER PLANT I&C DEPARTMENT 043300)Abstract this article introduces briefly detailed setup and characteristic of Mitsubishi turbineprotection system , analyzes some existed problem in it, and brings forward specific advanced protection, it is beneficial to perfecting the function and improving reliability of protection system.Keywords turbine protection solenoid valve trip safety consummate一、汽轮机简介307河津电厂2350MW燃煤机组为引进日本三菱重工的设备，汽轮机为TC2F35.4压临界、一次中间再热、反动式，单轴双缸双排汽凝汽式汽轮机。设置有两个高压主汽门（MSV）用于危急关闭和启动时调节汽轮机转速；四个高压调门（GV）用于正常运行时调节汽量，控制汽轮机转速和负荷；两个中压主汽门（RSV）只有全开和全关位置，不参与调节；两个中压调门（ICV）在额定负荷30以上处于全开位置;额定负荷350MW,主汽压力16.67Mpa，主汽温度538，额定蒸汽流量1076.8T/h，（DEH）调速系统采用三菱的数字电液调节系统，MSV（R）、MSV（L）用一只电液转换器，GV（1）GV（3）用一只电液转换器，GV（2）GV（4）用一只电液转换器，ICV（R）ICV（L）用一只电液转换器，一共为四只电液转换器。汽轮机监视仪表（TSI）配套使用的是日本新川电机（SHINKAWA）公司的产品,用于连续监视汽轮机的动态机械参数。包括6个轴承的轴振和瓦振，鉴相，偏心，轴位移，零转速，低压缸胀差，缸胀，以及MSV GV ICV的开度。以下是TSI参数的部分定值：监视项目轴振瓦振偏心LP胀差轴位移零转速低报警36um1.9mm0.9mm0rpm高报警125um62um36um15.7mm0.9mm跳闸值250um从上表可以看出，三菱350MW汽轮机的TSI监视项目中只有轴振监视参数进入保护系统。这种简单精练的设计来自较高汽轮机制造水平，从这几年的运行情况来看，汽轮机运行时的轴振都在30um甚至20um以下。由于轴承振动比轴承座振动更好的反映机组的振动特性，所以轴承座振动参数只作为监视参考数据。在这里值得提出的是：1、电超速保护的转速信号取自DEH的专用卡件输出，DEH的转速取自单独的三只磁阻式转速探头；2、轴位移监视设置了两套测量装置，一套为电涡流测量装置，这一信号只作监视及报警之用；另一套采用传统的液压式轴位移测量装置，部分专业人士认为这种传统测量方法更为可靠，所以用这一油压信号作为保护信号，跳闸油压为大于0.55Mp. 轴位移这种采用两种不同测量方法的做法，略显复杂，但对于用户来说还是更具有安全保障。二、汽轮机主保护系统1、机械超速保护 MOST(Mechanism Over-Speed Trip) 机械超速保护的设定值为（1101）的额定转速，按照规定，机械超速保护的复位值不能低于额定转速，本套装置的复位值整定在102额定转速，在此转速以上，不得强制复位汽轮机，否则不但复位不成功，而且会损坏设备。2、就地手动打闸装置3、逻辑保护项目的设置三菱2350MW汽轮机保护系统采用常规继电器的硬接线方式实现，汽轮机主保护一共有15项，其中电超速、凝汽器真空低、轴位移、润滑油压低为电力工业技术管理法规规定必须设置项目。比较其它机组而言，这种保护项目的设置非常简单，通过对三菱汽轮机保护系统的调试以及近几年来的运行情况来看，这一系统运行非常可靠。它的设计思想符合：在满足设备安全要求的基础上尽可能地使系统及其电路简化，这样可以大大降低系统的故障概率。另外其使用的继电器是动作非常可靠的类似于小型接触器的继电器，其继电器回路中避免或减少使用常闭接点，这样做的优点是防止常闭接点在电流的长期作用下发生粘接，动作时不能断开；由于其继电器是大吸力的继电器，保障动作时常开接点能够可靠闭合，这些设计大大提高了保护系统动作的准确性及可靠性。保护项目的具体设置如下：(1)、安全油压低定值为0.31Mpa，只发出1S的脉冲命令。(2)、发电机跳闸联跳汽轮机(3)、锅炉跳闸联跳汽轮机(4)、紧急停机(5)、APS自动停机命令(6)、汽轮机无流量跳闸，由于此汽轮机是在并网带初负荷后进行阀切换，此项保护涵盖了阀切换以前和阀切换后汽轮机没有蒸汽流量的两种情况。(7)、高压调门无负荷 并网状态下，（在汽轮机处于额定汽压、额定温度、额定真空的进汽的前提下，进汽量满足空负荷运行要求。） GV(1)、GV(2)调门开度为约为18mm时，汽轮机跳闸。(8)、为防止蒸汽带水损坏汽轮机，在发电机负荷小于40时，如果主汽温度低于440，使汽轮机跳闸。(9)、凝汽器真空低 定值为61.3Kpa(10)、汽轮机轴承振动高 当其中6个轴承中（X方向或Y方向）的任一振动高于250mm并且非本轴承的（X方向或Y方向）的振动高于125mm时，汽轮机跳闸。这种设计有效避免了监视仪表在意外情况下使汽轮机误跳闸的可能。(11)、轴承润滑油压低 定值为0.05Mpa(12)、推力瓦磨损油压高 此项保护采用传统的喷嘴油压来反映汽轮机串轴情况。定值为0.55Mpa(13)、电超速保护 EOST(Electric Over Speed Trip)当汽轮机转速大于111额定转速时，使汽轮机跳闸(14)、DEH电源故障(15)、两台循环水泵跳闸为提高可靠性，就地一次测量开关均采用传统的三取二冗余方法。图1为汽机主保护原理图：图14、超速保护控制OPC（Overspeed Protection Controller）当汽轮机转速超过107额定转速或功率偏差（中压缸进汽压力代表的汽机功率发电机功率）超过30时，OPC控制回路动作，瞬时强制关闭GV 、ICV 1秒钟，起到防止汽轮机超速的提前控制的作用。 图2三、跳闸、试验、复位装置的动作过程图3为汽机保安系统的示意图图3各种保护装置动作，其最终结果是泄掉安全油，这就是保护动作的总输出，有了此输出，才有各阀门关闭的一系列的结果。1、 机械超速跳闸动作撞击子的重心偏离汽轮机转子的的旋转重心，汽轮机在额定转速111%以下时，撞击子的离心力小于弹簧的压缩力，撞击子保持在缩进位置，当汽轮机转速上升到动作转速时，撞击子离心力增大到足以克服弹簧的压缩力而飞出，飞出的撞击子冲击到危急遮断器的弧形杠杆，杠杆旋转，杯型阀打开，安全油顶开脱扣活塞，安全油泄掉。2、手动打闸装置动作手动停机杆控制着安全油的一个排油口，当扳动手动停机杆后，脱扣油泄掉，然后安全油泄掉，实现停机的目的。3、 电动跳闸装置动作电动跳闸电磁阀（励磁开） 接受15项保护动作命令，泄掉安全安全油，实现停机。电超速电磁阀（失磁开） 在非在线试验状态，15项保护命令同时去打开电超速电磁阀；在线试验时，只有转速超过111额定转速时，并且只有电超速电磁阀动作可以泄掉安全油。系统设计了两个不同类型动作的跳闸电磁阀（励磁开和失磁开），在机组跳闸时，两个电磁阀同时动作，一个失电，一个带电，确保了保护动作的可靠性。由于联锁保护系统只设计了一路DC110V电源，保护控制系统失电后，汽轮机将会立即跳闸。4、在线试验由于保安系统是无故不动作，在长时间运行后，很可能造成机械部分内部积垢，锈蚀而卡涩，为保证保安系统的动作可靠性，避免保安系统拒动，需要在机组运行时，进行模拟停机，使保安设备试动作，而不是真正意义上的停机。其中轴承油压低跳闸试验、推力瓦磨损油压高跳闸试验、凝汽器真空低试验、危急遮断器充油试验，这四种在线试验需要将汽轮机试验杠杆推至试验位置方可进行。试验杠杆推至试验位置时，将安全油分隔为两部分，安全油（）受电超速电磁阀控制，还能起到保护作用，安全油（）从安全油的主系统被隔离出来，虽然受电动跳闸电磁阀控制，安全油（）压力的下降，不会引起脱扣活塞的动作，安全油压不会下跌，机组则可以保持正常的运行。5、汽轮机复位装置汽轮机复位（包括就地复位和远方复位）是跳闸后的汽机恢复工作状态的必须条件，其目的是建立安全油压，使调速系统和保安系统投入工作。就地和远方复位都是推动杯型阀将排油口关闭，消除汽轮机的跳闸记忆状态。从而将安全油压建立起来。四、保护系统存在的问题在汽轮机进行在线试验时，（包括轴承润滑油压低试验、凝汽器真空低试验、推力瓦磨损油压高试验、危急遮断器充油试验，）汽轮机只有电超速跳闸（转速达到111）这一项保护可使汽机跳闸。在试验期间，汽轮机处于保护的真空地带，如果出现以下紧急情况：汽轮机突然振动达到跳闸值；锅炉突然跳闸；主汽温度突然急速下降；电网出现事故或发电机突然跳闸；等各种不可预测的紧急危险工况，此时，汽轮机既不能实现自动跳闸，也不能实现远方紧停，就地打闸也不能实现停机，甚至机械超速也不能使汽机跳闸。汽轮机在这种无保护状态下运行是非常危险的，即使很短的时间也具有极大的风险，两台机组自投产以来至今虽然没有不安全的记录，但是这种情况的隐患是现实存在的。因为事故的发生都是各种偶然情况的集中体现，所以对于这种问题应该引起足够的重视，防患于未然。五、解决方案在不改变保护系统的基本设计思想的前提下，即汽轮机跳闸时，两种跳闸电磁阀同时动作，将在线试验的保护项目与其它的保护项目分离开来。非试验状态下，汽轮机跳闸可以通过两个电磁阀同时泄掉安全油；试验状态下，三个试验项目（润滑油压低、推力瓦磨损油压高、凝汽器真空低）只允许动作SV-1电动跳闸电磁阀，但不泄掉安全油，不影响在线试验的目的。其余的自动跳闸项目可以动作SV-2电超速跳闸电磁阀，泄掉安全油，保证在线试验时，汽轮机遇到危险工况时，可以实现自动跳闸，而且保证了可以实现远方紧急停机的操作。图4为完善后的保护系统原理示意：这种解决方案优点是不需要改动汽轮机本体保安系统的硬件设备，只需改变硬件逻辑的极少接线，增加几个控制继电器，就能达到完善保护系统功能目的。图4四、结束语考虑各种可能出现的危险因素，在各个方面完善保护功能，同时兼顾到硬件回路环节的简单化，减少故障发生点，提高机组主保护的可靠性，这样对发电厂的安全稳定运行以及在最大程度上保护发电厂大型设备的安全都具有积极的意义。从三菱