防止汽轮机超速及轴系断裂.ppt

防止汽轮机超速“二十五项重点要求”若干问题探讨,轮机室,2008年10月,事故超速和严重超速,机组转速超过危急保安器动作转速至3600r/min称事故超速；大于3600r/min称严重超速。严重超速可导致汽轮发电机组严重损坏，甚至毁坏报废，是汽轮发电机组设备破坏性最大的事故。,事故超速和严重超速,2001年原国家电力公司对我国12台次毁机事故的统计表明，约70%为严重超速，30为事故超速；其中，3台为200MW机组，其余为50MW及以下的机组，抽汽机组约占30；平均事故率约为1.5年1台次，也曾有1年2台次的记录。,一台25MW机组严重超速,甘肃八三电厂93年25MW机组由于发电机失磁而引起的严重超速损坏。目击者反映：当时先听到二号汽轮发电机组发出不同寻常的异音，同时看到励磁机处有一团火，发出像电焊一样刺眼的蓝光。不到一分钟听到一声较大的震响，随即发现汽机低压缸上部冒汽，之后听到一声沉闷巨响，看到盘车等部件飞了起来。紧接着烟火升腾，直达主厂房房顶，并相继发出一次很清脆的爆炸声，黑色浓烟很快充满整个厂房。,防止机组严重超速的根本措施,为杜绝事故的重现，消除事故的隐患，防止事故的萌生和发展，要求：(1)严格执行运行、检修操作规程；(2)严防部套卡涩、汽门漏汽和保护拒动；(3)完善各项调节系统例行试验；(4)提高运行人员对事故的判断、果断处理和应变能力。,防止超速几个重要方面探讨,(1)甩负荷试验(2)调节系统例行试验(3)油质(4)旁路(5)抽汽逆止门,一、甩负荷试验目的及特点,甩负荷试验的主要目的是考核汽轮机调节系统的动态特性。尤其是首台新型机组的考核试验，根据测量数据计算如动态超调量、转子加速度、容积时间常数Tv和转子转动惯量J等特征值。考验整个机组包括主、辅机设备、公用系统、线路等对该工况的适应性。如电气各参数的调节控制能力，给水泵适应能力等。几个特点：(1)耗时；(2)涉及机、炉、电、热工和化学等主要专业，花费大量人力、物力；(3)对汽轮机寿命有损伤、存在风险；(4)环节很多，稍不注意可能导致失败。,甩负荷试验本质,假。逻辑、运行方式（旁路预先暖管(开启)、除氧器汽源、汽动给水泵汽源）更改、人员专门安排。调节系统普遍采用数字式电液调节系统DEH（DigitalElectro-HydraulicControl）。实际上，甩负荷试验对调节系统防超速方面的功能验证，只是对OPC发电机主开关跳闸回路快速性、可靠性的验证，至于甩负荷试验后要求维持空转的特性，才是考验调节系统本身的调节品质及其与OPC的协调。,电超速保护OPC定义,随着单机容量的不断增大，蒸汽作功能力和转子转动惯量的差距越来越大，仅靠调节系统的转速反馈而将汽门快速关闭已难以满足使机组转子飞升不使跳闸的要求。于是，大约在上个世纪40-50年代已有电厂引入了电超速保护装置OPC（Over-speedProtectionControl），在发电机主开关跳闸瞬间，OPC立即抢断调节系统的控制权，强行将调节汽门短时关闭，经过一定的延时，转速控制交由调节系统。OPC源于美国西屋公司的超速保护系统，在工程实践中与常与转速110%超速保护混淆。在国家电力行业标准DL/T701-1999中表述为：超速保护控制是一种抑制超速的控制功能。有采用加速度限制方法实现的，也有采用双位控制方式实现的，例如汽轮机的转速达到额定转速的103%时，自动关闭调节汽门，当转速恢复正常时再开启调节汽门，如此反复，直至正常转速控制回路可以维持额定转速；或者两种方法同时采用。,汽门快关FV(FastValving),调节汽门的快控FV(FastValving)，常称快关，亦是汽轮机的控制系统功能之一。指当电网瞬间故障而使发电机大幅甩负荷时，快速关闭调节汽门，以减少机械和电气功率的明显不平衡，延时一定的时间，再次开启，以改善电力系统的暂态稳定，不致造成系统振荡，它同样不会使汽机跳闸。快关采取的形式有高中压调门同时关闭，亦有的只关中压调门。所以，快关和OPC是相辅相成的，甩负荷发生时，必定出现汽机机械和电气功率的明显不平衡，不过快关功能的存在，补偿了油开关不跳闸时汽机功率对电网造成的影响，在一些大机组OPC的设计中，综合了快关与OPC的特色。,汽门快关FV(FastValving),从我国的电网结构看，亦不是每台机组都设计快关功能，因为快关毕竟是一种极端的工况。据美国FosterWheller公司及我国研究人员研究表明，快关对转子轴系扭振、叶片应力和热力系统等都可能产生不良的后果。应根据电网对机组的要求，结合机组本身的实际情况，如转子轴系扭振、叶片应力和热力系统等，决定调节汽门是否具有快控功能。快关功能的设置，在一些严重的情况下，如发电机主开关下游的输变站开关跳闸、发电机灭磁开关跳闸，而失磁保护和失步保护未动等，对汽机及电力系统起到非常重要的作用。,电超速保护OPC简介,微分器。微分器设计在前苏联和我国哈汽型机组的液压调节系统上得到广泛应用。典型设计：当转速超过额定转速103%，或在30%负荷以上发电机油开关跳闸，OPC动作，通过OPC电磁阀，强行迅速关闭调节汽门，以阻止转速的过度飞升，延时一定时间（6s左右），且转速低于3090r/min，电磁阀复位，转速交由调节系统控制采用。综合考虑了功率不平衡及转速。日立机组之D-EHG/HITASS型电液调节系统对动态过程的处理主要依靠102%超速保护（ACCAccelerationControl）和机-电功率失衡保护（PLUPowerLoadUnbalance）两个功能来完成。当汽轮机的转速上升到额定转速的102%，即3060r/min，且测算出的升速率也超过57.5r/min/s，EHG（Electro-HydraulicGovernor）将触发ACC动作。,电超速保护OPC简介,三菱公司DEHOPC的触发信号设计为两路信号的综合，一为频差信号f，它表示汽机的实测转速n和标准同步转速3000r/min之间的差值n，输入一函数发生器，在0%7%之间即0210r/min之间产生一01之间的数Num1；另一路为机械和电气负荷的不平衡量MW，以代表发电机功率的发电机电流信号I，经换算为电负荷MW1与额定负荷产生百分比，与代表汽轮机机械功率的ICV阀出口蒸气压力信号PI，经换算为机械负荷MW2与额定负荷产生百分比，两者相减得MW，输入一函数发生器，当MW60%时，输出为Num2=1。设计功率不平衡量MW为对转速信号的补偿，两路信号经过补偿器，得出Num=Num1+Num2；当Num1时，OPC动作，直至使OPC动作的信号消失后复位。,测功法甩负荷试验,由于机组保护的逻辑回路设计与甩负荷试验时的情况不尽相同，以致于近年来，不少从事这方面工作的专业人员对甩负荷试验存在不同看法。而测功法甩负荷（甩汽负荷）是在机组不与电网解列，突然关闭进汽阀的情况下，测取发电机有功功率变化的过渡过程，经换算得到转速飞升曲线。是一种简便的间接考核汽轮机调节系统动态特性的试验方法，不需要过多的临时措施，简化了试验过程、减少了试验次数和工作量、节省了试验费用和时间。另外试验是以机组跳闸与电网解列、或不停机迅速接带负荷作为终结，大大提高了甩负荷试验的安全性。测功法甩负荷试验是前苏联在80年代初提出的，在电液型调节系统上有应用实例。在前苏联，这种方法采用较多，并已纳入了试验规程。国际电气技术委员会IEC组织也推荐这种方法。,汽门关闭时间的测量,对调节系统而言，防止甩负荷后第一飞升转速的功能是通过OPC实现的。因而，从主开关跳闸瞬间至调节汽门关闭至空负荷位置的时间间隔决定了转子的第一飞升值，要求越快越好。汽门自身关闭时间的提高由本身的时间常数决定，这项研究一直在进行，现代化大型机组的关闭时间已达到一个比较理想的水平；延迟时间一般通过简单的中间继电器回路（硬逻辑）实现，或与微处理机（软）逻辑回路冗余，不仅可靠，也缩短了信号的传递时间。,负荷后的瞬时飞升转速nmax预测,甩负荷后的瞬时飞升转速nmax可以按下式估算：式中：Ta转子时间常数(s)，s；Tv蒸汽容积时间常数(s)，s；aH、aI高压缸、中低压缸功率比例系数，%；tH1、tI1高、中压油动机延迟时间，s；高、中压油动机延迟时间tH1、tI1的权重大于工作行程关闭时间tH2、tI2。,OPC特性试验结果,某200MW机组DEHOPC特性试验测试结果,OPC特性试验结果,某200MW机组DEHOPC特性试验测试结果,甩负荷试验汽门关闭时间与各参数的关系,甩负荷试验汽门关闭时间与各参数的关系,二、调节系统例行试验,调节保安系统的定期（例行）试验是检查其是否处于良好状态，在异常情况下能迅速、准确动作，防止机组严重超速的主要手段之一。宜参照有关行业标准、技术管理法规，结合本厂机组的具体情况，制定定期试验制度，并严格执行。,调节系统例行试验,调节系统例行试验,汽门活动/松动试验试验内容：利用就地试验装置或DEH试验逻辑活动汽门10%20%行程。试验周期或条件：每天备注：白班进行，对于没有设计调节汽门活动试验装置的机组，应定期(一般每天或每周)进行一次幅度较大的负荷变动。,调节系统例行试验,汽门严密性试验试验内容：按制造厂/行业标准进行。试验周期或条件：大修前后，正常运行每年备注：进口机组建议按我国有关标准进行。,调节系统例行试验汽门严密性试验,日本日立公司250MW机组的TCDF-33规定机组投运612个月进行主汽门严密性试验，要求在额定转速和额定蒸汽参数的情况下转速应降至2/3额定转速以下。调门严密性试验则在盘车下进行，汽轮机可脱离盘车装置转动，但转速应保持在400600r/min以下。意大利ANSALDO320MW机组规定在机组静止状态下由盘车装置带动，在额定参数条件下，调速汽门全开，主汽门全关，此时，不使汽轮机退出盘车运转，即认为主汽门严密性台格。调门在试验条件下规定汽轮机可以退出盘车运行，但转速应停留在400600r/min以下，试验周期为612个月。日本三菱公司转子惰走标准曲线。前苏联每个门单独进行。捷克SKODA200MW汽轮机制造厂未提供在运行中对汽门严密性试验的具体要求文件。据制造厂家介绍，出厂前对主汽门进行额定压力下的水压试验。在额定参数主汽门全关的情况下，可根据门后疏水量加以判断，疏水量要求不大于0.1g/min。,调节系统例行试验汽门严密性试验,衡量汽门“严密”的标准，可以分为两类。一是以“转速”作为衡量标准。在额定蒸汽参数，试验阀门关闭的情况下，允许转速小于或稳定在某一转速下。例如前苏联规定高、中压主汽门及高压调速汽门试验时，转速应m100进行。,油颗粒度的几种国外标准,MOOG标准。美国飞机工业协会ALA、美国材料试验协会ASTM、美国汽车工程师协会SAE联合提出的标准。各等级应用范围：0级很难实现；1级超清洁系统；2级高级导弹系统；3级、4级一般精密装置（电液伺服机构）；5级低级导弹系统；6级一般工业系统。按油颗粒尺寸510m、1025m、2550m、50100m及m100进行。,油颗粒度的几种国外标准,ISO分级标准。国际标准化组织ISO考虑一种改进的分级标准，颗粒尺寸在5m以上和15m以上，从ISO图上可以查出与该两种不同尺寸数目的分级（见ISO4406：1987）。由于是改进，该标准共26级较NAS标准分级（12级）精细，而NAS较MOOG标准（5级）又更细。上述200MW及以上机组汽轮机油运行中必须达到的颗粒度标准SAEA-6D6级（或工程上称MOOG6级）相当于NAS1638（或工程上称NAS）910级，或ISO15/18级。而抗燃油要求的NAS16387级相当于SAEA-6D3级，或ISO12/15级。,某电力集团公司对油质清洁度具体规定,透平油和抗燃油的油质应合格。在油质及清洁度不合格的情况下，严禁机组起动。透平油颗粒度按SAEA-6D标准6级，水份0.2，酸值0.3mgKOH/g；电调机组抗燃油颗粒度按SAEA-6D标准3级，水份0.1，酸值0.2mgKOH/g；液调机组抗燃油颗粒度按SAEA-6D标准5级，水份0.1，酸值0.25mgKOH/g。机组大、小修后，油循环要有技术措施，油质经（监督机构）油化验人员检验合格后方可起动。加强对油质的监督，定期进行油质的分析化验，防止油中进水或杂物造成调节部套卡涩或腐蚀。定期进行主油箱放水工作，油净化装置应正常投入运行。,套装油管清洁度,对于套装油管路来说，如果油系统的清洁度在出厂前不严格控制，在运输和储存过程中，不能很好地得到保证，仅依靠现场的循环清洗来保证油系统的清洁度是很困难的。必须在制造、运输、储存和安装中严格控制，保证油系统的清洁度。如在制造厂内保证焊接清洁度控制，严格执行油漆工艺，出厂前成套冷油器进行2周的油循环，成套油箱进厂后重新复验等措施。运输、储存过程中，管子的开口处须严格密封，以防止异物掉入或锈蚀。安装过程中也要严格控制油系统的清洁度。,驱动给水泵汽轮机超速,给水泵出口逆止门故障引起的事故次数虽然不多，但也曾有发生，应引起注意。如：1996年潍坊电厂一台300MW机组，在锅炉灭火停机的过程中，汽动给水泵正常停泵，但因给水泵出口逆止门未能关闭，高压炉水倒灌，使给水泵汽轮机反转，转速高达8748r/min，造成了泵组严重超速并损坏的事故。因此，对给水泵汽轮机出口逆止门的严密性和可靠性也应给予重视，以防后患。,防止轴系断裂,振动是反映机组运行状况的重要指标，许多重大设备事故的先兆都会在振动上表现出来。因此，明确要求振动超限跳机保护必须投入运行，充分发挥该保护的作用，以确保机组的安全、稳定运