火电厂热工保护与顺序控制

火电厂热工保护与顺序控制第一章

绪论一、大型火电机组的自动化技术热工自动化包括：监测（Monitor）、控制（Control）、报警（Alarm）、保护（Protection）。简称（CAMP）。1热工自动化技术的发展过程50年代，就地指示仪表。80年代，集中的模拟显示仪表（DDZII,

DDZIII）微机化的组件式仪表。（SPEC-200)分散控制系统（DCS）。ABB的INFI-90，西屋的

WDPF，新华电站的（XDPS-2000），华北电力大学的

LN2000等。2

热工自动化包括的内容及缩写计算机监视系统（DAS）

模拟量控制系统（MCS）炉膛安全监控系统（FSSS）汽轮机控制系统（TCS）汽轮机监视仪表（TSI）旁路控制系统（BPC）顺序控制系统（SCS）二、热工联锁保护的作用及组成定义：机组出现危险工况时，自动采取措施，防止事故产生和避免事故扩大，保证设备及人身安全。当故障发生时，热工保护系统的优先级最高。超越运行人员的手动操作，按照预先规定的方式处理事故。联锁：热工保护系统的一种重要技术。联：联动；锁：闭锁。1锅炉热工保护汽压保护、水位保护、温度保护、炉膛安全监控系统（FSSS）。2

汽轮机的热工保护轴向位移保护、缸胀和差胀保护、超速（零转速保护）、振动监测及保护、主轴弯曲保护、轴承温度高和润滑油压力低保护、真空度低保护、汽轮机进水保护等。3

机、炉、电大联锁保护单元机组是一个整体。燃料 锅炉 汽轮机发电机 电网任何一个故障都会影响整个系统。三、火电厂顺序控制系统作用及组成定义：将生产过程的部分工艺按照事先规定好的条件及顺序进行自动操作。可以是闭环的，也可以是开环的。组成锅炉定期排污顺控系统炉膛吹灰系统化学水处理顺控系统输煤程控系统第一章

开关量控制系统的基本知识§1-1热工开关量变送器一、开关变送器开关量变送器也称逻辑开关或二位式控制器，它的任务是将被测物理量转换成开关形式的电

信号。开关形式的信号是仅有两种对立状态的逻辑变量，例如，二对触点的状态或断开状态。开关特性切换差：被测物理量上升时开关动作值与下降时开关动作值之差。P1下切换值，P1+ΔP为上切换值，ΔP切换差切换差例子切换差≠误差，切换差大小应按使用场合确定。在干扰信号大的场合，选用切换差大的产品；反之，选用切换差小的产品。切换差的影响切换差减小时，优点控制精度提高；缺点电机启动频繁，寿命缩短。二、常用热工开关变送器1压力开关差压开关传感器大多采用膜片或波纹管，使用时将高低压介质分别引入膜片或波纹管的高、低压侧，其差压作用在敏感元件上，使其发生位移，根据力平衡原理推动微动开关，工作原理与压力开关相同。流量开关电厂水、油、蒸汽等的流量开关信号获取管道安转孔板或喷嘴 差压信号 差压开关（流量信号）堵塞开关信号将滤网前、后的差压信号输入到差压开关，当差压增大时，发出滤网堵塞信号。断煤开关，检测输煤皮带上煤流的有无。3

液位开关浮子式 电接触式4

温度开关。0～100度：固体膨胀式温度开关；100～250度：气体膨胀式温度开关；>250度：热电偶、热电阻 模拟量 开关量5

行程开关也称限位开关，反映运动部件的位置信息。§1-2常用控制电器一、手动电器（开关）1按钮主令电器常开触点：按钮未按下或未通电，触点是断开的。常闭触点：按钮未按下或未通电，触电是闭合的。二、自动电器有两个回路，工作线圈回路接通时，产生电流，产生磁场，吸合衔铁，执行元件回路接通工作。小功率回路控制大功率回路。电流继电器：反映电流变化，线圈串接在监视回路中，导线粗，电阻小。电压继电器：反映电压变化，线圈并联在监视回路中，导线细，匝数多，电阻大。中间继电器：具有较多触点，能够控制多个回路的通断。接触器：控制频繁接通断开大功率设备的自动开关，触

点接触压力大，接触电阻小，有专门的灭弧装置。常用控制电器符号三、常用的执行机构1电动执行机构由电机驱动。优点：工作可靠，运行费用低，适合远距离和分散控制。在电厂中占绝大多数。缺点：驱动力矩小，执行动作慢。2气动执行机构利用压缩空气的压力在薄膜或活塞上产生推力，通过推杆打开关闭阀门。优点：驱动力矩大，动作迅速，防爆性能好缺点：需要专门的空气压缩机，不便于远距离操作。3液动执行机构以压力油作为工作介质。主汽门，调门等。优点：力矩大，定位准确，速度快。缺点：需要专门供油装置，管道易泄露。第二章

锅炉机组的热工保护§2-1概述一、保护系统的特点优先级最高。应采用独立的信号检测传感器。保护系统具有可维护性，有一定的实验手段。保护动作是单方向的。保护系统动作后，必须排除故障后，设备才能重新启动。二、保护系统的手段限值保护。根据锅炉和辅机的运行工况对锅炉的最大出力进行限值。联锁保护紧急停炉，重要辅机或锅炉自身发生严重故障从热工保护系统发生故障的效果看，故障可分为拒动作和误动作两种失效类型。当投入保护的设备，其运行参数未超过保护定值公差下限时，保护动作叫误动作；已超过上限 不动作，则称为拒动作。误动作和拒动作反映于保护系统故障的两种状态。是描述其可靠性和故障率中比较直观的两个指标。通过开关变送器的串并联可以减小误动作和拒动作的发生。三、锅炉及其辅机的主要保护参数保护设备保护汽压保护汽温保护水位保护灭火保护给水泵保护

磨煤机保护

给煤机保护

点火系统保护§2-2

锅炉汽压保护一、汽压保护的重要性大型锅炉的汽包、过热器、再热器管道等在正常运行时承受很高的压力和温度。如汽压波动过大，会导致爆管等事故。二、安全门当锅炉介质超过允许压力时，安全门开启，排出蒸汽，降低压力以确保锅炉安全运行。当汽压降到安全值以下时，安全门自动关闭。汽包、过热器、再热器都安装有安全门。三、安全门的参数1、工作压力：锅炉正常工作时介质的压力2、开启压力：介质压力达到安全门设定阈值，阀芯开启，介质明显排出。3、关闭压力：安全门开启后，介质压力降低。当其降低到某一阈值时，安全门关闭。注意：1、开启压力和关闭压力不同。开启压力高于工作压力，关闭压力低于工作压力。防止安全门频繁跳动。2、不同位置安全门开启压力不同。过热器安全门开启压力低，1.02倍工作压力。汽包安全门开启压力高，1.05倍工作压力。

保证过热器有足够蒸汽流过，保证其安全四、弹簧式安全门安全门控制框图：四、汽压保护系统安全门汽压保护的缺点：对空排汽，损失效率、噪声大。具有旁路系统的单元机组的汽压保护：优点：汽压保护方式灵活，可以回收蒸汽，提高机组效率。§2-3

锅炉水位保护一、水位保护的重要性（汽包锅炉）汽包是汽水的分界处。水位过高：汽包内蒸汽和水的分离行程变短，造成蒸汽带水带盐、导致汽机进水，过热器汽机结垢。水位过低：锅炉的自然循环被破坏，造成水冷壁干烧。缺水：汽包水位低于规定的最低水位。满水：汽包水位高于规定的最高水位。锅炉缺水原因：水位指示不准确；给水系统故障或给水阀门卡塞。给水压力下降，给水管道破裂。锅炉受热面爆管。锅炉排污不当。排污阀门泄露或低水位时排污。二、汽包水位对象的特性1

是无自平衡对象。2

有严重的虚假水位现象。三、水位保护系统水位高一、高二、高三（+50，+150，+250），水位低一、低二、低三（-50，-150，-250）安全门动作时，会引起汽包压力的变化，使汽包产生虚假水位现象。安全门动作时，有60秒的禁止信号。四直流锅炉的断水保护直流炉无汽包，水在水冷壁一次循环直接变为蒸汽，无明显的汽水分界面。必须建立一定的给水压力。发生断水故障时，如不能在断水后的几秒钟内恢复供水，将严重危及锅炉的安全。保护措施：使用给水流量过低的信号来形成断水停炉信号。如该信号产生并稳定的持续一段时间，则发出停炉指令。给水流量低值和延迟时间需根据锅炉厂家提供的数据，经过实际测试得到。对某

1025t/h的直流锅炉，低一值为225t/h，低二值为210t/h，延迟时间为9s。汽包水位事故案例水位表计失灵、指示不正确，引起误判断误操作，水位保护拒动。某厂＃2炉（HG670t/h）在负荷由15万千瓦升至16万千瓦时，燃烧 不稳，水位波动大，运行监视失误，误判断、误操作，锅炉先满 水后干锅严重损坏。水冷壁爆管6根另有9根损坏。水冷壁鳍间焊 口裂缝，后墙6米，前墙20米。某厂＃4炉（SG400t/h）检修后启动过程中，负荷由4万千瓦猛增到7万千瓦时，由于给水调节操作不当，造成严重缺水，173根水冷壁管烧坏。某厂＃2炉（苏制670t/h）在大修后启动中12－18kg/cm2时，锅炉 负荷60t/h，差压水位表及差压水位记录表不能投入运行，电接点 水位计因测量筒水脏亦不正常作为参考，靠司水手拨水位调整水 位。司水监视云母水位计技术不熟练，未能准确报告水位，加之 给水流量表因小信号切除无指示，调整给水操作失误，导致锅炉 长时间缺水，烧坏249根水冷壁管，构成重大损坏事故§2-4

再热器保护一、再热器壁温高保护在机组启动时，产生蒸汽量少，再热器的蒸汽冷却作用弱。容易发生再热器被烧毁的故障。在启动阶段，锅炉蒸汽量一般小于额定值的10%，必须投入再热器保护系统。保护方法：限制再热器受热面入口烟气温度。在烟道两侧安装温度检测探头。二、再热汽温高保护引起再热汽温高的原因：烟道中的二次燃烧；再热器积灰；减温水装置故障等。调节再热汽温的正常手段：调整燃烧器摆角；切除上层燃烧器；调节烟气挡板。再热汽温高的保护手段：喷水减温（缺点降低机组的热经济性）§2-5炉膛安全监控系统重点（1）FSSS系统的组成和作用炉膛爆炸的原因和防止措施火焰检测系统的工作原理煤、油燃烧器的控制燃料安全系统一、概述作用：在锅炉正常工作和启停等各种运行方式下，连

续地密切监视燃烧系统的大量参数和状态，不断地进

行逻辑判断和运算，必要时发出动作指令，通过各种

顺控和连锁装置，使燃烧系统中的各设备严格按照逻

辑顺序进行操作或处理未遂事故，保证锅炉燃烧安全。组成a

燃料安全系统（Furnace

Safeguard

System,FSS）作用：预防在锅炉中形成可燃混合物，防止炉膛爆炸。危险时发出主燃料跳闸信号，并提供“首出原因”。b燃烧器管理系统（BCS）控制点火及暖炉油枪，对磨煤机、给煤机等设备进行自启停操作。监视油层、煤层和全炉膛的燃烧状况。c

炉水循环泵控制保证炉水循环泵的正常工作。FSSS系统的结构操作盘：DCS中的操作员站，发出控制指令，监视现场运行。现场设备：敏感元件（监测炉内燃烧和燃料空气系统的

状态，包括压力开关、流量开关、限位开关、火焰监测器等）驱动机构（包括给煤机、磨煤机、阀门、油枪的伸缩机构）逻辑控制柜：工业控制计算机。FSSS在不同阶段的作用：二、炉膛爆炸的原因及防止措施1炉膛外爆指锅炉炉膛内积存的可燃混合物突然被点燃，使烟气侧压力升高而造成炉墙结构破坏。炉膛爆炸的原因：炉膛或烟道有未燃的燃料和空气同时存在；可燃混合物达到一定的浓度有点火源存在。从可燃混合物的产生到发生炉膛爆炸的时间很短，1~2秒钟。炉膛内最可能发生可燃混合物积存的几种危险情况：燃料在停炉时积存或停炉后漏进锅炉炉膛中，未经吹扫，进行点火。重复不成功的点火，未及时吹扫，造成大量爆炸性混合物积聚。在多个燃烧器运行时，一个或者几个燃烧器燃烧不良或失去火焰，从而堆积起可燃的混合物。运行中整个炉膛熄火，造成燃料和空气可燃混合物的积聚，随后再次点火或者有其他点火源存在时，使这些可燃混合物点燃。炉膛外爆的分析：炉膛可以近似为一个定容绝热的对象。分析（1）可燃混合物容积 小，爆炸破坏小。初始温度越低，爆炸破坏力越大。点火时发生炉膛外爆后果严重。当炉膛温度超过750度时，燃料进入炉膛即被点燃，不会发生炉膛爆炸。防止炉膛外爆的措施主燃料与空气混合物进口处有足够的点火能量。对于已进入炉膛的可燃混合物应尽快冲淡。保证风和煤粉有合适的配比。2、炉膛内爆当炉膛压力过低，其下降值超过炉墙结构所能承受的压力时，炉墙向内坍塌，称为炉膛内爆。造成炉膛内爆的原因：引风机产生较大的负压，超过锅炉承受的限度。炉膛灭火。炉膛内温度的急剧下降导致炉膛压力急剧减小。三、火焰检测系统火焰监测器用于监视炉膛内火焰燃烧的稳定性和火焰动态变化，对于防止炉膛爆燃、维护锅炉运行的安全具有重要的作用。1火焰检测器原理不同燃料燃烧时发出不同的火焰。火焰具有的特性：火焰的波长、燃烧频率、强度煤粉火焰含有大量红外线、可见光，燃烧频率低，使用可见光火焰监测器。油燃烧火焰含有大量紫外线、红外线、可见光，燃烧频率高，可用可见光或紫外线火焰监测器。（3）气体燃烧火焰含有大量紫外线，燃烧频率高，使用紫外线火焰检测器。火焰监测器的光电管的光敏特性。2火焰检测器组成炉膛火焰的可见光通过透镜引出炉膛，经光电管将光信号转换成电信号。电流信号的大小反映炉膛火焰的强弱，电流信号的频率反映火焰的脉动频率。光电转换原理LED用于锅炉停止运行时，作为光源，对光电转换电路进行自检。强度检测对火焰的直流分量进行检测，直流分量反映火焰的强度（亮度），火焰越亮，电信号的直流分量越大。高限和低限要通过现场实验确定。煤种变化后后要重新通过实验设定。频率检测检测火焰的脉动特性。煤火焰燃烧频率10Hz左右，油火焰30Hz左右。靠近燃烧器喷嘴处，频率高。距离喷嘴远处，频率低。故障检测3、火焰检测器的安转和调整火检探头一般安装于二次风口内，有利于探头的清洁、防止结焦。提高火焰检测器可靠性的措施：火焰检测器安装位置要适当。视野要合适。保证视野落在初始燃烧区。探头数量要合适。保证最大限度监视炉膛内各部位的火焰燃烧情况。采用“火焰强度”和“闪烁频率”的双信号判定火焰信号。可以将炉膛四壁和炉渣的光信号与燃烧器的燃烧信号有效区分开。光纤必须可靠且要求冷却风畅通。保持探头清洁。定期清洁火检透镜。做好标定工作。可采用蜡烛光进行火检阈值的判定，其更接近煤燃烧火焰。火焰检测器一定要安装、调整和维护得当，才能正确检测炉膛火焰的燃烧和熄灭，保证锅炉的正常运行。§2-6

燃烧器管理系统（BCS）燃烧器管理系统包括油系统和燃煤系统一、燃油系统及点火方式燃油系统是指燃油从油库引出，经燃油泵输送到燃油母管，经油阀进入炉膛。作用（1）用于引燃煤粉燃烧器；锅炉启动初期炉膛暖炉。在锅炉处于低负荷燃烧不稳定时起到稳定助燃的作用。燃油系统结构三用阀有三个位置：燃烧，吹扫，关闭，两个进口两个出口。锅炉启动点火方式（1）二级点火方式高能点火器轻油燃烧器煤粉燃烧器三级点火方式高能点火器 轻油燃烧器 重油燃烧器 煤粉一级点火方式由等离子点火装置直接点燃煤粉。油燃烧器点火控制900MW超临界机组有燃烧器控制实例每层的四支油枪的启动顺序为#1，#3，#2，#4。二、煤粉燃烧器管理系统直吹式制粉系统：中速磨煤机、给煤机、风门挡板、润滑油系统、磨密封风系统磨煤机组启动通常设计有单台磨手动启动，单台磨自动启动，磨煤机组成组顺序启动。多层煤粉燃烧器的投运顺序：由下层到上层逐层投运。§2-6

炉膛吹扫与MFT一、炉膛吹扫逻辑锅炉在点火启动前必须进行吹扫，以稀释或吹尽炉内可能存在的可燃混合物，防止点火时发生爆炸。炉膛吹扫条件炉膛吹扫过程二、主燃料跳闸（MFT）MFT主燃料跳闸系统连续监控预先确定的各种安全运行条件是否满足，一旦发生危及锅炉运行安全的危险情况，自动快速地切断进入炉膛的燃料，以防止炉膛爆炸，保

证设备和人身安全。主燃料跳闸条件：全炉膛火焰丧失。炉膛压力过高/过低。汽包水位过高/过低。全部送风机跳闸/全部引风机跳闸全部一次风机跳闸汽轮机主汽门关闭或发电机跳闸（FCB失败）失去全部燃料全部炉水循环泵跳闸。主燃料跳闸后的操作制粉系统停运。磨煤机、给煤机、一次风机跳闸。燃油系统停运。全部油阀关闭。所有二次风挡板开至最大。静电除尘器、给水泵、吹灰器、发电机跳闸。其他操作。MFT首出原因记录显示MFT发生以后，事故顺序记录（SOE）系统采用高分辨率的采样和逻辑判断程序，可以将最先触发MFT的条件记录下来并显示，方便找到事故原因。分辨率达到ms级。RB(Run

Back)

辅机故障减负荷当重要辅机跳闸时，保护系统检测其故障并发出RB指令，降低汽轮机和发电机的负荷，启动备用辅机，达到运行辅机相对应的最大出力。FCB（Fast

Cut

Back）机组快速甩负荷是当电力系统发生事故而使主开关跳闸时，汽轮发电机应实现无负荷运行或带厂用电运行；当汽轮发电机故

障跳闸，机组应实现停机不停炉运行方式，维持锅炉最

低负荷运行，蒸汽经汽轮机旁路系统进入凝汽器。待故

障消除后，机组可以进行热态启动，从而迅速并网发电。讨论为防止锅炉爆燃事故需注意的几个问题油枪的喷油量要合适主燃料跳闸(MFT)后应立即检查燃料切断情况锅炉启动中要检查油枪雾化着火情况事故停运后油系统应立即解列进行炉膛吹扫严禁退出和干扰FSSS灭火保护功能加强燃油管理第三章

汽轮机组的热工保护型号：型式：额定功率：主汽门前蒸汽额定压力

主汽门前蒸汽额定温度：主汽额定流量高缸排汽压力

高缸排汽温度

再热汽汽压力

再热汽额定温度再热汽流量工作转速：额定冷却水温：凝汽器额定背压：旋转方向：低压缸末级叶片高度N600-16.7/537/537亚临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽凝汽式汽轮机600MW16.7MPa537℃1792.462t/h3.581Mpa314.4℃3.223Mpa537℃1496.14t/h3000r/min24℃5.88kPa从汽轮机端向发电机方向看顺时针905mm为了提高汽轮机热效率，大型汽轮机组的动静部分的间隙做的非常小。操作不当，很容易造成汽轮机动静叶片摩擦、碰撞。造成叶片损坏，主轴弯曲、推力轴承烧毁等事故。当被监控的主要参数超过规定值（报警值）时发出报警信号；在超过极限值（危险值）时保护装置动作，关闭主汽门，实现紧急停机，避免重大事故。§3-1电涡流传感器重点：电涡流传感器的基本工作原理电涡流传感器广泛应用于汽轮机监测中，包括位移、振动等。当线圈中通入高频交变电流时，线圈周围产生一交变磁场，在被测导体上产生电涡流，使导体内存在电涡流损耗，引起传感器的等效阻抗Z降低。Z是距离d的单值函数通过相关电路测出Z值，即可得到传感器和被测导体间的距离d。测量方法调幅式测量调频调幅式测量调频式测量影响测量精度的因素被测体面积。被测体面积要求比传感器面积大很多。如被测体为圆柱体，其直径应为传感器直径的3倍以上。被测体厚度。被测体太薄，影响涡流效应，灵敏度下降。被测体表面粗糙度。要求被测体表面有一定的光滑度，特别是振动测量。被测材料材质。表面不均匀内部裂纹影响测量精度。电涡流传感器的安装要求600MW汽轮机组状态参数测点布置图§3-2

汽轮机轴向位移监视汽轮机轴向位移是由于转子受到向前或向后的轴向推力导致的汽轮机转子在主轴方向上的前后窜动。一、汽轮机转子轴向推力产生的原因蒸汽由喷嘴喷射到叶片上时存在沿轴向方向的分速度。转子上各叶轮、动叶片前后级压力差导致的轴向推力。由于转子的挠度不同产生的转子重力沿轴向的分力。采用高中压缸对头布置，低压缸中间进汽等方法消除大部分轴向推力。二、引起转子轴向推力增大的原因轴向推力随机组流量的增加而增大。流量增加时，汽轮机不同级前后压差增大，轴向推力增大。汽轮机发生水冲击。蒸汽中带水，会造成汽轮机叶片的汽蚀损坏叶片。水珠冲击叶片，轴向推力增加。蒸汽品质不良。蒸汽含有较多盐分，导致动静叶片结垢，使蒸汽流通面积变窄，级间压差增大，轴向推力增大。真空度下降，蒸汽焓值下降。新蒸汽温度急剧下降，转子收缩量大于汽缸收缩量。轴向推力由推力轴承来承担。正常运行时，轴向推力指向发电机侧。三、轴向位移测量方法电涡流式轴向位移测量采用4个电涡流探头测量轴向位移。两个或操作后作为报警信号，另外两个与操作后作为跳闸信号。四、处理方法当轴向位移值至报警值时，应检查负荷、蒸汽参数、凝汽器真空、密切监视推力轴承金属温度、差胀变化，并倾听机组有无异声，各轴承有无振动。并应立即减负荷，使轴向位移值恢复至正常。当轴向位移值增大，机组转动部分出现金属响声并伴有强烈振动，应紧急停机。当轴向位移值至动作值而保护不动作，应立即破坏真空紧急停机。§3-3缸胀和差胀的监视一、缸胀在汽轮机启停和变工况时，汽缸发生相对于静止参照物基础的膨胀，称为缸胀。汽轮机轴向长度很长，汽缸在温度变化时的缸胀很大，需要严密监视，防止汽缸膨胀受阻和左右膨胀不均导致的变形，翘曲和动静叶片摩擦。测量位置：在汽缸外壳两侧各设置一个测点。监视两者的大小和偏差。缸胀测量线性差动变压器测量缸胀时，传感器线圈固定在基础上，铁心固定在汽缸上。输出电压信号与缸胀大小成正比。二、差胀汽轮机在启停或变工况情况下，由于温度变化而使汽缸和转子产生不同程度的热膨胀，它们之间的膨胀差称为差胀。转子体积小，直接受蒸汽冲刷，温升和热膨胀快；汽缸体积大，温升和热膨胀较慢。在它们的膨胀过程稳定之前，存在较大的差胀。温升时，转子的膨胀大于汽缸，称为正差胀。温降时，转子的收缩大于汽缸，称为负差胀。差胀的计算差胀由推力轴承向后递增。在设计时，动静部分的间隙由前至后逐渐增大。在启停和工况变化时要严密监视差胀。造成差胀的原因：升降负荷过快，暖机时间不足。发生水冲击，造成转子冷却收缩。真空度急剧下降，排气温度上升，低压缸差胀增大。差胀的测量高压缸差胀测量采用电涡流式测量方法，传感器布置在高压缸轴端部，测量轴端法兰与汽缸之间的间隙。

低压缸差胀采用线性差动变压器，外壳和线圈固定在汽缸上，铁心固定在转子上。缸胀和差胀测量超过报警值时报警，超过保护值时关闭主汽门停机。§3-4汽轮机转速测量及保护一、汽轮机超速的原因作用在转子上的力矩包括蒸汽推动力矩、电磁阻力矩和摩擦阻力矩。超速的原因：发电机运行中，由于电网侧故障导致发电机断路器跳闸。汽轮机负荷突然甩到零或突然降低。停机过程中，解列后空负荷运行。危急保安器作超速试验。主汽门开启速度过快。二、汽轮机超速的危害汽轮机转子所受的离心力与其转速的平方成正比。一般规定，汽轮机转速不能超过额定转速的110%-112%。最大不允许超过额定转速的115%。转速若超过极限，会发生严重的设备损害甚至飞车事故。必须对转速进行准确测量，并设置超速保护装置。当汽轮机转速过低接近停止时，需要进行零转速的监视，以连锁启动盘车装置。三、转速测量传感器转速的测量方法主要有磁阻测速、磁敏测速和电涡流测速。1磁阻测速被测轴一端安转导磁齿轮。齿轮侧安转磁阻测速装置。齿轮的齿顶和磁轭相对时，磁阻小，线圈感应电势强。齿根和磁轭相对时，情况相反。齿轮每经过一个齿，线圈感应电势大小变化一次。2磁敏测速R1,

R2为磁敏电阻，每当齿轮旋转一个齿时，其阻值发生变化，电桥输出改变一次。测量电桥输出电压频率，即可得到转速。3电涡流测速在被测轴上开一条或数条槽，或在轴上安装齿轮。在槽或齿的侧面安装电涡流传感器。由于槽和齿导致轴与传感器间的间距周期改变，电涡流传感器将输出周期变化的电压信号。电压信号的频率=槽（齿）数×轴转速四、转速保护系统汽轮机设置了多套转速监视仪和超速保护装置。当转速超过允许极限值，超速保护装置动作，立即关闭主汽门，调速汽门和抽汽逆止门，实现紧急停机。当汽轮机关闭汽轮机转速降低到机组允许的最小旋转速度（零转速）以下时，转速传感器输出连锁启动盘车装置，防止机组在停机期间转子由于重力和汽缸上下部的温差而产生变形。§3-5振动监视旋转机械在运行过程中，由于各种原因，都会发生振动，当振动在允许范围内，属正常；当超过设定值，保护应动作。对于600MW汽轮机，汽轮机在工作转速下。各轴承振动最大许可值为0.05mm。汽轮机在越过临界转速时，轴承振动最大许可值为0.15mm。一、振动产生原因：汽轮机转子中心不正。转子质量不平衡。轴承油膜不稳定或被破坏。汽轮机内部发生摩擦而发生振动。（5）汽轮机发生水冲击振动会导致汽机动静部分发生碰撞损害，导致机组部件间的连接松动，机组损坏。二、振动的测量汽轮机振动的测量是在支撑轴承的位置测量的。1轴承座绝对振动的测量转子的振动大部分传递到轴承座上。其振动的测量是采用磁电式速度传感器。当连接杆和线圈的振动频率比外壳的振动频率小很多时，可以近似认为线圈是静止的。外壳振动时，在线圈中产

生感应电势。轴相对轴承座的振动测量将探头安装在轴承座上，其测量的是两者的相对振动。探头需要安装两支。一只测量水平振动，一只测量垂直振动。复合式振动传感器由电涡流传感器、速度传感器和合成器组成。主轴相对轴承座振动轴承座绝对振动轴绝对振动速度传感器：轴承座的绝对振动电涡流传感器：轴承相对于轴承座的相对振动合成器：两个信号进行矢量相加，得到轴承绝对振动。三、振动分析（1）幅值分析由X,Y方向两个探头，可以确定轴心的运动轨迹。振动的峰峰值是转子振动保护的参数。计算方法：（1）

取两个正交方向上所测量的位移峰峰值的合成值。（2）取两个正交方向上所测量的位移峰峰值的较大值。（3）取离开平衡点的最大位移。（2）振动频率及故障简单分析由X，Y探头得到的轴振动是一个通频信号。为了分析，通常把它进行分解。基准频率 通常选择为与转子转速相同的频率即50Hz。通过FFT分解，将原始信号分解为基频分量及其倍频分量。振动故障的诊断就是对不同频谱信号的分析。振动的故障分析主要是把振动异常时的各个频段的频谱与各自的正常值进行比较并分析其变化规律。当某个频段上的振动分量发上突变、快变或阶跃式变化时，即是某类型故障发生的重要先兆，从而可以很快地识别振动的故障类型和原因。不同波段的频率信号包含有转子不同的信息。如基频

信号可以反映转子的不平衡故障或对中不准；2、3倍频信号异常可以反映转子的内部结构信息（如出现裂纹损坏）；高倍频则反映转子转动过程中的摩擦、激振（油膜激振、汽流激振）等问题。（3）相位分析键相器键相器是一个电涡流传感器，每当转子上的凹槽经过键相器下方时，传感器就会有一个脉冲变化。可以对转子进行精确的定位。相角：从键相器脉冲到振动信号的下一个正峰值转子转过的角度。转子正常运行时，相角基本不变。当振动加大时，相角就会发生较大变化。可以用来监视汽轮机的振动。§3-6

偏心度监视偏心度是指轴表面外径与轴真实几何中心线之间的弯曲度。当偏心度过大时，转子运行过程中会发生晃动。柔性转子；刚性转子当偏心度过大时，在转子运行时会产生较大的离心力从而导致振动，动静部分碰撞，或造成转子的永久变形。检测偏心的装置安装在机头侧。检测数值进行报警，一般不进行保护停机。§3-7

汽轮机进水防护机组容量的增大，失机组热力系统越来越复杂。和汽轮机连接的管道都有可能造成汽轮机进水（进冷气）。一、进水危害动静摩擦引起金属疲劳裂纹。使阀门与汽缸结合面漏气。推力瓦烧毁。二、防止造成汽轮机进水的原因：1、冷再热蒸汽管道设置疏水罐，疏水阀门控制。二造成汽轮机进水的系统和设备锅炉满水或汽水共腾时，水经主管道进入汽轮机。主蒸汽系统。在启机时暖管不充分，造成管道中存在凝结水，被带入汽轮机。再热蒸汽系统。再热喷水减温水过量。抽汽系统。水或冷蒸汽由抽汽管道进入汽轮机。轴封系统。轴封系统管道未能充分暖管和疏水，在启机时造成轴封进水。凝汽器。凝汽器水位过高，使疏水扩容期满水，水倒流入汽轮机。三防止进水的措施1

连接汽轮机的水平管道应有一定的坡度且在管道的低位点设置疏水罐。疏水罐有自动水位保护装置。在汽轮机入口管道的上、下部安装热电偶测点，监视管道上下部温差。如过大，可能是汽轮机进水。2再热减温系统图3-59

喷水控制阀、闭锁阀、手动实验阀控制3给水加热系统当给水加热器正常时，正常疏水至下级。当某一级加热器水位高时，关上级加热器来水，同时开事故放水门。汽侧，当水位高二值时，自动将汽机与加热器的抽汽逆止阀关闭，防止水倒流。对于低压加热器，直接旁路。§3-8辅助系统监视与保护一、轴承温度和油压监视与保护汽机在运行时，汽机轴与轴承之间有一层油膜，起到润滑和降温的作用。当轴承温度高时，润滑油变稀，油膜不稳，发生干摩擦。润滑油进口温度35～45度，出口温度小于65度，当大于75度时，保护动作停机。当润滑油压力低时，启动相应保护装置。主油泵 交流润滑油泵 直流润滑油泵 停机二、凝汽器真空度低监视。凝汽器真空下降的原因引起凝汽器真空下降的原因较多，主要有以下几个方面：循环水泵发生故障，使冷却水量减少或下降；抽气装置发生故障，不能正常抽气；凝汽器水位升高，淹没了部分铜管和抽气口；凝汽器铜管脏污，使传热效率降低或铜管堵塞；危害：使汽轮机组的热经济性和出力下降；使排汽温度增高，造成低压缸热膨胀变形，和低压缸后面的轴承上抬，破坏机组的的中心，使振动增大；使凝汽器铜管的内应力增大，破坏凝汽器的严密性；使汽轮机内蒸汽焓降减少，增大级的反动度，使轴向推力增大，可能造成推力瓦损坏。某1000MW机组启动冲转前凝汽器真空应小于20kPa，正常运行时为5kPa。真空下降应启动射水抽汽器或辅助空气抽汽器。随着真空降低，负荷相应地减少。同时应防止排汽室温度超限，防止低压缸大气安全门动作。当真空下降到30kPa时，汽轮机紧急跳闸系统动作，自动停止汽轮机运行。§3-9汽轮机紧急跳闸保护系统ETS紧急跳闸系统：在汽机运行时，监视一些重要项目的参数，当这些参数数值超过极限值时，系统发出自动停机命令，紧急关闭汽机的全部进汽阀，使汽机停机，保证机组安全。一、引起ETS的原因：轴承油压低、EH油压低、凝汽器真空低、推力轴承位移过大、超速、其他条件。ETS原理抗燃油在主油泵、高压蓄能器作用下产生很高的压力，克服弹簧弹力，打开主汽门或对调门开度进行调节。ETS系统主要部件是4只自动停机遮断电磁阀（AST）。在正常运行时，它们是关闭的，从而封闭了自动停机危急遮断母管上的抗燃油泄油通道，使所有蒸汽阀执行机构活塞下的油压建立起来。当危急遮断系统所监视的汽轮机某些重要参数，如推力轴承磨损、轴承油压过低、凝汽器真空低、抗燃油压过低等危急遮断信号产生时，则AST电磁阀打开，总管泄油，使所有蒸汽阀门关闭，导致汽轮机停机。第四章

单元机组的热工保护现代大型锅炉都是单元制的，一台锅炉产生的蒸汽供给一台汽轮机，作为一个整体，调节、运行方便。但任何一部分的故障都会影响其他部分。机组的故障可以分为：锅炉侧故障。锅炉超压、炉膛灭火、送引风机全停等引起MFT。汽轮机、发电机相应跳闸。汽机侧故障。汽机本身故障，停机。如果是电网故障，汽机带8％厂用电。此时锅炉维持在最低负荷。辅机故障。根据辅机出力决定机组的实发功率，减负荷运行（RB）。§4-1机炉电大联锁保护一、定义：锅炉、汽轮机、发电机等主机之间以及与给水泵、送引风机等主要辅机之间的联锁保护。二、保护动作1减负荷

2投旁路

3

停机、停炉锅炉主燃料跳闸（MFT)锅炉MFT条件汽轮机紧急跳闸（ETS）汽轮机ETS条件发电机保护跳闸发电机跳闸条件不成功机组快速甩负荷成功或主断路器跳闸不成功电网故障8％停机锅炉保持最低负荷运行汽机带8％厂用电运行锅炉保持最低负荷运行成功不成功成功锅炉MFT，延时跳汽轮机、发电机汽轮机和发电机互为联锁，引起机组FCB，若FCB不成功，锅炉MFT。若成功，锅炉维持最低负荷。若主断路器跳闸导致FCB，若发电机无故障，带5%厂用电。三、机炉电大联锁实例停炉停给水泵锅炉停炉保护动作给水泵全停发电机内部故障汽机保护动作紧急停炉紧急停机 跳发电机断路器锅炉减负荷投旁路开凝汽器喷水门减负荷至30％减负荷至50％停机发电机甩负荷锅炉汽压高给水压力低1或2号泵停（5）1、2号泵全停1或2号泵停辅机出力不足启动电泵电泵启动成功电泵启动失败减负荷§4-2

旁路系统一、旁路系统的型式高压旁路（I级旁路）使主蒸汽绕过汽轮机的高压缸，经减温减压后送入再热器的入口。低压旁路（II级旁路）使再热蒸汽绕过汽轮机的中低压缸，经减温减压后送入凝汽器的入口大旁路使主蒸汽绕过整个汽轮机，经减温减压后送入凝汽器入口。二、旁路系统的主要功能启动阶段协调机组启动，回收工质和热量，降低噪声。适用于滑参数启动方式，加快启动速度。甩负荷运行，协调锅炉与汽机关系，使锅炉能够处于热备用状态，缩短重启时间。保护再热器。防止在启动阶段没有蒸汽流过再热器，造成再热器干烧。协助MCS控制主蒸汽、再热蒸汽压力。三、旁路系统协调机组启动点火初期设定旁路阀门开度为最小值Ymin，使蒸汽加热整个系统，暖管压力逐渐增大至Pmin，为保持Pmin，逐步开启高旁阀门，使蒸汽维持在Pmin压力逐渐增大至Pmin，为保