汽轮机的危急遮断系统

汽轮机的危急遮断系统（ETS）

在大型汽轮机中，由于机组超速的危害最大，所以特别注意超速保护，第六章介绍的OPC功能是一种有效的超速保护手段。但OPC功能并不能保证机组绝对不会超速，当实际转速超过了允许值时而危急汽轮机安全时，只能通过遮断汽轮机（即跳闸）来实现保护。此外，某些其它参数严重超标时也可能酿成设备损坏、甚至毁机事故，例如推力轴承磨损。为此，大型汽轮机都设有严密的保护措施，除了设计了OPC功能外还设有危急遮断系统ETS。因此，除了OPC兼有超速保护和危急遮断多重保护外，其余重要参数的严重超标，将通过危急遮断系统实行紧急停机。

第一节 汽轮机自动保护系统的液压执行机构

一、自动保护系统液压执行机构的组成

在第五章中，我们已经介绍过汽轮机的液压执行机构，参见图5－12。汽轮机自动保护也是通过液压执行机构实现的。为方便起见，我们将图5－12中的蒸汽阀门伺服执行机构部分及低油压保护去掉，简化成图9－1，来帮助我们分析汽轮机自动保护和停机的过程。

图9－1 自动停机跳闸系统

汽轮机自动保护系统，是OPC保护、ETS和机械超速保护系统的总称，它的液压构件，称为保护系统的执行机构，用于关闭汽阀并防止超速或遮断汽轮机。其设备组成如下： 1．超速保护和危急遮断组合机构

超速保护和危急遮断组合机构，统称为控制块，如图9－2所示，布置在汽轮机前轴承箱的右侧，其主要组成是控制块壳体1、2个OPC电磁阀19、四个AST电磁阀17和2个止回阀5，它们均组装在控制块上，为OPC和AST总管以及其它管件提供接口，这种组合构大大简化外部连接管道而提高了整体的可靠性，同时也有结构紧凑的特点。

（1）超速保护电磁阀（20/OPC，2个）该阀由DEH调节器OPC系统所控制。机组正常运行进，

该阀是关闭的，切断了OPC总管的泄油通道，使高压和中压调节汽阀油动机活塞的下腔能建立起油压，起正常的调节作用。当OPC系统动作，例如转速达到103％额定转速时，该电磁阀被激励通道信号打开，使OPC总管泄去安全油，快速卸载阀随之打开，并泄去油动机动力油，使高压缸和中压缸的调节汽阀关闭。 （2）危急遮断电磁阀（20/AST，4个），该阀受ETS系统所控制。机组正常运行时，它们也

是关闭的，切断了自动停机危急遮断总管上高压油的泄油通道，使所有主汽阀的调节汽阀油动机的下腔室能建立油压，行使正常控制的任务。当被测参数有遮断请求时，该电磁阀打开，使遮断总管迅速泄油，通过快速卸载阀，关闭所有的主汽阀和调节汽阀，实行紧急停机。 （3）止回阀（2个），止回阀即逆止阀，分别安装在自动停机危急遮断油路AST和超速保护

控制油路OPC之间。当OPC电磁阀激励、AST电磁阀失励时，单向阀维持AST油路的油压，使高、中压主汽阀保持全开。当OPC动作，OPC电磁阀激励时，OPC油管泄油，

高、中压调节汽阀关闭，待转速降低到额定转速时，OPC电磁阀失励，OPC油压重新建立，高、中压调节汽阀重新打开，继续行使控制转速的任务。当AST电磁阀失励、即使OPC电磁阀激励时，AST油路的油压下降，OPC油路通过两个回阀的油压也下降，关闭所有的进汽阀和抽汽阀，进行停机。 2．隔膜阀

该阀装在前轴承箱的侧面，用于机械超速系统与ETS系统的动作联系，其作用是机械超速系统动作、润滑油压下降时，泄去危急遮断油总管上的安全油，遮断汽轮机。当汽轮机正常运行时，润滑油系统的汽轮机油通入阀盖内隔膜阀的上部腔室中，其作用力大于弹簧约束力，隔膜阀处于关闭位置，切断危急遮断油总管通向回油的通道，使调节系统能正常工作。当机械超速机构或图9－12的手动遮断杠杆分别动作或同时动作时，通过危急遮断滑阀泄油，可使该范围内的润滑油压局部下降或消失，压弹簧打开隔膜闪，泄去危急遮断总管上的安全油，通过快速卸载阀，快速关闭所有的进汽阀和抽汽阀，实行紧急停机。

图9－2 超速保护和危急遮断控制块结构图

二、OPC电磁阀的连接及其工作原理

从图5－12及9－1看出，超速保护控制系统的2个电磁阀，即（20－1）/OPC和（20－2）/OPC，采用并联回路，其中只要有一路动作，便可通过高压和中压调节汽阀的油动机的快速卸载阀，释放油动机内的控制油，快速关闭调节汽阀，防止超速。何时重新开启，是由DEH调节器根据故障分析结果，然后发出指令来进行的。这种联接方法可以做到：

（1）防止一路OPC不起作用时，另一路仍可工作，确保系统的可靠和机组的安全。

（2）可以进行在线试验，即当1个回路进行在线试验时，另一回路仍具有连续的保护功能，

避免保护系统失控。

OPC电磁阀只对DEH调节器来的信号产生响应，例如机组负荷下跌，引起机组突然升速，或其它原因使机组超速达到103％no时，由DEH调节器对电磁阀发出指令，通过快速卸载阀，把高、中压调节汽阀油动机内的控制油泄去，从而关闭调节汽阀，防止继续超速而引起AST电磁阀的动作。与此同时，止回阀的逆止作用，保证AST遮断总管不会泄油，使各主汽阀仍保持在全开状态。在各调节汽阀关闭后，待机组的转速下降，DEH调节器重新发出指令关闭OPC电磁阀，OPC总管建立油压，调节汽阀才能恢复控制任务。该方法可避免机组停机，减少重新启动的损失，节约时间，间接地提高了电厂运行的热经济性。

三、AST电磁的连接及其工作原理 自动停机脱扣系统（ETS），可以认为是OPC的上一层保护，因为此时要涉及停机，所以要求更加可靠和准确地工作，为此，AST电磁阀采用串联混合连接系统，其连接过程可见图9－1。从图中看出，该连接的特点是： （1） 串联油路中的任何一路电磁阀〔（20－1）/AST，（20－2）/AST或（20－3）/AST，

（20－4）/AST〕动作，都可以进行停机；而任何一个电磁阀误动作，也不会引起错误停机。

（2） 并联油路中，任何一个奇数号电磁阀〔（20－1）/AST和（20－3）/AST〕和任

何一个偶数号电磁阀〔（20－2）/AST和（20－4）/AST〕动作，系统都可以顺序或交叉动作并停机。

这样，由于采取了双路双阀门的顺序或交叉连接系统，不仅确保系统的动作可靠，而且当任何一个阀门不动作或作在线试验时，系统仍然具有保护功能。换言之，该系统只有在一对奇数号或偶数号电磁阀都不起作用的双重故障下，保护系统才会失效，这种机会显然极小。 综观前面所述，从液压系统看AST四个电磁阀为混合串联并联连接系统，而从继电器控制逻辑系统看又是双通道〔（20－1）/AST，〕（20－3）/AST和（20－2）/AST，（20－4）/AST〕系统，因此，可使保护系统中的任意一个电气或液压元件发生故障时，都保证系统能可靠地工作，而且误动作的可能性也减至最小。

第二节 引进型300MW汽轮机电气危急遮断系统

一、电气危急遮断系统的任务和保护项目

汽轮机电气危急遮断系统的任务，是用来监督对机组安全有重大影响的某些参数，以便在这些参数超过安全限定值时，通过该系统去关闭汽轮机的全部进汽阀门，紧急停机。

300MW机组的危急遮断项目和参数为（各机组的定值可能有所差别，所以这里的定值仅供参考）：

（1）超速保护：转速达到110％no(3300r/min)时遮断机组；

（2）轴向位移保护：极限位移离基准位置的两侧达1mm左右时遮断机组；

（3）轴承供油低油压和回油高油温保护：轴承供油油压低到48.26kPa以下和回油油温

高到82.2度时遮断机组；

（4）EH（抗燃）油低油压保护：EH油压低到9.31MPa时遮断机组。

（5）凝汽器低真空保护：汽轮机的排汽压力高于20.33kPa(abs)时遮断机组。

此外，DEH系统还提供一个可接受所有外部遮断信号的遥控遮断接口，这里包括振动大请求汽轮机跳闸、锅炉跳闸请求汽轮机跳闸以及运行人员手动跳闸（供运行人员紧急时使用）等信号。

二、电气危急遮断逻辑

图9－3为电气危急遮断逻辑的总系统图。为了安全可靠起见，遮断逻辑通过继电器柜中的硬件实现。机组的所有电气遮断信号，均通过该系统去遮断汽轮机。

为了提高保护的可靠性，系统采用了双通道连接方法，即奇数通道电磁阀（20－1）/AST和（20－3）/AST，偶数通道电磁阀（20－2）/AST和（20－4）/AST（参见图9－1），每一通道均由遮断项目的相应继电器控制。当机组正常运行时，脱扣继电器A、B的触点闭合，使系统处于通电状态，各AST电磁阀因通电而关闭，危急遮断油总管即可建立安全油压。当遮断项目中的任一个处于不遮断水平或外部接口请求遮断时，对应项目遮断继电器的触点，由原来的闭合状态转为断开状态。此时，A、B继电器的线圈失电，AST电磁阀紧急打开排油通道，泄去危急遮断总管安全油，从而紧急关闭所有的主汽阀的调节汽阀，实行紧急停机。

图9－3 300MW机组电气危急遮断逻辑总系统图

三、轴承油压过低遮断系统（LBO）

轴承油压过低，引起供油量不足，容易造成轴颈与轴瓦间的干摩擦，烧坏瓦片，引起机组强烈振动等，为此，汽轮机都设有轴承低油压遮断系统。轴承油管的压力测量，可用一般带触点的压力变送器进行。

图9-4为轴承油压过低遮断控制继电器逻辑系统。该系统为双通道系统，将轴承油管引支管到低油压保护设备处，分两路经节流后分别与四个触点式压力计相联，其中一路为（63－1/LBO和（63－3）/LBO，另一路为（63－2）/LBO和（63－4）/LBO，它们分别与中间继电器01X/LBO和02X/LBO串联，而两通道则是并联的（1X/LBO、3X/LBO和2X/LBO、4X/LBO），其中LBO－1和LBO－2为遮断控制继电器，S1和S2为选择开关。

图9-4 轴承油压过低遮断控制继电器逻辑

轴承油压正常时，以第一通道为例，压力开关（63－1）/LBO和（63－3）/LBO的接点是闭合的，与遮断控制继电器LBO－1串联的中间继电器接点1X/LBO和3X/LBO都是闭合的。当轴承油压低到规定值时，压力开关断开，串联的中间继电器、遮断控制继电器LBO－1的触点均断开，脱扣控制继电器断电，同时也引起20/AST电磁阀释放，将自动停机遮断总管的高压油泄去，汽轮机也因快卸阀动作而紧急停机。

在双通道系统中，要求每一个通道内至少有一个中间继电器动作，才能使脱扣继电器动作，只有此时，才会紧急停机。这种做法可避免某一个触点压力开关或中间继电器误动作而错误停机，提高了遮断系统工作的可靠性。

采用双通道系统，还可以保证系统能进行在线试验。 ETS试验通过ETS盘进行。ETS盘如图9－5所示。

图9－5 ETS盘

例如，通道1进行低油压试验时，将盘上TEST＃1开关打到LBO位置，即打开选择开关S1，这样允许继电器LBO－1在试验时释放，而LBO－2不释放。然后，利用电动阀或手动阀将排油管慢慢打开泄油，待油压下降到规定值后，观察通道1的动作情况。由于自轴承油管来的油是经节流后进入低油压保护设备的，因此，试验时油压的降低，不会影响整个润滑油压，从而也不会影响机组的正常运行。

如果此时果真出现轴承油压过低的情况，此4个开关仍继续感受油压的变化。2个遮断控制继电器LBO－1和LBO2中，另一个可以继续释放而紧急停机，遮断系统是安全的。

四、EH油压过低遮断系统（LP）

EH油（抗然油）是DEH系统中的控制和动力用“油”，是用来控制所有主汽阀和调节汽阀的，当油压过低时也能导致机组失控，因此，必须进行低油压保护，以便紧急停机。

EH低油压遮断系统也是双通道四压力触点开关系统，其遮断控制逻辑与轴承低油压遮断控制逻辑系统相同。

五、机组低真空遮断系统（LV）

一般来说，机组真空过低，主要是由循环水系统或抽气系统发生故障引起的。当真空过低时，引起排汽温度升高，会使低压缸变形，机组振动过大，严重时也会酿成事故，因此，一般的汽轮机都设有低真空保护系统。

300MW机组的低真空保护，采用两级保护系统。

一级保护是类似轴承低油压保护那样的遮断电器控制逻辑系统，所不同的是压力触点开关监视的工质是蒸汽。

二级保护是机械保护，它是基于电气遮断保护系统失灵，而排汽压力又过高的情况下采用的高一级保护系统。显然，这是一种防止排汽压力过高的双重保护，其措施就是在排汽缸