有關汽輪機超速保護

作者：由 FreeRonin 發表于體育時間：2019-02-14

汽輪機是在高溫、高壓下高速運轉的機械，其旋轉部件承受巨大的離心力，該離心力是與轉速的平方成正比的，因此隨著轉速的升高，其離心力將快速上升。汽輪機的轉子一般是根據額定轉速的115%~120%來設計的，一旦轉速超過其強度極限，將造成葉片斷裂、動靜碰摩、甚至斷軸等嚴重事故。汽輪機蒸汽引數高、流量大，機組甩負荷後轉子動態飛昇轉速很高。所以，汽輪機超速保護系統是汽輪機保護系統中最重要的方面之一。為了防止汽輪機發生超速事故，汽輪機組都配備有超速保護系統。

一般汽輪機的自動保護系統，是由OPC（超速保護控制）、ETS（跳閘保護系統）和機械超速保護系統組成，用於關閉汽閥並防止超速或遮斷汽輪機。

汽輪機超速原因分析：

調速系統故障

要保證汽輪機在額定轉速下正常執行，而且甩負荷後轉速升高不超限，調速系統正常工作是首要的條件。否則，汽輪機的轉速極易飛昇。具體原因主要有以下幾點：

①調速汽閥故障，不能正常的關閉或者關閉不嚴密，漏汽量較大；

②汽逆止門卡澀或者不嚴密；

③調速系統遲緩率過大，在甩負荷時，調速汽門不能迅速關閉而切斷進汽；

④調節系統的速度變動率過大；

⑤調節系統整定不當，如同步器調整範圍、配汽機構膨脹間隙不合等；

⑥調節元件缺陷如槓桿剛度不夠、連桿卡澀等。

保護系統故障

①自動主汽門或調速汽門卡澀，無法正常動作；

②抽汽逆止閥卡澀或不動作；

③危急保安器滑閥故障，無法正常動作；

④另一個很重要的原因就是危急保安器本身出故障，不動作或者動作轉速過高。一般的保護系統對危急保安器的動作轉速都設定為1。10n~1。12n，它可以保證汽輪機的轉速不至於上升過高。造成危急保安器不動作的原因主要有：

①飛錘或飛環導杆卡澀，不能正常飛出；②彈簧變形過大，產生摩擦影響動作；③打擊板間隙過大，撞擊子不能順利撞擊滑閥使其動作；④動靜部件之間不協調，執行時造成阻礙。

執行或操作不當

①電力系統線路故障，使發電機油斷路器跳閘，汽輪機負荷突然甩到零；

②單個機組帶負荷執行時，負荷驟然下降；

③正常停機過程中，解列的時候或解列後空負荷執行時；

④汽輪機啟動過程中，闖過臨界速度後應定速時或空負荷執行時；

⑤危急保安器做超速試驗不當，轉速飛昇猛增；

⑥執行操作不當，如開啟升速主汽門開得太快，停機過程中帶負荷解列，或者同步器調整超過了規定範圍。

同時也有轉子本體裝置的影響，轉子更長、質量更大，轉動慣量越大，甩負荷時其轉子飛昇速度也越大。同時也有引數和容量的影響。一旦由於某種原因導致汽輪機轉子超速，就會對裝置產生極大的損害，嚴重時還會發生飛車事故。隨著汽輪機組引數的提高和單機功率的增大，機組的時間常數越來越小，甩負荷後飛昇加速度更大，因此，一般製造廠都規定汽輪機的轉速不允許超過額定轉速的1。10~1。12倍，最大不允許超過1。15倍。此外，為了更好的保護機組的安全，就必須嚴格監視汽輪機的轉速並配備超速保護裝置。

汽輪機保護裝置簡介

目前大型汽輪機超速保護裝置通常主要包括3個方面的內容：①超速預保護（即OPC）；

②常規機械超速保護裝置（即危急保安器）；③電超速保護。

目前哈汽、東汽和上汽生產的600MW等級超臨界汽輪機超速保護裝置的設計思路大體相同，所不同的是，各廠家根據的自己的設計思路和習慣，引數選取略有不同。表中列出了國內幾大汽輪機廠的600MW超臨界機組超速保護系統的主要資料，為了更好地進行對比，表中還列出了相關亞臨界機組的資料。北重生產的600MW超臨界汽輪機超速保護裝置則沿襲ALSTOM對帶基本負荷機組的設計思路，沒有設定OPC，而採用ACC加速繼電器保護，當汽輪機飛昇轉速達動作值時關小高中壓調節汽門。

由表可知，當汽輪機轉速達到或超過額定轉速的103%時，上汽和哈汽的超臨界機組OPC電磁閥同時洩去高壓調節汽門和中壓調節汽門的安全油，使高中壓調節汽門快速關閉，防止汽輪機轉速進一步升高；當轉速達到或超過額定轉速110%時，迅速關閉全部進汽閥門，使汽輪機跳閘，保護汽輪機。其OPC的工作原理如圖1所示。而東汽的機組在汽輪機轉速達到或超過額定轉速的103%時，OPC電磁閥只洩去中壓調節汽門的安全油，瞬間降低中低壓缸的做功能力，防止機組超速。

機械超速保護

是機組超速110%保護不動或拒動時的緊急停機後備手段，當汽輪機的轉速超過（110%~112%）n時，超速遮斷裝置動作，迅速切斷汽輪機進汽，使汽輪機停止運轉。危急保安（遮斷）器主要有飛錘和飛環兩種形式，它們的工作原理大體相同。下面以飛錘式為例，說明其工作原理。如圖2所示，隨著轉速的升高，飛錘2的離心力增大，當轉速升高到危急保安器動作轉速時，飛錘的離心力將大於彈簧3的約束力，飛錘開始飛出。飛錘一旦飛出後，偏心距r增大，此時離心力與彈簧約束力同時增大，但離心力增大量大於彈簧力的增大量，使飛錘迅速飛出，一直飛到碰到限制凸肩F位置。這種結構可以保證飛錘在一定轉速下準確地出擊，而且出擊迅猛有力，急速打擊危急遮斷油門上的掛鉤，使危急遮斷油門脫鉤，洩去安全油，關閉所有汽門，緊急停機。