第八章 汽轮机危急遮断系统 - 图文

第八章 汽轮机危急遮断系统（ETS）

第一节 ETS危急遮断的项目及整定值

为了防止汽轮机在运行中因部分设备工作失常可能导致的汽轮机发生重大操作事故，在机组上装有危急遮断系统。危急遮断系统监视汽机的某些运行参数，当这些参数超过其运行限制值时，该系统就送出遮断信号关闭全部汽轮机蒸汽进汽阀门，实现紧急停机。 一、ETS危急遮断的项目及整定值

1、★汽机转速达到110%额定转速（OPT）；（动作转速值为3300rpm） 注：机械遮断110%-112%额定转速（MOPT）；(动作转速值为3330rpm） 2、 ●真空低于规定的极限值；（68kPa） 3、 ●润滑油压下降超过极限值；（0.10MPa） 4、 ★EH油压下降超过极限值；（9.5MPa）

5、 ●转子轴向位移超过极限值；（≥+0.5mm或≤-0.7mm ） 6、 ●高压缸排汽温度超过极限值；（>427℃）

7、 ★透平压比低于极限值；（调节级压力与高缸排汽压力比低于1.7）

8、 ●汽机轴振动达到危险值；（汽机侧≥130μm,发电机侧≥180μm）

9、 ●轴瓦、推力瓦钨金温度超过极限值；（汽机侧≥110℃,发

0

电机侧≥120℃）

10、★集控室/就地手动停机（双按钮）； 11、●DEH失电；

12、●发电机冷却水断水保护；

13、●备用四路；（电气遮断、锅炉遮断、旁路遮断、遥控遮断） 带★标志的保护机械遮断油路控制信号为三取二方式。 ETS危急遮断系统的逻辑关系如图8-1所示

图8-1ETS危急遮断系统的逻辑关系

二、危急遮断的组成

危急遮断系统分为两种情况。一种是机组运行中，为防止部分设备失常造成设备严重损坏，装有自动停机危急遮断系统(AST)，当发生异常情况时，关闭所有进汽阀，紧急停机。；二是超速保护控制系统(OPC),使高压调节汽阀及再热调节汽阀暂时关闭，减少汽轮机进汽量及功率，但不能使汽轮机停机。因此机组相应设有自动停机危急遮断油路（AST）和超速保护控制油路（OPC）及机械遮断油路（MOPT），此外，手动停机也借助于机械遮断油路。ETS危急遮断系统的原理如图8-2所示

1

图8-2 ETS危急遮断系统原理

第二节 汽轮机危急遮断系统的功能

一、轴承润滑油压低保护

汽轮机的主轴承和推力轴承分别承担着保证转动部分与静止部分之

2

间的径向与轴向间隙一定的任务，以维持机组运转时，动、静部分之间不相互碰撞，显然每个部件的稳定运行都是反映机组安全运行的重要参量。而它们的稳定运行又是通过稳定油膜的建立来保证的。破坏油膜的因素很多，如润滑油压、油温、油质、轴瓦与轴的间隙，乌金脱落，发电机或励磁机漏电，等等。一旦油膜遭到破坏，除引起轴承烧瓦事故，还将产生转子轴径局部受热而发生弯曲，轴承剧烈的振动，转动部分与禁止部分之间的摩擦或碰撞等严重的后果。

由此可见，严密监视轴承的工作状态是维持机组安全运行的重要措施。

轴承发生烧瓦事故时，轴承润滑油温度，推力瓦和轴承温度将升高，而轴承油膜压力则迅速下降，所以在系统设计中，对“轴承油压过低”进行保护，一旦此工况发生，将立即遮断机组的运行。至于轴承金属和油的温度的监视与控制，由自动程序控制功能（ATC）完成。

对轴承润滑油压过低进行保护由ETS系统实现，机组正常运行时，主油泵提供润滑油系统的全部用油，任何停机或偶然事故引起轴承油压降低到开关整定值0.12MPa 时，报警并启动交流润滑油泵，为机组提供所需的全部用油；若润滑油母管油压继续下降到0.10MPa时，启动直流润滑油泵和顶轴油泵；“低油压保护”动作，机组跳闸停机。图8-3所示是“润滑油压低”试验块原理。由于“抗燃油压低”和“冷凝汽器真空

3

过低”的试验块原理基本相同，故以同一图示意。

图8-3 润滑油压低试验块原理

试验块组件由一个钢制试验块、两个压力表、两个截止阀、两个电磁阀和三个针阀所组成，它安装在前轴承座，与安装在附近的一个端子箱中的压力开关相连接，其一侧通过节流孔与系统供油管道相连，而另一侧与泄油或通风阀相连，采用双道对称结构。操作人员可通过集控室按钮或就地手操，开启其中一个通道的电磁阀，泄其压力油，以校验压力开关的报警值。由于每一通道与泄油管道通过一节流孔相连，在试验一通道时，另一通道将不受影响，系统仍具有“低油压自动保护”功能。 在轴承油压降低到压力开关的整定值（0.10MPa ）以下时，双通道的两组压力开关（四个）均向ETS柜发轴承油压低遮断请求信号，图8-4所示是轴承油压过低控制继电器逻辑。

4

图8-4轴承油压过低控制继电器逻辑

机组正常运行时，轴承油压大于遮断整定值，四个开关（63-1/LBO～63-4/LBO）的线圈带电，相应的常开触点闭合将引起图中的四个中间继电器1X～4X/LBO带电，同样地，相应的遮断控制继电器闭合使线圈LBO-1或LBO-2闭合，最终使得ETS的遮断控制继电器总逻辑系统（见图8-5）中的LBO1，LBO2闭合，从而使轴承油压正常。继电器线圈LBO-1和LBO-2的一侧分别与ETS盘上左右两侧的选择开关的接点S1和S2相连。正常运行时，接点S1和S2闭合，将两个遮断控制继电器线圈LBO-1、LBO-2并联，因此只有在通道1与通道2各有一闭合触点断开-------每一通道必有一块压力表检测到轴承油压低于遮断整定值时，才可能引起两路自动停机通道遮断（见图8-5），机组紧急停机，这样做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。图8-4中K1和K2为电磁脱扣继电器。

5

图8-5 ETS的遮断控制继电器总逻辑系统

在线试验可以通道1为例予以说明，在ETS盘上，将左侧选择开关箭头拨至LBO档，它将使图8-4中原来闭合的触点断开，并接通图8-3中的电磁阀20-1/LBO，释放管道油压，在油压降低到遮断值时，压力开关63-1/LBO，63-3/LBO将引起线圈LBO-1释放，并同时点亮ETS盘上的LBO1，LBO3指示灯，由此验证通道1是否正常，压力开关整定值是否正确，同理，可以进行通道2的在线试验。

如果一个通道在线试验时，实际的轴承油压低于遮断整定值，则四个压力开关将全部感受到这一情况，并使双通道的两个继电器线圈LBO-1和LBO-2失电，请求紧急停机。 二、凝汽器真空过低保护

在汽轮机运行中，真空下降现象比较常见，汽轮机运行中发生真空下

6

降，对机组的经济性和安全性有较大的影响。真空下降将使蒸汽在汽轮机内的焓降减小，从而减小了机组的出力和降低了热效率，一般真空下降1％，汽耗约增加1％～2％。汽轮机真空下降，使排汽温度升高，造成低压缸热膨胀变形和低压缸后面的轴承上抬，机组的中心偏移而发生振动；也会使凝汽器铜管的内应力增大，以致破坏凝汽器的严密性，还会使低压端部轴封的径向间隙发生变化，造成摩擦损坏。

凝汽器真空下降的原因难以确定且降落的速度较快时，可能造成严重的事故，为此，须设置凝汽器低真空保护装置。330MW机组的低真空保护采用两级保护系统，一级保护是类似润滑油压保护那样的逻辑控制回路，所不同的是真空开关代替了压力开关。二级保护是机械保护，它是基于电气保护失灵，而汽轮机排汽压力又过高的情况下采用的。显然，这时一种防止排汽压力过高的双重保护，其措施是装设排大汽阀。 如图8-6所示为排大汽阀的结构，它安装在低压缸缸盖上，并用螺钉4紧固在汽缸法兰上，由一个铅质薄膜环5构成，薄膜环紧压在环形垫片6和阀盖7的外密封面间，其内部用螺钉3压紧在压环2和承压板1的内密封面中，承压板由图中虚线所示的组焊式承压格栅支托，借以承受来自外部的大气压力。

当汽轮机的排汽压力超过设计的最大安全值时，排大汽阀的承压板1即推向外侧，引起铅质薄膜环5在压环外缘和阀盖内圆间剪断，则薄膜

7

环断裂，汽流自汽缸向上排出，而阀盖7可防止铅质薄膜环、承压板和压环甩出。设在外径上的挡板，起引导汽流向上排出的作用，以免伤人。对薄膜环的承压要求，一般在40～50KPa 时即破坏。“凝汽器真空低保护”的试验原理以及遮断控制逻辑，均类同于“轴承油压低保护”试验的原理。

图8-6 排大气阀的结构 三、EH油压低保护

EH油系统的任务之一，是维持油压一定，为机组正常的转速与负荷控制提供保证。正常的EH油压14.5 MPa（范围11. 2～16.2MPa ）是机组启动和正常运行的先决条件。EH油系统故障将引起EH油压下降，当油压降到10.00MPa 时，“EH油压保护”组件发出低油压报警。进一步降至9.5MPa 时，组件请求机组脱扣。EH油压过低试验块的组成与工作原理，以及遮断控制断电器逻辑，均与“轴承油压低保护”类似。 四、轴向位移保护

前已述及润滑油系统故障引起的油膜破坏，将会使推力瓦块乌金烧熔，此外，负荷突增与下跌，水冲击，动叶结垢，隔板汽封间隙增大，

8

新蒸汽温度急剧下降，真空下降均将增大转子轴向推力，使推力轴承过负荷，甚至破坏油膜而烧熔乌金。更严重的是，由于轴向位移增大，汽轮机内部转动部件与静止部件之间的轴向间隙可能消失，动静部件之间将发生摩擦和碰撞，从而造成严重的设备损坏事故，如大批叶片折断，大轴弯曲，隔板和叶轮碎裂等。

因此，汽轮机都必须设置轴向位移遮断装置，以实现对机组的安全保护。相对而言，电气遮断逻辑总系统还是比较可靠的，这样，轴向位移的遮断问题，实质上就是如何保证轴向位移测量准确性的问题，以便在轴向位移超标时，向危急遮断系统提供最可靠的遮断信息。

机组的轴向位移遮断机构如图8-7所示，它由四个轴向位移传感器、两个试验汽缸、四个电磁阀和用来作为传感器基准点的联轴器垫片组成，其他零部件是支托架和用来安装试验汽缸和传感器的有关部件。在任何情况下，各传感器的安装都必须与一个基准面保持间隙，例如与联轴器平面或指示盘间有一定的间隙。在试验汽缸和传感器与联轴器指示盘的间隙整定好后，用定位销把试验汽缸最后固定。

在正常情况下，转子的轴向推力是由推力轴承平衡的，机组的失常导致轴向位移的超标，首先由这里有所觉察，因此，监视转子轴向位移的传感器，应当装在推力轴承的附近。

9

独立的系统，与常规液压控制系统中的超速保护基本相同，图8-12所示为机械超速遮断相同的工作原理，它的传感器为飞锤，装于转子延伸轴的横向孔中，其质量中心与转子的几何中心偏置，并通过压弹簧将飞锤紧固在横向小孔中，利用弹簧约束力与离心力平衡的原理来设计动作转速。设飞锤的质量为m，飞锤质心与转子几何中心的偏心距为a，飞锤出击距离为x，离心力为c，转子角速度??的关系为：

c?m?a?x??2 （8-1） g?60n ，则飞锤离心力与角速度

从式中可看出，只要确定了转子角速度ω，便可计算出离心力，然后设计弹簧，根据弹簧的约束力F的方向与离心力的方向相反，可以得到约束力F与离心力c的关系。当c＜F时，飞锤不出击，当c≥F时，飞锤出击，通过机械遮断系统动作而实现停机。

15

图8-12 机械超速遮断系统的工作原理

机械超速保护系统的机械遮断油系统，与电气超速系统（ETS）互为独立，采用的是与润滑油主油泵相连接的油系统。当机组正常运行时，脱扣油母管中的机械遮断油－自主油泵出口的透平油经节流孔板后分两路，其中一路经常开电磁阀（1）后，通向危急遮断油门活塞的侧面，另一路是通向隔膜阀的上部。此时，危急遮断油门和隔膜阀封闭，机械遮断系统处于备用状态。

飞锤出击转速，一般为额定转速的110％～112％。当机组正常运行时，飞锤因偏心所产生的离心力，不足以克服弹簧反方向的约束力，飞锤不出击。当机组超速时，随着转速的增加，偏心距加大，离心力也相应增加，虽然随着偏心距的增加，弹簧刀约束力也有所增加，但到达整

16

定转速后，由于离心力增加较快，迅速地克服约束力并使飞锤出击。出击的飞锤撞击在脱扣碰钩上，克服扭弹簧的力使碰钩围绕其转轴旋转而脱扣，使危急遮断油门的滑阀在下部弹簧力的作用下向上运动，通向危急遮断油门滑阀的侧面的油口和危急遮断油门底部的泄油口接通并泄油，导致机械超速与手动遮断母管的油压降低，使隔膜阀也因其上部机械遮断油压的降低而打开，危急遮断油总管泄油并失压，从而使主汽阀和调节汽阀关闭，切断汽轮机的全部进汽，使机组停机。

机械遮断系统动作、汽轮机停止进汽后，转速逐渐下降，当转速降低到遮断值以下时，由于离心力降低比约束力降低快，弹簧的约束力使飞锤退回到出击前的原位，其对应的转速，称为复位转速。考虑到机组重新启动的方便，一般复位转速稍高于额定转速，大约3050r/min左右。

当飞锤复位后，若要重新建立机械遮断油压，必须打开常闭电磁阀（3），建立复位油压，作用在危急遮断油门滑阀的上部克服弹簧力使滑阀下移封闭泄油口的同时，挂钩在扭弹簧的作用下转动并重新返回到挂闸位置，顶住遮断油门滑阀，重新建立机械遮断油压，封闭隔膜阀。 （二）、机械超速遮断机构 1、危急遮断器

危急遮断器采用的是北重生产的常规通用部套，技术成熟，性能可靠，兼具调整方便，体积小等特点，在其它机组上得到广泛使用。

17

危急遮断器采用的是飞锤式机械危急遮断器，转速升高到整定值时，在离心力的作用下，飞锤克服弹簧的作用力飞出，行程约4mm。通过调整危急遮断器的调节套筒，可以调整弹簧预紧力，达到整定飞锤飞出转速的目的(出厂前飞锤飞出整定已做好)。此外，危急遮断器的一端还带有60齿的测速齿盘，用于测量机组的转速、危急遮断器飞锤的飞出转速、机组转速飞升时的最高转速及鉴相。 2、危急遮断油门

危急遮断油门与危急遮断器配套使用，也是北重生产的常规通用部套，它排油量大，动作灵活，使用方便。危急遮断油门主要由壳体、套筒、滑阀、挡板、压缩弹簧及扭弹簧组成，它的作用是：挡板接受危急遮断器飞锤的打击信号后与滑阀脱扣，滑阀在底部弹簧的作用下向上弹起，打开原本处于遮挡状态的安全油泄油窗口，使安全油路的油压迅速跌落，造成隔膜阀的快速动作。 3、节流孔板

节流孔板安装在通往危急遮断油门的润滑油路上。设置节流孔板的目的既是为了使危急遮断油门动作后，机械遮断油路油压快速下降；同时又使润滑油压不受机械遮断油压跌落的干扰。 （三）、机械超速试验

机械超速保护装置可做以下试验：

18

1、 喷油试验

此试验是在汽轮机正常运行条件下检查飞锤动作的可靠性。在充油

试验时，为了防止使汽轮机跳闸停机，必须先将常开电磁阀（1）关闭，使试验不会引起隔膜阀动作。

接着将注油用的常闭电磁阀(2)打开，将主油泵出口的压力油，经过常闭电磁阀（2）通向装在汽轮机前轴承箱前端的喷油管，由此油管向正对转子中心的喷嘴供0.2MPa的油，将油喷入转子端部的中心孔内，经油通道注到飞锤内（如图8-13所示），在机组处于额定转速（3000 r/min）时，离心力和喷油压力共同推动飞锤飞出。飞锤飞出时，由危急遮断指示器给出信号，直至撞击挂钩，使挂钩顺时针转动脱开危急遮断油门活塞的顶部。在确信遮断机构动作正确后，关闭常闭电磁阀（2）。当常闭电磁阀（2）关闭后，飞锤中油流逐渐泄去，油压消失后飞锤便能复位。由于复位转速较正常转速高，因而油压消失后飞锤很快可以复位。然后，打开常闭电磁阀（3）使挂钩和危急遮断油门的滑阀复位、再打开常闭电磁阀（1），危急遮断器系统恢复正常、喷油试验结束。整个过程可由ETS来完成。

在做喷油试验时，喷嘴前油压大小决定了飞锤的动作，并用压力表指明使危急遮断器飞锤动作时所需的油压，把这些压力与以前压力比较，可以判定危急遮断器动作是否正常。为了使结果有可比性，在做喷油试

19

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sl3t.html