摘要：国内常规火电汽轮机组超速保护装置配置趋向于以电超速保护装置取代机械超速危急遮断装置。但大功率汽轮机机组还是会配置机械超速保护装置，以两种超速保护模式来实现汽轮机保护的多冗余、高可靠性控制。由于机械超速危急遮断器及其附属部套（即危急保安系统）的零部件较多且对安装调试要求较高，所以在机组前期安装调试过程中可能会出现各种故障。因此文章结合某汽轮机的机械超速危急遮断装置在汽轮机调试、运行过程中出现的远方挂闸问题、危急遮断器问题，做出机械结构分析研究及分析计算，并提出相应的解决方案及避免措施。
关键词：汽轮机；危急保安系统；故障；对策
汽轮机组超速保护控制方法一般由三部分组成：（1）机组转速超过额定转速的 103%，OPC（Overspeedprotection controller，超速保护）电磁阀带电，油动机卸荷阀动作，调汽阀门迅速关闭控制转速；（2）转速超过额定转速的 110%，AST（Automatic shift trip，危急遮断）电磁阀失电，油动机卸荷阀动作关闭主汽阀、调节阀，机组跳闸；（3）转速超过额定转速的 112%时，机械超速危急遮断器触发，泄掉薄膜阀上腔油压，机组跳闸，或者超速保护电磁阀组失电，油动机卸荷阀动作关闭主汽阀、调汽阀，机组跳闸。针对危急保护系统经常出现的故障现象，文章则对此予以相关分析。
一、汽轮机危急保安系统（ETS）概述
汽轮机危急保安系统（ETS）的主要任务是监督对机组安全有重大影响的某些参数。当这些参数超过安全定值时，该系统就通过AST电磁阀失电泄去汽轮机危急遮断油，关闭汽轮机全部蒸汽进汽阀门，紧急停机。ETS监视的工况一般有：超速，手动停机，润滑油压低，真空低，EH油压低，轴向位移大，振动大，差胀大，发电机主保护动作，MFT动作，DEH失电，支持轴承回油温度高，推力轴承回油温度高跳闸，轴承金属温度高跳闸，主汽温度低跳闸，发电机定子冷却水断水等。机组ETS系统主要配置了超速保护、手动停机保护、DEH系统失电保护、润滑油压低保护、凝汽器真空低保护、EH油压低保护、轴向位移大保护、轴承振动大保护、高/低缸差胀大保护、支持轴承回油温度高保护、推力轴承回油温度高保护、发电机主保护动作、MFT动作等。
二、汽轮机组危急保安系统常见故障及应对措施
（一）远方挂闸问题
某电厂汽轮机组进行挂闸试验（危急保安油压建立后，通过扳动就地挂闸手柄或远方试验电磁阀带电3s的方式，使扳机靠近危急遮断器，顶起撞击子并使撞击子复位的过程）时发现：扳动就地挂闸手柄，压力表显示为 0.7MPa，危急遮断油压值正常，可以实现挂闸。通过远方试验电磁阀带电方式挂闸，压力表显示为零，挂闸失败。针对以上问题，首先进行电磁阀通、断电试验，结果压缩空气通、断正常，排除了电磁阀故障的原因。初步分析为挂闸气缸本身活塞尺寸及安装问题或气源压力问题。测量气缸的安装位置并拆下挂闸气缸检查，发现气缸均符合图纸的设计尺寸要求，且油缸不存在卡涩及活塞出力不够的现象；实测压缩空气气源压力为0.95 MPa，稍大于0.93MPa的设计压力值，符合设计要求；最后，在进行电磁阀通、断电试验时，通过检查挂闸手柄及连接杆，发现当进行手动挂闸时，挂闸手柄的转动行程相对远方挂闸时稍长一些，导致气缸活塞运行全行程并未将挂闸手柄顶起到位。将气缸活塞运行全行程后扳动挂闸手柄，挂闸连杆头与气缸活塞杆头间间隙为3mm。分析问题原因为，连接杆在安装过程中，未按设计规范要求进行长度调整。远方挂闸过程中，虽气缸全行程运行，但行程通过连接杆传导到挂闸滑阀时并未实现杯阀完全右移封住回油口，建立起危急遮断油压，导致挂闸失败。最终，将连接杆两端锁紧螺母旋松，适当调整连接杆长度（加长 4 mm）。电磁阀带电，挂闸成功。
（二）危急遮断器问题
某厂2号机组正常运行中，机组负荷137MW，2号机组DCS系统本体安全监视画面中“ASP2动作”报警，“主汽门关闭”，ETS发汽机“已跳闸”信号，程跳逆功率保护动作，发变组断路器DL跳闸，机组甩负荷到0MW。现场检查DEH记录，报警信号为“保安油压低”、“挂闸油压低”、“OPC油压低”，SOE记录 “ETS来ASP2开关压力过低”、“ETS来汽机跳闸”、“ETS来主汽门关闭”，无保护动作出口，汽轮机轴振、瓦振历史趋势未见异常。
原因排查和分析判断过程：
1.通过SOE记录、DEH报警记录以及热工保护等参数排除热工原因。
2.低压保安油系统排查分析
通过调取跳机首出信号仅为“ASP2动作”、“主汽门关闭”，且跳机后需要在DEH系统中重新挂闸，挂闸电磁阀动作后方能重新建立低压保安油油压，可以明确判断为低压保安油系统动作后卸掉高压保安油跳机。
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造成低压保安油动作可能性有以下几个方面：
1）超速装置动作
由于在跳机前机组转速3000r/min，未出现转速波动现象，且危急保安器探测装置未探测到飞锤击出信号，判断超速装置未动作，排除飞锤击出的可能性。
2）油路漏油或附加保安油节流孔堵塞
机组跳机后，重新挂闸检查低压保安油及挂闸油压均正常，与跳机前无异，油系统节流孔无堵塞的情况，通过看油窗观察低压保安油及附加保安油管均无明显漏油现象，排除油管漏油情况。
3）危急遮断滑阀及解脱错油门滑阀本体发生损坏
跳机后通过机组挂闸已成功，打闸及喷油试验均正常，分析各路油压在跳机前后均正常且没有变化，判断滑阀本体未发生直接损坏。
4）人为机头打闸或触碰误动机头打闸按钮
机组跳机后，经初步询问现场工作人员均未有触碰汽轮机机头打闸按钮，查看机头打闸按钮上积油积灰痕迹均在，未发现明显的人为触碰痕迹，排除了人为误动原因。
5）危急遮断滑阀、解脱错油门本体故障导致滑阀下移动作。
一是机组在挂闸后，由于低压保安油中含有空气，分别进入危急遮断滑阀上下腔室，上腔室的油可从小滑阀上的槽中排出，理论上不存在积空气现象，附加保安油进入危急遮断器滑阀下腔室，且与解脱错油门进油管连通，空气易聚集在危急遮断器滑阀下腔室，造成危急遮断器滑阀附加保安油压波动下降，可能发生滑阀自动下移。二是危急遮断器滑阀密封面密封不严，挂闸油压沿密封面间隙进入大滑阀顶部环形油室建立油压，致使大滑阀上部油压作用面积增加，造成大滑阀被压至下止点而使机组掉闸。三是解脱错油门弹簧老化、失效变短，导致滑阀动作。
经全面解体检查，并结合以前解体其他机组解脱错油门的经验，按钮支撑弹簧为钢丝1.6/钢丝B，存在刚性减弱的现象。上次A修委托外包队伍进行了解体，但未复查弹簧性能和更换，按钮启动力量较轻，运行中打闸按钮位于全行程的正常偏下状态。最终排除了堆积空气、密封面不严等原因，确定为解脱错油门弹簧老化、失效变短，打闸按钮处于全行程正常偏下位置且启动力量较轻，解脱错油门装置运行过程中由于支撑弹簧老化失效导致低压保安油失压。原因分析清楚后，更换了解脱错油门按钮支撑弹簧，并对滑阀、阀套及阀套油口进行了全面检查，并核对了解脱错油门行程、弹簧刚性等。经上述处理后，机组启动后一切正常，没有再出现跳机现象。经过分析和处理此次故障，减少了汽轮机非正常停机事故的发生，提高了汽轮发电机组的安全稳定运行系数，保证了发电任务的顺利完成。
（三）飞锤试验锤不动作
某电厂汽轮机在3100r/min做注油试验时，即使是刚刚大修后的机组注油试验也很少成功。转速低时注油飞锤离心力小不动作，转速高时注油飞锤也不动作（偶尔换了新油档调小油档间隙飞锤可能会动作，但动作转速值也不理想），造成长期以来保安系统无法定期进行例行安全检验。电超速装置起不到安全保护作用，在电气系统故障的情况下必然影响机组安全。原因在于：来自挡油环的油一方面由于转子热膨胀，油档转子上部的进油孔存在轴向窜位造成进油量不足以补偿锤底部的油排放形成不了压力。另一方面，油档间隙磨损增大后造成油从油档端部泄放，造成保安系统外圆入口油压较低，在危急保安系统旋转过程中，无法克服油流离心力而使外部注油进入轴中心孔，使飞锤底部无法建立油压，飞锤自然无法动作。
改进危急保安系统结构形式，改径向注油为轴向注油。这样，一方面减少油流质量体的离心反作用力；另一方面减少了输油管路的损失，以确保输油压力和输油量。国产N300- 16.7/537/537型汽轮机危急保安系统采用轴向喷油结构方式长期以来一直很稳定。鉴于机头实际尺寸，建议由生产厂家进行改造，改用轴向注油式危急保安系统，必然会取得理想结果，从而也大大地提高机组的安全可靠性。
近些年来，在国家电力改革的大背景下，电力企业之间的竞争日益激烈，这也使得电厂更加注重自身的服务质量，提高自身技术能力和运行效率，减少各种非停事件。因此对机组设备的安全性、可靠性的控制要求更加趋于严格，机械超速危急遮断装置作为汽轮机超速保护一道重要防线，要求必须保证较高的加工精度及安装、调试的准确性，要严格按照安装调试规程完成安装调试工作，保证其功能实现的万无一失。
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论文作者:张波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：危急论文; 滑阀论文; 机组论文; 汽轮机论文; 保安论文; 油压论文; 动作论文; 《电力设备》2018年第26期论文;