汽轮机超速系统构建

汽轮机超速系统构建

孙立胜

山东电力建设第三工程有限公司

1. 汽轮机超速保概述

汽轮机超速保护作为最重要的主保护之一。它的作用当汽轮机转速超过额定转速10%时快速切断进汽，防止汽轮机因转速过高离心力过大造成损坏。

因为汽轮机是高速转动的设备，转动部件的离心力与转速的平方成正比;当汽轮机转速超过额定转速的20%时，离心应力接近额定转速下应力的1.5倍，此时转动部件将发生松动，同时离心力将超过材料所允许的强度极限使部件损坏。

汽轮机均设置超速保护装置，它能在汽轮机转速超过额定转速的9-11%时动作，迅速切断汽轮机进汽停机。

二、汽轮机超速保护类型

汽轮机超速保护分为三层 

1.OPC超速:动作转速103%额定转速(OPC电磁阀动作)。

2.DEH超速:动作转速110%额定转速(AST电磁阀动作),TSI超速:动作转速110%额定转速(AST电磁阀动作)。   

3．机械超速:动作转速111～112%额定转速和手动脱扣(薄膜阀动作)。

三、汽轮机超速保护详解。

（一）OPC超速保护系统

火电机组超速保护系统(Over speed Protect Controller)是一种抑制发电机组超速的保护控制，其作用是在汽轮机出现超速时，关闭所有调节汽门，防止汽轮机转速进一步升高。它取代了传统液压调节系统的微分器，对发电机跳闸、甩负荷、103%额定转速限制更精确可靠。超速保护(OPC)通过控制OPC电磁阀快速关闭GV和IV，有效防止汽轮机转速飞升，并将转速维持在3000RPM。

1．作用:

(1)负荷部分下跌，中压调节汽阀快速关闭功能;

(2)负荷下跌预测功能;

(3)机组超速控制功能。

2.OPC实质是一种转速调节

OPC源于美国西屋公司(W.H)的超速保护系统，汽轮机OPC系统在国家电力行业标准DL/T701-1999中表述为:OPC是一种抑制超速的控制功能。

目前多采用双位控制方式实现，即汽轮机转速达到额定转速的103%时，自动关闭调速汽门，当转速恢复额定转速时再开调速汽门，如此反复，直至正常转速控制回路能维持额定转速。

表 国产超临界600MW机组超速保护技术数据对比

3.OPC电磁阀动作过程     

当n＞103%→OPC电磁阀动作(带电打开)→泄OPC母管油压→关调门OPC电磁阀动作原理:正常运行时两个电磁阀是不带电常闭的，封闭了OPC总管油液的泄放通道，使高中压调节汽阀的执行机构活塞下腔能够建立起油压。一旦达到OPC动作条件时，该两个电磁阀就被励磁(通电)打开，使OPC母管油液泄放，这样，相应执行机构上的卸荷阀就快速开启，使高中调节汽阀迅速关闭。当n＜103%→ OPC电磁阀复位(失电关闭)。

4.意 义 

防止机组因甩负荷及其他原因超速，避免机组因停机而重新启动，保持电网稳定运行，节约时间，减少损失。

2. 电超速保护

DEH超速和TSI超速都叫做电超速，DEH用的探头一般是磁阻式的探头，TSI的则是电涡流的探头，磁阻式的比电涡流的稍微敏感一点，ETS里面有有两个超速保护，一个是DEH超速、一个是TSI超速。在做超速实验时，先做DEH超速，再做TSI超速，做TSI超速的时候，将DEH的线打掉。

DEH超速是指从现场来的三个转速信号经过三个测速卡后，送出103%，110%超速保护，这个都是硬接线，逻辑是没有的。

TSI超速是从现场来的三路转速信号，首先经过TSI之后，送出三路超速停机信号到ETS，经过逻辑三取二，送出超速停机信号，即ETS超速停机。      

其实两种超速停机都是为了机组保护，防止拒动(以防其中一种失灵或故障);同时每路都是三取二，防止误动。

两者区别如下：   

1.测量原理有区别:TSI测速一般是电涡流;DEH测速一般是磁阻。   

2.DEH测速，启机时调速要用到。正常运行时，监视转速及超速试验用，103%时关闭调门，110%时关闭主汽门，同时向ETS发跳机指令，去挑AST阀;TSI转速103%时报警，110%时发指令到ETS，跳机。

3.ETS同时接收TSI和DEH跳机指令，但ETS做超速试验时，TSI超速能屏蔽。

三、机械超速保护。

机械超速保护是机组超速110%保护不动或拒动时的紧急停机后备手段，当汽轮机的转速超过（110%～112%）n时，超速遮断装置动作，迅速切断汽轮机进汽，使汽轮机停止运转。危急保安（遮断）器主要有飞锤和飞环两种形式，它们的工作原理大体相同。下面以飞锤式为例，说明其工作原理。

如图 3 所示，随着转速的升高，飞锤 2 的离心力增大，当转速升高到危急保安器动作转速时，飞锤的离心力将大于弹簧 3 的约束力，飞锤开始飞出。飞锤一旦飞出后，偏心距r增大，此时离心力与弹簧约束力同时增大，但离心力增大量大于弹簧力的增大量，使飞锤迅速飞出，一直飞到碰到限制凸肩F 位置。这种结构可以保证飞锤在一定转速下准确地出击，而且出击迅猛有力，急速打击危急遮断油门上的挂钩，使危急遮断油门脱钩，泄去安全油，关闭所有汽门，紧急停机。

图3 飞锤式危急遮断器

四、具体对比如下表所示。

备注：对于国外电力行业所采用的超速保护系统，大多和国内的相似，但是也有一些区别。如美国通用电气公司（GE）采用的 MKV 数字式电液调节系统兼有电超速保护和机械超速保护，其电子超速跳闸设在 111.15% n₀，机械超速保护装置的动作转速为（111%～112%）n₀；瑞士 ABB 公司 600 MW超临界机组 ETSI 控制系统包括 EHC 遮断集成组件和 OSP遮断集成组件，EHC 的超速遮断设定值为 110%n₀，而机械超速保护遮断设定在 112%n₀；三菱公司设计的 OPC 超速保护在转速超过 107%n₀时 OPC 才动作；东芝 600 MW 机组采用的是飞环式机械超速保护，设有后备超速保护，其动作转速为 111.5%n₀；日立机组 D-EHG /HITASS 型数字电液调节系统采用的是 102% n

₀超速保护。

国外的一些机组（特别是带基本负荷的机组）已经取消了机械保护。如西门子公司在十多年前已经取消了机械式危急遮断装置。GEC-ALSTHOM（G/A）公司 600 MW 机组也取消了机械式危急保安装置 。

从国内看，目前北重-ALSTHOM 的 600 MW 超临界机组沿袭了 ALSTHOM 的做法，也取消了机械式危急保安装置。需要说明的是，北重ALSTHOM 的 600 MW 超临界机组采用无调节级的结构。