汽轮机控制系统超速保护功能分析

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摘要：维护汽轮机安全运行和电网的稳定是电力工业生产的前提，也是汽轮发电机组自动控制系统设计的一个重要指标，随着机组容量增加，在电网中所占的比重增大，在大型汽轮机中，某些参数严重超标有可能酿成设备的损坏，甚至毁机事故，在200MW机组中设有多项保护措施，其中就有OPC超速保护。OPC超速保护是70年展起来的快关技术，用来维护电力系统稳定和避免机组超速所造成的重大事故。

关键词：控制系统；OPC超速保护；动作转速；电磁阀

1.引言：

陡河发电厂Ⅲ、Ⅳ期为哈尔滨汽轮机厂生产的N200―130―535/535型汽轮机。机组采用数字式电液调节系统，其液压调节系统控制介质为14MPa的磷酸脂抗燃液，由一个独立的高压抗燃油供油装置供给整个液压控制系统；而机械保安油为1.96MPa 的透平油，由离心式主油泵供给，每一个进汽阀门均配有一个执行机构以控制其开关；其中高、中压自动关闭器执行机构为开关型两位式执行机构；高、中压调节汽门执行机构为连续型伺服式执行机构，可以接受+40mA的阀位控制信号，控制调节汽门的开度，所有执行机构的工作介质为高压抗燃油，且均为单侧进油，即靠油缸液压力开启阀门，靠弹簧力关闭阀门。

在抗燃油超速保护系统中布置两个并联的超速保护电磁阀，当机组实际运行转速达到或超过103%额定转速时或机组甩负荷时，该电磁阀得电打开，迅速关闭个调节汽门以限制机组转速的进一步飞升，当机组运行转速降低到额定转速时，OPC电磁阀在DEH系统OPC控制下，失电关闭，OPC母管控制油压得以恢复，各调节汽门恢复动作前的开度。

2.汽轮机的超速保护控制系统（OPC）

2.1机组超速保护控制系统工作原理

OPC超速保护由中压调节汽阀快关作用（CIV）负荷下跌预测功能（LDA）和超速控制功能三部分组成。OPC压力信号取自再热蒸汽压力，也代表汽轮机的机械功率，该压力在机组甩负荷时会大幅度变化；为机组转速信号，需经过“三选二”处理，从中挑选正确的信号。

1）负荷部分下跌、快关中压调节汽阀功能（CIV）

当发电机负荷下跌，汽轮机机械功率超过发电机功率的某一预定值而引起超速时，控制保护逻辑使CIV的触发器置位，在0.15s内迅速关闭中压调节汽阀。如果此时发电机的励磁电路是闭合的，表明机组只是甩去一部分负荷，关中压调节汽阀使机械功率减小，用以适应外部负荷的下降，避免继续超速。在一定时间内，若机组转速不再升高，再重新打开中压调节汽阀。该功能适用于电网的短期故障，保证发电机仍可在线继续运行，从而保证电网的稳定。

2）负荷下跌预测功能（LDA）

该功能是基于负荷大幅度下跌、励磁电路断开、机械功率仍保持在30%额定功率以上或再热器压力出现低限故障情况下的一种保护措施，目的是为了避免机组超速过大，引起危急遮断器系统动作。此时，由LDA置位并发出请求，关闭高压和中压缸调节汽阀，机组自动转入速度控制方式。当励磁断开一段时间后（1～10s），转速小于103% 时LDA复位，OPC电磁阀断电，EH系统重新建立总管油压，中压调节汽阀重新被打开，高压调节汽阀仍受DEH的控制，在转速达到额定转速后，再行重新并网，缩短机组重新启动的时间。

3）机组超速功能

不论机组是转速控制还是负荷控制，只要转速超过103%，而且信号可靠时，超速控制器的逻辑系统都要输出控制信号，快速关闭高压和中压调节汽阀。如果此时的超速是由于负荷下跌引起的，其保护系统还可以加速关闭中压调节汽阀。

2.2OPC电磁阀的连接及其工作原理

图1 OPC控制原理图

OPC控制模块由两只并联布置的超速保护电磁阀及两个逆止阀和一个控制块及相关表记组成超速保护（OPC）电磁阀组件。它们是由DEH控制器的OPC部分所控制，正常运行时两个OPC电磁阀是常闭的，封闭了OPC母管的泄油通道，使高、中压调节汽阀执行机构活塞杆的下部建立起油压；当汽轮机运行转速超过103额定转速时，DEH控制系统OPC控制器发出动作信号，这两个电磁阀就被励磁打开，使OPC母管油液经无压回油管路排至EH油箱。这样相应的调节阀伺服执行机构上的卸荷阀就快速开启，使各高、中压调节阀迅速关闭。

在OPC电磁阀组件上有一节流孔，该节流孔的作用是将压力油经此节流孔后补进OPC控制油母管，并通过AST电磁阀组件上与OPC控制油路隔绝的两个逆止阀补进AST控制油母管，这样在机组启动时迅速建立OPC控制油母管及AST控制油母管的压力，缩短OPC控制油及AST控制油母管的充油时间，使机组能够快速启动。

3汽轮机超速的影响及安全措施

3.1汽轮机超速的原因

汽轮机发生超速的原因，主要是调节保安油系统故障或设备故障，使系统工作不正常，在下列情况下，汽轮机就会发生超速：

1）汽轮发电机运行中，由于电力系统线路故障，使发电机油断路器跳闸，汽轮机负荷突然甩到零。

2）单个机组带负荷运行时，负荷骤然下降。

3）正常停机过程中，解列的时候或解列后空负荷运行时。

4）汽轮机启动过程中，闯过临界速度后应定速时或定速后空负荷运行时。

5）危急保安器做超速试验时。

6）运行操作不当，如运行中同步器加得太多，远远超过高限位置，开启升速主汽门开得太快，或停机过程中带负荷解列等。

3.2汽轮机超速保护措施

为了保证机组的安全，必须严格监视汽轮机的转速并设置超速保护装置。首先要求汽轮机调节系统由良好的静态和动态特性。速度变动率应不大于5%，迟缓率应小于0.2%。其次，在运行中重在预防，为此，应采取如下技术措施。

1）对调节、保安系统的一般要求

各超速保安装置均应完好并正常投入；主汽阀、再热主汽阀、调节汽阀、抽气逆止阀应能迅速关闭严密、无卡涩；机组在任何一种工况下运行时，调节系统都能保持机组稳定，并能在甩部分或甩全负荷后良好地工作。

2）加强油质监督

定期进行油质化验分析，油净化装置要正常投入运行，防止油中带水和杂质，以免造成调节布套锈蚀和卡涩。

3）加强汽水品质监督

运行中加强汽水品质监督，防止蒸汽带盐，以致汽阀阀杆结垢，造成卡涩。

4）定期进行调节保安系统的试验

4结束语

汽轮机超速严重时，会造成汽轮机飞车，引起机组轴系断裂，使整台机组报废。严重超速毁机重大事故，它是电厂中恶性事故之一，给国民经济造成巨大损失，因此，应尽量防止发生。

参考文献：

[1]古俊杰，汽轮机功频电液调节，保定：华北电力大学出版社，1995，1-230

[2]韩中合，火电厂汽机设备及运行，北京：中国电力出版社，2002，8

[3]EH系统技术资料，哈尔滨汽轮机控制工程有限公司，2001，3

[4]汽轮机检修工艺规程，大唐国际陡河发电厂企业标准，2014，01，01