关于燃机机组汽轮机保护问题的研究与改进

王伟

摘 要：随着国内电力生产的燃料构成调整，燃油、燃天然气的比重将逐步增大，这是环境保护提出的要求，也是时代发展的必然趋势。因而燃气--蒸汽联合循环机组，也逐渐成为电力系统中重要组成部分。尤其是燃气--蒸汽联合循环热电联产将是热电联供的发展方向之一。目前燃机主机部分仍基本为成套进口设备，国内企业主要进行热电联产部分设备的设计、生产及制造。由于此类机组在国内投运时间相对较晚，部分设计存在运行经验缺乏的问题，尤其在轴向位移和振动保护上，已出现多起燃机机组汽轮机保护误动或拒动的案例，本文针对某已投运燃机机组在汽轮机保护检查过程中发现的问题，进行深入的研究并提出改进方案。

关键词：汽轮机保护；燃气-蒸汽联合循环；轴向位移；振动保护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.023

1 引言

某燃气热电联产项目为燃气—蒸汽联合循环热电联产机组，配置为1套“二拖一”和1套“一拖一”机组，采用多轴布置。其3号、4号汽轮发电机组共有8个瓦，其中汽轮机为1-6瓦，发电机为7、8瓦。汽轮机的振动保护配置如下所述，每个轴承座的对应轴颈位置装有一对互成90°的8mm涡流传感器，传感器的信号接入汽轮机振动监视仪表本特利3500，直接测量转子的振动值，每个振动测量有跳闸的开关量输出，当任何一个振动值大于250μm时，汽轮机振动监视仪表3500继电器卡件直接发出动作信号进入ETS保护柜，延时1s动作跳闸电磁阀，汽机跳闸。

轴向位移保护配置为本特利3500系统TSI，高、低压侧轴相位移各采用3个轴位移传感器，逻辑判断为3取2，即高压侧或低压侧的3个传感器中任意两个轴位移达到危险值（danger）后，设置为1s延时发出跳机信号（HP AXIS POS TRIP/LP AXIS POS TRIP）分别送至DCS及ETS跳机。

2 存在问题

通过对TSI、ETS系统的配置检查，对大量历史数据的调阅及分析，在机组投运一年多的时间里，由于汽轮机轴振保护并网前后均为单点保护，且6瓦探头存在故障，所以汽轮机振动保护一直处于退出状态，由人工加强监视替代汽轮机振动保护功能，对人员监视要求较高，不利于降低人员劳动强度，不利于机组的安全运行。

对TSI本特利3500监视系统进行深入检查，对各项保护配置进行梳理，由于初始设计振动跳机保护为单点保护并设置1s延时，3500设置为当测点故障时达到danger值跳机。

轴向位移的保护为3选2延时1s保护动作，3500设置为当轴向位移值故障时不具备驱动继电器输出“1”的条件，当任一测点故障时保护退化为2取2，而该设置下并未具备当两个测点故障时继续退化为1取1的功能。同时依照发电机组保护可靠性配置意见等规范和规程，对于轴向位移保护不需要设置延时。

3 问题分析

对于该机组的单点振动保护配置，由于燃机电厂的汽轮机设计、安装及运行经验较燃煤机组存在差异及现场安装水平的制约，对于单点保护易于发生误动，且该燃机电厂担负重要区域的供电供热任务，而采用多点组合保护模式并结合本机组的运行特点配置合理的组合方式，可以以减小误动概率提高保护可靠性。

由于轴向位移保护的特殊性，针对该机组的轴向位移保护设置，由于保护退化功能不完善，存在当极端情况下两个测点同时故障，无法触发保护的情况，该情况极易造成主轴设备损坏的情况，因此考虑保护误动和拒动的后果，对该保护配置方式进行改进是必要的，可以有效提高故障安全概率。同时按照相关规范取消保护延时。

4 解决方案

4.1 振动跳闸保护的改进

（1）汽机并网前采用单点振动保护既任意瓦任意方向轴振大于250μm汽机跳闸。

（2）汽机并网后采用以下振动组合方案：

任意瓦任一方向振动跳机值（250μm）与本瓦另一方向或相邻瓦的任一方向振动报警值汽机跳闸；

例如：1瓦任一方向振动跳机值（250μm）与本瓦另一方向或7瓦的任一方向振动报警值汽机跳闸；1瓦任一方向振动跳机值（250μm）与本瓦另一方向或2瓦的任一方向振动报警值汽机跳闸；

3瓦任一方向振动跳机值（250μm）与本瓦另一方向振动报警值汽机跳闸；

5瓦任一方向振動跳机值（250μm）与本瓦另一方向或4瓦的任一方向振动报警值汽机跳闸；

6瓦任一方向振动跳机值（250μm）与本瓦另一方向振动报警值汽机跳闸。

基于该机组正常运行工况下的振动数据，将汽机并网后的振动报警值设定为在机组正常运行振动值基础上增加50μm。同时根据每次检修后运行工况，对机组振动特性进行重新分析，对机组正常运行报警值重新确认，保证报警值对该机组的确定性及针对性。

同时需确认如出现在一组保护动作中的两个探头（即触发保护动作的带跳机值和报警值的两个探头）同时故障的情况下是否触发跳机动作，为避免出现探头干扰情况下误动，建议将TSI系统中设置为故障不触发。

4.2 轴向位移保护设置的优化

将原有轴向位移3取2保护动作中，探头故障不驱动继电器触发“1”条件的设置更改为当任一轴向位移探头故障驱动继电器触发“1”条件，保护逻辑变更为：正常情况下仍为3取2保护动作；当任一测点故障时，另外两个轴向位移测点2取1 保护动作；两个测点同时故障则触发轴向位移保护动作。

5 实施及结论

现场在原TSI系统进行卡件位置优化，将高压侧1、2、3、7、8轴振X、Y报警值进行组态输出10个DO点进入ETS柜，将低压侧4、5、6轴振X、Y报警值进行组态输出6个DO点进入ETS柜。在ETS系统进行振动保护组态。

按照本文所述方式优化轴向位移保护设置，现场进行轴向位移信号断线试验。TSI系统当轴位移传感器突然断线时，该信号没有闭锁报警信号将此故障信号退出保护逻辑，而是默认为此传感器已达danger值，具备驱动继电器触发“1”条件，当两个传感器都出现故障时，则满足3取2跳机条件，触发轴向位移保护动作，并未出现报警信号抑制和保护拒动的情况。同时查看TSI系统设置，将1s延迟修改为100ms（本特利3500最小可修改值）。

参考文献：

[1]张朝阳，李雄伟，王潇.汽轮机TSI系统的测量与调试[J].华北电力技术，2008（04）：9-11.endprint