汽轮机超速原因分析

苗晓冬

（华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂，黑龙江 齐齐哈尔 161041）

汽轮机超速原因分析

苗晓冬

（华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂，黑龙江 齐齐哈尔 161041）

汽轮发电机组严重超速事故可导致汽轮发电机组严重损坏，甚至造成重大人员伤亡事故。准确分析超速事故的原因，制订有效的防范措施，将能最大限度地控制超速事故的发生。

汽轮机；超速；负荷；原因分析

汽轮发电机组是高速旋转的机械，各转动部件在工作时产生很大的离心力。由于离心力与转速的平方成正比，当转速增加10%时，各部件材料所受的应力将增加21%；当转速增加20%时，各部件材料所受的应力增加44%。在设计时，转动部件的材料强度富裕量是不大的，叶轮等紧力配合的转动部件松动转速通常按超过额定转速20%考虑。大功率汽轮机组由于蒸汽参数很高，蒸汽流量很大，在甩负荷后飞升转速在瞬间很大，严重超速造成的后果十分危险，近年来相继发生了过电厂200MW机组超速飞车事故，造成整套机组报废的严重恶果，所以，大功率汽轮机的超速保护重要性、可靠性更显得尤其重要。

我厂汽轮发电机组虽未发生过因超速导致的设备严重损坏的事故，但也发生过二次超速事故。一次是2#机2001年超速事故，原因明显，是调速汽门卡涩引起，经汽轮机揭缸检查，机组未发现严重损坏。另一次是1#机2003年发生的超速事故，事故原很复杂，也是我们以前未曾遇见过的。因此，正确分析此次事故原因，为制定合理防范措施提供充分理论依据是紧迫任务。

1 事件经过

某年12月21日1时29分，1#汽轮发电机组励磁系统突然失火，随后发电机解列、停机。根据计算机显示机组超速至3230r/min，危急保安器动作，其动作转速为3229r/min，其事故过程大致如图1。

图1

2 分析

2.1 事故流程

从此次事故表面看，与甩负荷试验对于调节系统来说是等同的。其甩负荷后，转速飞升值不应超过3150r/min，危急保安器不应动作。但此次事故又有别于甩负荷试验，其差别之处正是造成此次超速的主要原因，其对比流程图如图2。

图2

从本次事故和甩负荷试验流程图对比可发现，本次事故顺序是先负荷下降，转速飞升，然后主开关再跳、汽门关闭；而甩负荷试验是主开关跳、汽门关闭，负荷下降，然后转速飞升。其原理过程是相反的，也是导致超速的直接原因。

2.2 论证

（1）证一：机组转速3052r/min时，OPC保护动作。从工程师站计算机历史趋势中可查出： OPC动作，转速为3052r/min，这是计算机实际记录。主开关向OPC发送指令为电信号，可认为无时间间隔。

（2） 证二：先负荷下降，转速飞升，然后主开关跳。负荷已降至28.19MW，从此时汽门开度未变,而转速已开始上升,此时转速为3003r/min；负荷为35.52MW，转速已飞升3052r/min，此时OPC动作。因为OPC与主开关传输信号为电信号，所以可认为主开关动作与OPC动作同步，所以确定先负荷下降、转速飞升，然后主开关跳。

（3） 证三：调节汽门全关后，机组飞升转速△n≈130 r/min。根据2#机甩负荷试验，汽门全关后机组飞升转速△n为128r/min，1#、2#机机况与设备完全一致，所以粗略认定1#机汽门全关后机组飞升转速△n为120r/min。

（4）不确定因素：由于1#机在本次事故当时，带有高加及厂用抽汽（5次抽、6次抽）运行，加之调节汽门严密性和各抽汽逆止门严密性不如大修后甩负荷试验时期好，所以粗略认定这些不确定因素可使转速增加20r/min左右。

2.3 危急保安器动作对转速影响与否

在本次超速过程中，机组转速飞升最大值为3230r/min，在大修后所做超速试验中，动作转速为3225r/min，直观看：转速下降是由于危急保安器动作所致，其实在这里存在巧合。通过放大转速飞升曲线作标图可发现，在转速飞升最初1s，其升速率约为50r/min/s，而在飞升峰值附近时，其升速率为7 r/min/s；其飞升率已非常缓，即使危急保安器不动作，它也达到峰值，它也会自然下降，因为我们设定危急保安器动作值与本次超速峰值非常接近，这是一种巧合，使人们错觉转速下降是由危急保安器动作所引起的。假如，我们把危急保安器动作转速设定高一些（在3230r/min以上），危急保安器就不会动作，而转速也会自然回落。

3 结语

经过以上各方面分析、论证，最终认为：造成本次机组超速原因是由于主开关跳闸在转速飞升之后所致。

（1）在励磁调节柜失火时，如果其灭磁开关动作能使发电机跳闸，机组也就相当一次单纯甩负荷。但由于灭磁开关中的直流电缆已被先烧断，使其无法发出跳机信号，致使机组先有转速飞升、再跳闸的异常过程，也是导致此次超速过多的主要原因。

（2）此次超速过程明显感觉到转速飞升速率小，从3003r/min飞升至峰值3230r/min用了近12s，其用时大大多于甩负荷转速飞升所用时间，一般来讲，无论是电调还是液调，在甩50%或100%负荷试验时，甩负荷开始到转速峰值都在3s以内。本次超速用时过长的原因有甩负荷幅度问题。在计算机显示负荷曲线可以发现，在甩负荷最后瞬间机组负荷由110MW自行下降至30MW，转速也开始飞升至3052r/min。严格地说本次甩负荷其幅度是30MW而不是所说的110MW，因此升速率较低。

[1]何建绥.汽轮机超速保护装置[M].热力发电 2010（3）.

[2]国家能源局.防止电力生产重大事故的二十五项反措[M],2014.

TK268.1

A

1671-0711（2017）12（上）-0092-02