三门核电汽轮机机械超速设计特点分析

杜昀泽

（海盐秦核新能设备检修有限公司，浙江 嘉兴 314300）

汽轮机是在高温、高压下运转的机械，其旋转部件承受着巨大的离心应力，该离心力与转速的平方成正比（F=mω2R），因此随着转速的升高，其离心力快速上升。汽轮机转子一般是按照额定转速的120%设计的，一旦转速超过了设计的强度极限，将造成叶片断裂、动静摩擦,甚至断轴等严重事故。汽轮机超速不仅造成汽轮机本体损坏，同时还会产生潜在飞射物，对人员厂房及设备造成损伤，由此带来的经济损失巨大。

一、核电汽轮机超速保护特点

（一）机械超速保护

机械超速保护是通过一个弹簧加压的偏心飞锤来实现的。当汽轮机转速上升至110%额定转速时，飞锤在离心力作用下飞出，从而使得危急遮断滑阀打开，保安油母管卸压，隔膜阀开启，进而使AST和OPC母管卸压，各蒸汽阀门关闭实现停机。

（二）电气超速保护

电气超速共有12个保护模块，分为4组，每组三取二逻辑，对应于AST4个电磁阀。当转速测量值超过保护设定值111%额定转速时，4个AST电磁阀断电开启，AST母管和OPC母管卸压后，各蒸汽阀门关闭，从而实现汽轮机超速保护停机。

二、与秦山二期汽轮机机械超速设计的差异

秦山二期汽轮机结构上与三门核电基本类似，机组单机容量650MW,额定工作转速为3000rpm。下面对三门核电与秦山二期汽轮机机械超速的设计包括从装置、注油试验、超速试验等方面详细分析二者之间的差异。

（一）机械超速装置设计的差异

秦山二期机械超速手动脱扣杠杆和手动复位杠杆都是直接作用于碰钩，两个杠杆连成一体。当汽机超速至一定值时，如果危急遮断错油阀发生卡涩，秦山二期的设计将无法实现就地手动紧急停机。三门核电汽轮机通过设计单独的手动脱扣滑阀和手动脱扣杠杆来手动紧急泄压，则可避免错油阀故障而无法就地手动停机的风险。三门核电汽轮机将手动脱扣与复位杠杆完全分离，也能降低误操作的可能性。另外，三门核电设计有注油试验三通电磁阀和注油电磁阀，并设置有一些压力仪表和位置开关，可进行远程注油试验，并可通过仪表的变化确定机械超速装置的动作情况。

（二）试验的差异

为验证机械超速装置的可靠性，机组在首次启动和每次大修后需进行注油试验和超速试验。注油试验时，机组未真超速，而是通过向偏心飞锤内注入高压油，利用油压取代实际超速时飞锤产生的离心力，克服弹簧约束而使飞锤击出，以验证机械超速装置的可靠性。注油试验通常在每次机组启动冲转至额定转速时进行。超速试验则是在机组带负荷运行一段时间后，与电网解列，使机组真正超速，以验证包括OPC保护、机械韶谏保护、电气超速保护等动作的可靠性。

1.远控注油试验差异分析。三门核电通过设置三个电磁阀、两个压力开关、一个压差开关和一个限位开关，可实现主控室或就地进注油试验，而秦山二期仅能在就地进行注油试验。一是主控室在汽机保护系统试验界面上选择“Mechanical overspeed”。二是选择“MOST Test CLockout）”，阻断AST母管通过隔膜阀泄压通路，同时接通EH油供油母管通过隔膜阀的泄压路径。三是由于EH油供油母管设置了节流孔板，压力P1低于AST母管的油压P1，正常运行时，AST母管与隔膜阀相通，P1压力等于P3，当试验三通电磁阀动作后，油路改变，P1压力等于P3却低于P1，当压差开关PDS072探测到P1与P3之间存在的压差后，即向主控室发出信号显示“Under MOST Test”,四是在主控室持续按下“Test ON”按钮，以使注油试验电磁阀得电开启，向飞锤内油孔注油，当油压超过弹簧的约束，飞锤击出。五是当飞锤击出时，保安油压快速下降，压力开关PS026动作。

2.就地注油试验的差异分析。秦山二期在进行就地汽轮机注油试验时，首先将试验滑阀转至“试验”位置并保持该位置，然后将手动脱扣杠杆转至“复位”位置，再缓慢打开飞锤注油阀，当就地观察到手动脱扣杠杆振动且有移向“脱扣”位置趋势时，记录009LP所示的注油压力并关闭注油阀，然后将手动脱扣手柄置于“正常”位置，最后将试验滑阀转至“正常”位置，完成试验。三门核电汽轮机就地注油试验过程为。首先将试验滑阀转至“试验”位置并保持，然后缓慢打开注油试验手动阀，通过就地压力仪表PI006观察注油压力缓慢上升，当油压上升至克服飞锤弹簧约束力而击出飞锤的时候，危急遮断错油阀动作，就地观察到PI005指示的压力突然下降，此时记录PI006所指示的注油压力，然后关闭注油手动阀，再将手动复位杠杆置于“复位”位置，通过就地手动复位杠杆对碰钩及危急遮断错油阀复位，再松开试验滑阀回到“正常”位置，注意观察PI005所示的保安油压恢复正常后，完成试验。

总结：汽轮机是核电厂重要的设备之一，而机械超速保护对于汽轮机的安全可靠运行又发挥着至关重要的作用。三门核电汽轮机机械超速及相关试验的设计与秦山二期相比，具有明显的先进性：一是通过增设手动脱扣滑阀，使手动脱扣杠杆与手动复位杠杆完全独立，可避免危机遮断错油阀卡涩引起的无法就地手动停机事故，有利于机组安全运行；二是通过增设两个电磁阀和一些压力、位置开关，可实现主控注油试验，利于提高机组自动化程度，减少运行就地工作量，提高工作效率；三是通过在试验滑阀下游设置就地压力仪表PI005，在就地试验时依靠其压力变化即可确定机械超速装置动作J隋况，提高就地注油试验的可操作性。