汽轮机机械超速与电超速的比较分析

□蔡祥祥

一、汽轮机超速保护系统的功能及原理

秦二厂3、4号机组设置汽轮机保护系统，该系统功能是在反应堆、发变组出现故障或者在汽机出现任何其他预设的机械故障时为汽机安全停机提供可靠的自动动作方式，以防止事故出现并扩大，达到保护设备的目的，并将汽机脱扣信号发送到反应堆保护系统。

汽轮机的进汽阀门的开关或调节由油动机的动作来实现，汽轮机进汽阀门和油动机活塞杆是通过杠杆连接的，阀门开启时，汽轮机调节油进入活塞下部，带高压的调节油提供活塞向上的动力使汽轮机进汽阀开启；汽轮机进汽阀门的关闭是依靠安装在活塞上的弹簧来实现的；汽轮机的进汽阀门的控制模块上装有一个卸载阀，通过控制油压来控制卸载阀开启和关闭：当控制油压在预设压力时，卸载阀关闭，汽轮机进汽阀门的高压供油母管的高压调节油可以使汽机进汽阀开启；当控制油压消失时卸载阀开启，导致汽轮机进汽阀门的油动机活塞腔体中的高压油通过排油母管排出，通过高压回油管线进入汽轮机调节油箱，使得汽轮机进汽阀门在弹簧的作用下关闭。OPC母管(汽轮机的超速保护供油母管)专门供给调节阀和再热调节阀控制油压；AST母管(汽轮机紧急停机保护供油母管)专门供给主汽门和再热主汽门控制油压。这两个母管之间设有逆止阀，逆止阀允许OPC母管的油向AST母管单向流动，这样设置可以保证OPC母管卸压，只会导致调节阀和再热调节阀关闭；而AST母管卸压，会导致所有的汽轮机进汽阀关闭。由以上总结可知：单独的OPC母管卸压不会导致汽轮机脱扣；AST母管卸压会导致汽轮机脱扣；汽轮机的超速保护是依靠汽轮机高压缸的主汽门和低压缸的再热主汽门关闭来实现的。

在AST母管安装上有一个油动隔膜阀，通过油动隔膜阀的开启能对AST母管卸压，这就是汽轮机的机械超速保护的动作原理。通过保安油控制油动隔膜阀的开关，保安油来自汽轮机润滑油系统的润滑油；保安油建立时油动隔膜阀关闭，一旦保安油消失，油动隔膜阀开启，从而将AST母管卸压，导致汽轮机所有进汽阀门的卸载阀开启，汽轮机进汽阀门在弹簧的作用下关闭，最终实现汽轮机停机。

(一)机械超速飞锤动作。汽轮机机头的高压缸1号轴承箱内安装了超速飞锤，当汽轮机超速时，产生的离心力使飞锤动作，从而实现机械超速保护。秦二厂3、4号机组汽轮机的额定转速为3,000转/分钟，机械超速保护定值设定为110%～111%的额定转速。机械脱扣装置的复位：当机械脱扣装置动作后，在机头处将手动复位杆打到复位位置使保安油回路处于关闭状态，当汽轮机润滑油系统启动后，带压润滑油通过保安油回路使油动隔膜阀关闭。机械脱扣装置复位也称为就地挂闸。

(二)就地手动脱扣。汽轮机机头的高压缸1号轴承箱内安装了手动脱扣手柄，当手动脱扣手柄置于打闸位置时，保安油快速卸压导致油动隔膜阀开启，从而实现汽轮机停机；手动脱扣手柄正常情况下置于正常位置，只有在非常紧急的情况下，所有的停机手段都失效时，由运行人员在机头处进行紧急停机，以保护汽轮机。

二、机械超速的试验

为了确保汽轮机在运行时的安全，必须确保超速飞锤能正确动作，从而能及时关闭汽轮机进汽阀门实现安全停机。机组根据定期试验周期，必须对汽轮机机械超速保护的每一个零部件进行试验。

(一)注油试验。为了保证汽轮机运行时的安全，需要进行注油实验，由维修机械人员根据弹簧调整的力度，通过对油压的控制来模拟超速产生的离心力，从而使飞锤动作，通过连锁装置使手动脱扣手柄置于打闸位置。通过这些连锁动作来检查机械超速装置的正确性。

(二)超速试验。定期试验大纲中关于汽轮机超速试验的周期有如下规定：机组做甩负荷试验前；机组停机超过一个月后再次启动时；新安装机组或汽轮机大修后第一次启动；调速系统调整或解体检修后。在进行超速试验时，为了确保机械超速失效时汽轮机的紧急停运，运行人员必须站在机头的脱扣手柄前。在DEH中设定50转/分钟的升速率进行汽轮机升速，当汽机转速到达1.11n0即3,330转/分钟时，若机械超速装置仍然没有动作，则机头处的运行人员必须进行手动打闸，防止发生汽轮机飞车事故。

超速试验的转速一般达到1.10～1.11n0即3,300～3,330转/分钟，在该转速下，汽轮机转子受到的离心力是正常情况下的1.2倍以上，为了确保汽轮机转子在整个寿期内不出现疲劳断裂或脆性断裂，必须进行机械超速试验。机械超速试验规程的试验条件：汽轮机在10%额定负荷运行8小时，使汽轮机充分暖机后，才减负荷至零负荷再进行汽轮机机械超速试验，每次试验的时间控制在15分钟。如果汽轮机长期运行在10%额定功率以上，在这种情况下，汽轮机处于充分暖机状态，汽机动静部分的温度都是均匀的，若此时再进行超速试验，则可直接减负荷到零，然后进行机械超速试验。

如果达到了机械超速保护的定值，而机械超速保护不能正常动作时，则需要停机处理。对脱扣机构、危急泄油滑阀和超速飞锤进行检查，必要时应该调整超速飞锤弹簧的压紧力以防止弹簧过度压紧。确认以上检查都正常后，再一次进行机械超速试验。

(三)手动脱扣试验。汽轮机手动脱扣试验周期是汽轮机每次启动都必须进行的试验，它是为了检查脱扣机构及危急泄油滑阀的性能正常。在汽轮机机头利用手动打闸手柄对汽轮机打闸，以验证汽轮机的手动打闸功能。

三、机械超速与电超速的比较

(一)机械超速在实际运行时的经验反馈。汽轮机机械超速试验时，对叶片的损伤较大；飞锤的弹簧压紧程度调整比较困难，进而影响了超速定值，误差比较大；进行注油试验时，增加了油回路漏油点，影响了油回路的完整性，增加了维修工作；大修后起机时做机械超速试验前，需要带低负荷暖机8小时，影响二次并网的时间，经济效益差。

(二)电超速的优点及改造项目。DEH数字技术已经成熟稳定，目前供电、控制、保护功能均已冗余，安全可靠。

根据运行经验，进行如下改造：第一，取消机械超速相关的装置及设备，保留飞锤本身(用紧固螺丝拧紧)；第二，增加一套独立电超速装置，包括一个三取二的跳机块和一个带指示灯的就地跳机按钮用于新增的独立电超速保护系统，取代目前使用的就地手动打闸及机械超速保护系统。在操纵员站增加相关图形按钮；第三，在汽轮机前箱陆侧附近布置一个新增的电超速保护装置，安装位置的选择偏于日常检修和日常巡检。在前箱内新增四个电超探头及更换探头支架。

改造完成后，有两个并联布置的跳机模块，其中一个是OPC-AST联合四取二跳机块，一个是新增用于实现独立电超速保护跳机功能的三取二跳机块。

四、结语

汽轮机机械超速保护取消，增加电超速保护，对于运行的日常巡检和操作有如下改变：第一，汽轮机机械超速保护取消后，取消了机械超速试验；第二，汽轮机保护通道逻辑检查试验增加了电超速逻辑通道试验的内容；第三，汽轮机机头取消了手动打闸手柄，增加了一个电超速模块DOPS，汽轮机冲转前手动跳闸试验需要按下手动打闸按钮；第四，汽轮机超速保护跳闸装置动作试验，取消机械超速的试验内容，增加了电超速保护装置的试验内容。