带旋转隔板汽轮机热工保护优化与损坏预防

李霞

（大唐太原第二热电厂，山西太原，030041）

带旋转隔板汽轮机热工保护优化与损坏预防

李霞

（大唐太原第二热电厂，山西太原，030041）

某些特殊汽轮机的保护系统仍有较大完善空间。以上海汽轮机厂某带旋转隔板汽轮机为例，基于其运行过程，分析了抽汽系统保护机理，并进一步提出了汽轮机本体保护设置的优化策略，以及预防通流部分发生损坏的措施。研究表明，该汽轮机抽汽系统控制过程稳定可靠，对高压、低压和高温环境均具有相应的保护措施；汽轮机本体轴向位移、振动、胀差保护的优化有助于提高运行品质；汽轮机通流部分的调节控制系统和保护系统机理复杂，易发生损坏，应重视其预防。相关策略能够为同类型机组研制行业提供技术支持。

旋转隔板；汽轮机；热工保护；优化设计；抽汽系统

引言

目前国内新建燃煤供热发电机组热工保护控制系统已经趋于完善[1-4]，但对于为了增加供汽量而专门研制的特殊型汽轮机，例如上海汽轮机厂的CCZK330-16.7/1.0/0.4/538/538型330 MW中间再热抽汽凝汽式汽轮机，由于其带有旋转隔板，实际投运经验较少，机组在控制和保护系统方面设计也不够完善。

为此，本文对其保护设置进行分析和优化，并提出防止汽轮机通流部分发生损坏的措施。

1 汽轮机及其抽汽系统

1.1 汽轮机

上海汽轮机厂CCZK330-16.7/1.0/0.4/538/538型汽轮机属于亚临界、单轴、一次中间再热、三缸两排汽，可调整抽汽、凝汽式汽轮机。采用数字电液调节系统，既可供热网抽汽（可调整的压力范围为0.4～0.6 MPa），又可供工业抽汽用汽（可调整的压力范围为0.8～1.3 MPa）。汽轮机高、中压部分采用分缸结构，低压部分采用双流反向结构。

1.2 抽汽系统

汽轮机抽汽阀门、管道的布置如图1所示。

图1 抽汽阀门、管道布置示意图

进入中压缸的蒸汽通过中压缸前几级后，一部分经过可控制的旋转隔板进入后侧中压缸通流部分，另一部分经过抽汽压力调节阀进入中压缸抽汽系统。中压缸的排汽一部分经过可控制的连通管阀门进入低压缸，另一部分经过低压抽汽压力调节阀，进入低压抽汽系统。

为确保抽汽机组的安全稳定运行，两路调整抽汽均采用双控调节模式。通过对旋转隔板（ICV）与中压抽汽压力调节阀（IEV）的双控调节，保证中压缸抽汽量达到额定值；通过对连通管压力调节阀（LCV）与低压抽汽压力调节阀（LEV）的双控调节，保证低压缸抽汽量达到额定值。两路抽汽系统中的旋转隔板（ICV）和连通管压力调节阀（LCV）均采用油动机进行控制，确保控制过程稳定可靠。

2 抽汽系统保护

2.1 调整抽汽投入条件

当机组在纯凝汽工况运行时，旋转隔板和连通管压力调节阀全开，抽汽管道的压力调节阀全关。如要投入抽汽工况运行，必须先判断是否具备投入条件。通过特征点的压力（高压调节级后压力）来确定各调整抽汽是否允许投入。以低压调整抽汽为例：当特征点压力小于规定数值时，若有抽汽投入，则发出报警信号，运行画面提示运行人员增加主汽流量和负荷；反之，允许抽汽投入，之后通过调整抽汽管上的压力调节阀和连通管压力调节阀的开度，使抽汽压力值满足要求。

如果要同时投入中压调整抽汽和低压调整抽汽，则需特征点的压力同时满足两段抽汽的投入条件。两段抽汽单独调节，互不干涉。

2.2 抽汽压力保护

为保证机组安全运行，对抽汽压力（旋转隔板或抽汽蝶阀前压力）高和低分别设置报警、自动降负荷或抽汽解列两档保护。

高压保护措施：一是报警：抽汽压力达到高报警值时，发出报警信号，同时打开旋转隔板或抽汽调节阀，以降低抽汽压力；二是自动降负荷：抽汽压力达到高报警值时，机组自动降负荷，直至压力低于报警值。

低压保护措施：为了保证叶片的安全可靠性，在投入抽汽时，抽汽压力也不得太低。保障方法如下：

（1）报警：抽汽压力达到低报警值时，发出报警信号，通过调整抽汽管道上的控制阀门（IEV 或者LEV）节流，以减少抽汽量；

（2）抽汽解列：若调节阀全关仍无法提高抽汽压力，达到低报警值时，延迟30 s后抽汽自动解列。

2.3 抽汽温度保护

主要是指在高温时进行保护。分别设置报警、跳机两档。

（1）报警：抽汽温度达到高报警值时，发出报警信号，同时应增加主汽流量或降低抽汽压力，以降低抽汽温度；

（2）跳机：抽汽温度达到高报警值时，打开调节阀，降低抽汽压力，如调节阀全开温度仍维持高值，延迟1 min后机组跳机。

3 汽轮机本体保护及优化

汽轮机本体保护主要包括：轴向位移、振动、胀差等TSI（汽轮机安全监视系统）输出保护；轴瓦温度和推力瓦温保护；抽汽系统保护等，本章以代表性的TSI输出保护为例进行优化。

3.1 轴向位移保护

目前轴向位移有两路测量保护装置——（1A、1B）与（2A、2B）。1A、1B在一个支架，2A、2B在一个支架，每个支架上的信号对应一个独立的TSI卡件。TSI中各送一路遮断信号至ETS（跳闸保护系统），在ETS中实现串并联遮断功能。TSI中设置 1s延时，有报警抑制功能；ETS中无延时。

优化方案：在TSI中取消延时和报警抑制功能，避免特殊工况信号突变导致保护拒动。在推力轴承工作面安装轴向位移测量保护装置，根据实际推力间隙进行定位。

3.2 轴振大保护

TSI中每一路轴振各输出一个报警和一个跳闸信号至ETS，在ETS中实现遮断功能，出现任一遮断信号或两个报警信号则迅速跳机。TSI中有3 s延时，有报警抑制功能。

优化方案：增加并网前汽轮机冲转阶段任一轴振超过遮断值时跳机的功能，并网后保护逻辑维持不改，同时取消报警抑制功能。

3.3 高低压缸胀差保护

原高低压缸胀差均设计为单点，未设置自动保护功能，仅要求运行人员根据胀差数值和机组其他参数判断手动停机。

优化方案：高低压缸各增加一个胀差测点，保护配置修改为“二取二”，取消报警抑制功能，“二取二”后延时3 s跳机。

4 汽轮机通流部分损坏预防

汽轮机通流部分连通管上的压力调节阀与旋转隔板的控制系统的可靠性将直接影响汽轮机安全运行。因此，本章从调节控制系统、保护系统两个方面提出以下防止供热汽轮机通流部分发生损坏的措施。

4.1 调节控制系统

（1）确定连通管上的压力调节阀和旋转隔板的实际开度：检查其与数字电液控制系统（DEH）显示是否一致，防止阀门开关动作相反，造成机组启动过程中通流不畅或通流部分损坏。

（2）检查连通管上的压力调节阀和旋转隔板：在DEH断电情况下，伺服阀机械零偏和阀门开启或关闭的设置与设计要求是否一致。

（3）检查DEH控制功能：保证机组在开闸情况下，连通管上的压力调节阀和旋转隔板是否能够按照设计要求动作。

（4）测试连通管上的压力调节阀和旋转隔板控制系统的LVDT反馈、伺服阀指令、伺服卡等：在故障情况下，设备动作方向是否与系统设计要求一致。

（5）检查测试DEH抽汽系统的逻辑功能：保证闭环调节系统调节品质合格，以及联锁保护逻辑可靠投入。

（6）完善其它逻辑功能：包括抽汽系统压力和温度超限报警的逻辑，以及切除汽轮机遥控方式和降负荷的逻辑。

4.2 保护系统

（1）汽轮机主保护过程开关量信号应采用“三取二”配置。对于过程模拟量输入的保护信号与保护输出为同一DPU的系统，输入信号经模拟/开关量转换后实现“三取二”配置；对于两者为不同DPU的系统，输入信号经模拟/开关量转换后通过硬接线送入保护机柜，实现“三取二”配置。

（2）汽轮机主保护信号输入的一次元件、取样管、输入模件均应相互独立；汽轮机主保护逻辑均应考虑信号坏质量的情况，避免因信号坏质量导致保护拒动。

（3）TSI系统应配置两路可靠接地的冗余电源模块，并实现电源模块的无扰切换；TSI系统中轴向位移、振动、胀差等信号必须设置有声光报警功能。

（4）汽轮机轴向位移保护应采取“四取二”或“三取二”保护方式，且必须可靠投入；TSI系统轴向位移卡件参数和功能设置必须保证特殊工况下轴向位移瞬间突变超量程或坏质量的保护动作。

（5）汽轮机振动保护需根据保护机理和信号可靠性研究确定保护实现方式，并制定防止保护误动或拒动的措施。

（6）汽轮机胀差保护应在测量系统可靠稳定的情况下投入，同时必须有防止因单一测点、回路故障而导致保护误动的技术措施[5]。

5 结论

本文对上海汽轮机厂生产的一种特殊供热式汽轮机的抽汽系统进行了介绍，重点分析了该抽汽系统的运行模式以及相关的保护设置，提出了汽轮机本体保护的优化措施，并提出了防止供热汽轮机通流部分发生损坏的措施，对同类型机组的安全稳定运行有较强的参考价值。

[1]国家能源局. 防止电力生产事故的二十五项重点要求（国能安全[2014]161号）[Z]. 2014.

[2]上海电气上海汽轮机厂. 汽轮机抽汽阀控制[Z]. OP.2.26.02C-01.

[3]中国大唐集团公司. 中国大唐集团公司提高火电厂主设备热工保护及自动装置可靠性指导意见（安生[2009]66号）[Z].

[4]国家能源局. 火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则: DL/T 261-2012 [S]. 2012.

[5]城市建设理论研究（电子版）[J]. 2013(25).

Thermal Protection Optimization and Damage Prevention on Steam Turbine with Rotating Separator

LI Xia
(Datang Taiyuan No.2 Thermal Power Plant, Taiyuan, Shanxi,030041, China)

Protection system for some special steam turbines still has great potential for improvement. A steam turbine with rotating separator manufactured by Shanghai Steam Turbine Plant is taken as an example for analysis on its protection mechanism of steam bleeding system, proposal of optimization strategy on protection option on its main body, and damage prevention on its flow part, which are all on the basis of its operation procedure. Related research shows that, such a steam turbine is stable and reliable on its controlling process, and has corresponding protection measures for environments such as high pressure, low pressure and high temperature; protection optimization on vibration, axial displacement, and differential expansion of the main body of steam turbine helps to improve the operation quality; the flow part of steam turbine is complex in the regulating control system and protection system, making it prone to damage and corresponding prevention should be paid attention to. Related strategies can provide technical support for the development of the same type of unit.

Rotating Separator; Steam Turbine; Thermal Protection; Optimum Design; Steam Bleeding System

TK269

A

2095-8412 (2016) 06-1167-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.030

李霞(1982-)，女，工程师。研究方向：热控安全管理。Email: lihaixia0207@163.com