浅析汽轮机保护系统

摘要：汽轮机保护系统由监视保护装置和液压系统组成，当汽轮机超速、低真空、轴向位移、润滑油压低等监视保护装置动作时，电磁阀动作，快速泄露高压动力油使自动主汽门和调节汽门迅速关闭，紧急停止汽轮机运行，达到保护汽轮机的目的，另外，还有汽轮机进水保护，高压加热器保护等自动保护系统以保障汽轮机组的正常启停和安全。

关键词：TSI；ETS

Abstract：The turbine protection system is composed of a monitoring and protection device and a hydraulic system.when the turbine speeed，low vacuum，axial displacement，wction and low lubricating oil pressure monitoring protection device，electromagnetic valve，fast dynamic leakage of high pressure oil ，the automatic main steam valve and control valve closed quickly，emergency stop operation of steam turbine，steam turbine to achieve the protection.In addition，the turbine inlet protection，high pressure heater prtection and other antomatic protection system to protect the normal start and stop of the turbine and safe operation.

Key words：TSI；ETS

山西平朔煤矸石发电厂2×50MW是东方汽轮机的NZK50-8.83/535型单缸、直接空冷凝汽式冲动式、高温、高压汽轮机，为了提高汽轮机组的热经济性，汽轮机的级间间隙、轴封间隙都比较小。由于汽轮机的旋转速度高，在机组启动、运行或停机过程中，如果没有按规定的要求操作控制，则很容易使汽轮机的转动部件和禁止部件相互摩擦、甚至碰撞，引起叶片损坏、大轴弯曲、推力瓦烧毁等严重事故。为了保证机组安全启停和正常运行，需对汽轮机的轴向位移、胀差、振动、转速、润滑油压、凝汽器真空等机械参数进行TSI（Turbine saperrisory Instrumentation）汽轮机安全监视系统和ETS（Emergency Trip system）汽轮机危急遮断统，在紧急情况下迅速关闭汽轮机进汽阀门，切断汽轮机所有进汽进行保护。

一、TSI系统介绍

TSI（Turbine saperrisory Instrumentation）是汽轮机重要安全监视系统，并将测量结果送入控制、保护系统，一方面供运行人员监视、分析旋转机械的运行情况，同时在参数越限时执行报警和保护功能。下列为我厂2× 50MW汽轮机的主要保护：

（一）转速

汽轮机转速过高时将造成转子断裂、飞车等恶性事故，因此汽轮机转速设计了多层汽轮机转速高保护，如103%超速限制保护，109%、110%电超速保护，机械式危急遮断保护等。

轴向位移：以机械零位为基准，监测汽轮机转子在轴向的串动量。汽轮机轴向位移过大时，轻则可能造成烧瓦、轴颈局部弯曲事故，重则会导致汽轮机动静部分发生摩擦、碰撞，从而造成叶片折断、大轴弯曲、隔板和叶轮破碎等恶性事故。汽轮机轴向位移设计报警限值、停机保护限值，越过停机限值时ETS动作停机。

胀差：以机械零位为基准，监测汽轮机转子膨胀量与汽缸膨胀量的差值，因而又称为相对膨胀，胀差=转子膨胀量-汽缸膨胀量。热膨胀通常是指汽轮机的膨胀量，因而又称为绝对膨胀。汽轮机正胀差或者负胀差过大时，将导致汽轮机动静间隙过小而发生动静摩擦甚至碰撞，加剧汽轮机振动，甚至损坏转子叶片或者汽缸隔板。汽轮机胀差设计报警、停机限值，但一般不设停机保护，胀差越过停机限值时，要求手动打闸停机。

振动：分为轴振动和轴承振动。轴承振动用来测量汽轮机轴承的振动量，因此又称为绝对振动，俗称瓦振。轴承振动可采用振动速度和振动位移两种测量方法，同时水平、垂直两种可选。轴振动则是测量轴承振动与大轴振动之间的相对值，因此又称为相对振动，俗称轴振。轴振动也可采用速度和位移、水平和垂直多种测量方式。汽轮机振动过大会发生轴封磨损、滑销磨损、转速部件疲劳强度降低等危害，严重时会发生烧瓦、轴弯曲等恶性事故。

（二）ETS系统介绍

ETS（Emergency Trip system）汽轮机危急遮断系统设计原则：

直接、独立、快速的原则：尽量减少各种中间环节和时间延迟，尽量避免转接、扩展和转换。

独立系统原则：一般应与调节系统分开设计，必须保证即使调节系统故障的时候，保护系统仍具有使汽轮机停止运行的能力。

失电跳机原则：ETS系统应具有独立的供电系统，要求采用冗余的直流电源和交流电源供电，当不能采用独立电源时，或失电后保护逻辑不能被执行时，则必须设计成失电跳机方式。

冗余配置原则：一套系统故障时，另一套仍然具有使汽轮机停止运行的一切功能。

下面介绍我厂的保护系统：

保护系统通过测量回路、判别装置、转换装置和执行机构，检测影响机组安全的重要参数对机组实行开环控制。为了提高动作的可靠性，不仅危急遮断阀滑阀采用了双重结构，而且系统中还设有电磁遮断阀，当润滑油压、真空、轴向位移等各项保护之一超过允许值时，均可通过电磁遮断阀泄掉危急遮断器滑阀油路的安全油，使自动关闭器和调节阀油动机关闭，确保机组安全。

遮断

从可靠性角度来考虑，保安系统设置有电气，机械及手动三种冗余的遮断手段。

（1）电气停机

实现该功能由复位遮断阀组中遮断电磁阀来完成。一旦接受电气停机信号，遮断电磁阀带电动作后，泄掉危急遮断器滑阀下腔室油压，使危急遮断器滑阀掉闸，进而泄掉调节系统保安油，快速关闭各主汽门、调节阀门，遮断机组进汽。

（2）机械超速保护

机械超速保护由双通道的危急遮断器，危急遮断器杠杆及危急遮断器滑阀组成。动作转速为额定转速的110%～111%（3300r/min～3330r/min）。当转速达到危急遮断器设定值时，和汽轮机主轴联在一起的危急遮断器的撞击子在离心力的作用下击出，打击危急遮断器杠杆，使危急遮断器滑阀掉闸，泄掉调节系统保安用油，快速关闭各调节阀、主汽阀，以便遮断机组进汽。

（3）手动停机

系统在机头设有手动遮断阀供紧急停机用。手打手动遮断阀按钮，使危急遮断器滑阀动作，将保安油泄掉，快速关闭各进汽阀，遮断机组进汽。

（4）润滑油压低保护

系统设有低润滑油压遮断器，当润滑油压降到0.049MPa时，发出报警信号，并启动交流润滑油泵；当润滑油压降到0.039MPa时，发出停机信号（三取二的逻辑）并启动直流事故油泵；当润滑油压降到0.029MPa时切断盘车电源。

（5）低冷凝真空保护

系统设有低冷凝真空遮断器，当凝汽器绝对压力升到0.05MPa时，发出报警信号，当凝汽器绝对压力升至0.055MPa时发出停机信号（三取二逻辑）。

危急遮断器是汽轮机最重要的超速保护装置，为了防止其卡涩应经常使之活动，确认其处于正常（可动）状态，系统设置了危急遮断器试验阀组，供危急遮断器作喷油试验和提升转速试验用。

结语

本文结合山西平朔煤矸石电厂2×50MW是东方汽轮机的结构特点，论述了TSI和ETS保护系统，经长时间的试验后，严格做各项试验合格，降低了故障率，保障了生产的顺利进行，汽轮机在运行期间，应加强对保护的认识和促进，进而促进机组的整体运行效果，促进我国经济的发展与社会的进步。

参考文献：

[1]裴海瑞 浅析汽轮机TSI保护控制系统 [J]科技创新与应用

[2]孙之斌 汽轮机的保护试验研究与应用 [J]工业科技

作者简介：梁志录（1983-），男，大专，毕业于山西电力职业技术学院，助理工程师，现在山西平朔煤矸石发电有限责任公司从事运行。