北重—阿尔斯通汽轮机调节保安系统与国内常规汽轮机系统特性差异分析与总结

李斐+朱理强+李振

【摘 要】调节保安系统是保证汽轮机安全可靠稳定运行的重要组成部分，是高压抗燃油数字电液控制系统（DEH）的执行机構，可接受DEH的指令完成机组挂闸、汽阀调节及遮断机组，其中调节保安系统包含供油系统、液压伺服系统、高压遮断系统和低压保安系统等组成部分。本文通过介绍北重-阿尔斯通汽轮机及常规汽轮机调节保安系统的特性与差异点，总结了其调节保安系统设计的优劣点，为调节保安系统优化提供了一定借鉴意义。

【关键词】北重-阿尔斯通；调节保安

中图分类号： TK269 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）35-0005-003

Analysis and Summary of the Differences between the Characteristics of North Berk-Alstom Turbine Regulating and Security System and Domestic Conventional Turbine Systems

LI Fei ZHU Li-qiang LI Zhen

（East China Electric Power Research Institute Co.， Ltd.， China National Energy Construction Group， Hangzhou 311200， China）

【Abstract】Regulating the security system is an important part to ensure the safe and reliable operation of the steam turbine. It is the executive body of the high-pressure anti-fuel digital electro-hydraulic control system （DEH） and can accept DEH commands to complete the unit lockout， Which adjust the security system includes oil supply system， hydraulic servo system， high-voltage interrupting system and low-voltage security system and other components. This paper introduces the characteristics and differences of the security system of the North-Alstom turbine and the conventional steam turbine， summarizes the advantages and disadvantages of its regulation of the security system design， and provides some reference for adjusting the security system optimization.

【Key words】North heavy-Alstom； Regulate security

0 引言

北重-阿尔斯通汽轮机调节保安系统采用了阿尔斯通的设计理念，与国内常规的汽轮机调节保安系统存在一定差异，本文介绍了常规汽轮机调节保安系统的组成部分与特点，提出了北重-阿尔斯通汽轮机调节保安系统的特性及与常规系统之间的差异点，并对这些差异点做出一定的研究分析，总结了其系统的优劣点，为调节保安系统优化提供了一定借鉴意义。

1 常规系统介绍

1.1 常规供油系统介绍

由于汽轮机的蒸汽参数高，蒸汽作用在主汽门和调节阀上的力很大，开启阀门所需的提升力也很大，因此必须提高压力油的油压以增加油动机的提升力，减小油动机尺寸，改善调节动态特性。但压力油油压提高（目前大部分为14MPa左右），泄漏的可能性增大，容易引起火灾。所以，多数大型机组的调节系统采用高压抗燃油。高压抗燃油是三芳基磷酸脂型的合成油，具有良好的抗燃性能和稳定性，因而在事故情况下若有高压动力油泄漏到高温部件上时，发生火灾的可能性大大降低。但由于高压抗燃油润滑性能差，且有一定的毒性和腐蚀性，不宜在润滑系统内使用，因而分别设置控制油和润滑油的供油系统。调节保安系统供油一般由单独布置的EH供油装置提供。

1.2 常规伺服机构介绍

常规液压机构分为开关型执行机构和伺服型执行机构，执行机构由高压油的液压力打开，通过弹簧紧力控制关闭。主汽门一般采用开关型的执行机构，不具备调节功能，在安全油压建立后直接引入高压油进入油动机下腔室克服弹簧力打开，在安全油压失去时通过快速卸载阀将油动机下腔室内的油压泄去，汽门在弹簧力作用下快速关闭；调节汽阀则一般采用伺服执行机构控制实现开度调节，其控制原理为：电液伺服阀是由一个电力矩马达以及带有机械反馈的二级液压功率放大所组成（如图1所示）。第一级是由一个双喷嘴及一个单挡板组成，此挡板固定在衔铁的中点，并且在二个喷嘴之间穿过，使在喷嘴的端部与挡板之间形成了二个可变的节流间隙。由挡板及喷嘴控制的油压作用在第二级滑阀两端的端面上。第二级滑阀是四通滑阀结构，在这种结构中，在相同的压差下，滑阀的输出流量与滑阀开口成正比。一个悬臂反馈针固定在衔铁上，穿过挡板嵌入滑阀中心的一个槽内。在零位位置，挡板对流过二个喷嘴的油流的节流相同，因此就不存在引起滑阀位移的压差。当有信号作用在力矩马达上时，衔铁及挡板就会偏向某一个喷嘴，使得滑阀两端的油压不同，从而推动滑阀移动，使高压油进入油缸高压腔或将油缸高压腔中的高压油泄放至回油，以控制高压油通向油动机活塞下腔，克服弹簧力打开汽阀（或将活塞下腔通向回油，使油泄去），同时设置了反馈弹簧并在伺服阀调整时设有一定的机械零偏，增加了可靠性即使断电或失去电信号时，借机械零偏使滑阀偏移一侧，使伺服阀主阀芯负偏，关闭汽门。endprint

1.3 常规高压遮断模块介绍

高压遮断模块由6只电磁阀（其中4只AST电磁阀，2只OPC电磁阀）、2个节流孔、2只單向阀等组件组成。主汽门油动机和再热主汽门油动机的安全油管与危急遮断（AST）油总管相通，调节汽阀油动机和再热调节汽阀油动机的安全油管与超速保护（OPC）油总管相通。AST母管与OPC母管均通入危急遮断控制块，在危急遮断控制块内，AST 母管与OPC母管之间布置了单向阀，方向为OPC 向AST可通，反向逆止，这样可以在超速保护动作时只泄去OPC油压而保持AST 油压，而在泄去AST油压（如停机）时，OPC油压自动泄去，不必动作相关的OPC 电磁阀。系统布置示意图如图2所示。

4只AST电磁阀设计为任一电磁阀误动都不会造成机组跳闸，分为两个通道：通道1包括AST1与AST3，而通道2则包括AST2与AST4。每一通道由在危急遮断系统控制柜中各自的继电器保持供电。危急遮断系统的作用为，在传感器指明汽轮机的任一变量处于遮断水平时，打开所有的AST 电磁阀，以遮断机组。系统设计成在任一电磁阀故障拒动时，不会影响系统功能。遮断汽轮机需要两个通道同时动作。如果发生一偶然性遮断事故，至少在每一通道中有一AST 电磁阀应动作，才能遮断汽轮机。每一通道可以分开地在汽轮机运行时作试验而不会产生遮断或在实际需要遮断时拒动。在试验时，通道的电源是隔离的，所以一次只能试验一个通道。系统中提供两个OPC电磁阀，作为双重保护，以防止一只阀失效，而使OPC控制失效，为机组留下超速隐患。

1.3 常规低压保安系统介绍

1.3.1 不带隔膜阀的低压保安系统

低压保安系统的作用主要是实现机组挂闸和机组遮断，由危急遮断器、危急遮断装置、危急遮断装置连杆、手动停机机构、复位试验阀组、机械停机电磁铁等组成，见图3。复位试验阀组的作用为将润滑油引入危急遮断装置活塞侧腔室，使活塞上行到上止点，使危急遮断装置的撑钩复位，通过危急遮断装置连杆的杠杆将遮断隔离阀组件的机械遮断阀复位，将高压安全油的排油口封住，建立高压安全油，实现机组挂闸。危急遮断器是机组超速最后一道保护，在转速达到额定转速10-12%（即3300-3360转/分）时，危急遮断器飞环自动击出，打击危急遮断器装置的撑钩，使危急遮断器装置撑钩脱扣，通过机械遮断机构使遮断隔离阀组的机械遮断阀动作，泄掉高压保安油，快速关闭各进汽阀，遮断机组进汽。手动停机机构和停机电磁铁为机组提供紧急状态下遮断机组的手段，两者都能通过机械遮断机构的连杆使危急遮断装置的撑钩脱扣，遮断机组进汽，是机组遮断的冗余保护装置。

1.3.2 带隔膜阀的低压保安系统

带隔膜阀的低压保安系统可大致分为低压安全油供油系统、危急遮断器、超速遮断机构、超速遮断阀复位装置、超速遮断机构校验装置和综合安全装置等主要部分。超速遮断阀复位装置用于遥控复位超速遮断滑阀，由一个2位4通电磁阀控制，超速遮断滑阀需要复位时，给电磁阀通电，气缸活塞升出推动复位手柄使超速遮断滑阀复位实现机组挂闸，其危急遮断器部分工作原理相同，也同样具有手动打闸装置。低压安全油供油系统借用机组主油泵（润滑油泵）出口高压油源经节流减压和溢流阀稳压形成低压安全油压，使隔膜阀关闭建立AST油压；当低压安全油压力消失时，隔膜阀打开，AST油压随之消失，汽机遮断。

2 北重-阿尔斯通汽轮机调节保安系统特点介绍

2.1 供油系统特点：调节保安供油装置与润滑油箱合体布置

北重-阿尔斯通调节保安供油系统油源与传统采用抗燃油不同，采用透平油作为控制油油源，与主机润滑油箱合体布置，控制油泵与润滑油泵共同布置于润滑油箱上，泵进油口取自油箱内不同的腔室，油质要求为ISO4406-/16/13等级（即NASA7级左右），该设计使系统的布置更为集中，易发现试运过程中的问题，同时相对抗燃油一般油质要求为5级，更低的油质要求也减少了油冲洗的时耗，其控制油与安全油压为4MPa，压力比国内常见的系统更低，这也是其供油系统能采用透平油的原因，油压的降低减小了供油系统发生泄漏的可能性，但由于润滑油不具备抗燃特性，在系统泄漏或火灾等危急情况下存在事故扩大的可能性。

2.2 伺服机构特点：控制油管路增加卸荷阀，减少阀门正常关闭时间

伺服执行机构采用MOOG阀，型号为D639/NG10（3阀位），油动机控制系统由伺服阀及其先导阀、控制油卸荷阀及油管路组成，具体流程示意见下图。在安全油压正常情况下，当阀门指令开时，比例阀阀位动作导致进油管路打通引起先导阀阀位改变，在控制油卸荷阀处建立油压同时进油至油动机腔室实现阀门动作；当阀门指令关时，先导阀下腔室进油，接通控制油回油在卸荷阀作用下控制油压将很快下降，该设计使得调阀在正常动作时能迅速相应调节，阀门正常关闭时间能达到300ms以内，因此取消了OPC油、OPC电磁阀及OPC功能，转速调节全部依靠调阀完成。

2.3 保安系统特点：无机械超速保护，AST电磁阀3取2保护

北重-阿尔斯通汽轮机调节保安系统取消了机械超速遮断模块和手动打闸装置，保安系统与高压遮断模块集成为一个模块，由3个AST电磁阀、顺序阀、卸载阀等组成，所有的跳闸都是由三跳闸通道设计的汽轮机电子保护装置来实现，三个跳闸通道通过三个AST电磁阀失电动作。主机挂闸时，三个AST电磁阀得电后控制油通过节流孔进入系统，在顺序阀腔室内形成油压推动顺序阀移动，顺序阀共4个阀位对应系统注油的4个过程，注油过程中安全油压将随着顺序阀阀位变化缓慢建立，最终安全油压为4MPa；当AST电磁阀失电时，安全油回油管路将被打通，当一个AST电磁阀失电时，顺序阀将动作但仍可维持安全油压，当两个AST电磁阀同时失电时，回油量过大将导致安全油失压。该设计未采用常规双冗余AST电磁阀设计，仅仅采用了AST电磁阀的单冗余设计，从机组的安全性上考虑，在危急情况下不如多冗余设计可靠。

3 总结

北重-阿尔斯通汽轮机调节保安系统相比国内常规的汽轮机系统显得更加的精简，为调节保安系统优化提供了一定的思路与方法，设计采用更低的安全油压（4MPa），通过采用透平油做油源减少了供油系统的布置，取消了OPC保护系统、就地打闸装置、机械遮断装置等，最大限度的减少了就地的设备布置，所有的遮断保护全部依靠电气系统与AST电磁阀实现，其AST电磁阀采取单冗余保护设置，安全性上没有常规系统的双冗余设置可靠。

【参考文献】

[1]陈忠，杨自强，李亚军.北重330MW汽轮机“机械危急遮断系统”改造探讨，中国科协2004年学术会电力分会场暨中国电机工程学会2003年学术年会论文集.

[2]郭继玉.330MW机组危急遮断装置存在的问题分析及对策.科技专论，2011.33（4）：49-51.

[3]北重-阿尔斯通汽轮机说明书.endprint