第1節(jié)  汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)基本概念

1、熱工保護(hù)的概念及作用

隨著汽輪機(jī)組容量的不斷增大，蒸汽參數(shù)越來越高，熱力系統(tǒng)越來越復(fù)雜。為了提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，汽輪機(jī)的級間間隙、袖封間隙都選擇得比較小。因汽輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度很高，心機(jī)組啟動、運(yùn)行或停機(jī)過程中，如果沒有按規(guī)定的要求操作控制，則很容易使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動部件和靜止部件相互摩躍引起葉片損壞、大軸彎曲、報(bào)力瓦燒毀等嚴(yán)重事故．為了保證機(jī)組安全啟停和正常運(yùn)行需對汽輪機(jī)組曲軸向位移、熱膨脹、差脹、轉(zhuǎn)速、振動、主軸偏心度等機(jī)械參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視并對軸承溫度、油壓、真空、高加水位等熱工參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和異常保護(hù)．當(dāng)被監(jiān)視的參數(shù)在超過規(guī)定值(報(bào)警值)通過聲、光等報(bào)警信息提醒值班運(yùn)行人員，及時向值班運(yùn)行人員提供這些熱工參數(shù)變化的信息。在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和聯(lián)動控制系統(tǒng)等自動處理熱工參數(shù)的異常時，運(yùn)行值班人員還可以采取其他必要措施。只有當(dāng)所有上述處理措施均失效，同時異常情況不斷發(fā)展甚至可能危及機(jī)組設(shè)備的安全時，自動保護(hù)系統(tǒng)的跳閘回路才使用最后的極端措施——保護(hù)裝置動低關(guān)閉主汽門，實(shí)行緊急停機(jī)，確保機(jī)組設(shè)備及人身的安全。保護(hù)、連鎖、程序控制的邏輯框圖符號及意義見下表：

2、熱工保護(hù)的特點(diǎn)

（1）熱工保護(hù)是保證設(shè)備及人身安全的最高手段

一個熱工保護(hù)系統(tǒng)大致可分成兩級：事故處理回路及跳閘回路。事故處理回路是以維持機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行不中斷為目的；跳閘回路則以保護(hù)設(shè)備及人身的安全為目的。

（2）熱工保護(hù)的操作指令擁有最高優(yōu)先級

即在任何情況下，不允許人為干擾它的工作，更不允許在機(jī)組運(yùn)行過程中切除或退出熱工保護(hù)系統(tǒng)。

（3）熱工保護(hù)系統(tǒng)必須與其他自動控制配合使用

在保護(hù)動作過程中，直接由專門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去獨(dú)立完成(例如：汽輪機(jī)超速或低真空引起跳閘停機(jī))。一般在跳閘后還需通過聯(lián)動控制去完成一系列操作。

（4）熱工保護(hù)檢測信息的可靠性高

由于保護(hù)系統(tǒng)最終是通過終止機(jī)組的運(yùn)行來保證設(shè)備及人身安全的，因此，對保護(hù)系統(tǒng)檢測信息的可靠性要求極高。一般必須是獨(dú)立的檢測系統(tǒng)，如果檢測信息不準(zhǔn)確，就會引發(fā)保護(hù)誤動或拒動，給設(shè)備或人身帶來嚴(yán)重安全隱患。

（5）熱工保護(hù)具有監(jiān)測和試驗(yàn)手段

熱工保護(hù)系統(tǒng)在機(jī)組正常運(yùn)行時長期處于待機(jī)狀態(tài)，一旦發(fā)生異常情況，要求它能立即動作，為此，熱工保護(hù)系統(tǒng)必須具有監(jiān)測和試驗(yàn)手段。

（6）熱工保護(hù)具有專門的記錄系統(tǒng)

當(dāng)熱工保護(hù)系統(tǒng)動作后，為盡快 排除故障，要求迅速、準(zhǔn)確地掌握機(jī)組跳閘的原因。因此，熱工保護(hù)系統(tǒng)中配備有專門的記錄儀，用以記錄跳閘回路中首先出現(xiàn)的跳閘條件及該條件出現(xiàn)的時間。

第2節(jié) 汽輪機(jī)保護(hù)原理和邏輯

1、熱工保護(hù)裝置的作用

熱工保護(hù)裝置的作用是：當(dāng)熱工參數(shù)達(dá)到極限時，一方面通過聲、光等報(bào)警信號提醒運(yùn)行人員；另一方面在確認(rèn)事故的情況下自動采取緊急停機(jī)、停爐或相應(yīng)的減負(fù)荷等措施，以確保機(jī)組及人身安全。

2、汽輪機(jī)設(shè)置的保護(hù)項(xiàng)目

汽輪機(jī)的自動保護(hù)項(xiàng)目主要包括超速、凝汽器真空低、軸承油壓過低和軸向位移過大等。

3、熱工保護(hù)系統(tǒng)舉例

（1）汽輪機(jī)的超速保護(hù)

汽輪機(jī)正常運(yùn)行時轉(zhuǎn)速為3000r／min,，在正常運(yùn)行時，由于受到電網(wǎng)頻率及負(fù)荷的影響，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速波動較小。但在突然發(fā)生機(jī)組甩負(fù)荷等事故時，如果調(diào)速系統(tǒng)的動作失效，關(guān)閉較慢或不嚴(yán)，則汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速會迅速上升，造成汽輪機(jī)超速。這時，往往會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉片脫落擊穿汽缸等事故，甚至掙脫汽缸蓋造成整機(jī)解體，即通常所說的“飛車”事故。由此可知，汽輪機(jī)超速事故輕則會損壞設(shè)備，重則將傷及人身或其他設(shè)備，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。為此，就汽輪機(jī)保護(hù)而言，首先必經(jīng)考慮的就是防止汽輪機(jī)的超速。為了防止汽輪機(jī)超速，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高到異常值時，應(yīng)立即切斷進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽。傳統(tǒng)的液動調(diào)速系統(tǒng)中有多重防止超速的措施，其中，最主要的是危急保安器。但由于機(jī)械部分有可能失靈；因此，還設(shè)置了后備的保護(hù)措施。汽輪機(jī)的主汽門是利用調(diào)速系統(tǒng)中的高壓油動機(jī)開啟使蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的，控制主汽門的油是由主油泵出口經(jīng)節(jié)流孔板提供，控制主汽門的油路被稱為安全油系統(tǒng)。危急保安器的錯油門開啟時，可以泄去安全油路的油壓，使主汽門迅速關(guān)閉。

當(dāng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速升高時，裝在汽輪機(jī)軸內(nèi)的離心飛錘2的離心力克服彈簧3的壓力甩出軸外。凸出軸外的飛錘端部通過杠桿4使危急保安器的滑閥5開啟，泄去安全油路的油壓。汽輪機(jī)的主汽門由油動機(jī)6控制，執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞下部的油壓建立時，活塞克服彈簧的壓力使主汽門打開。一旦油壓泄去，活塞受彈簧的壓力使主汽門立即關(guān)閉。在安全油路中還設(shè)有由其他保護(hù)條件控制的泄油門。在圖中的7是由電磁鐵控制的泄油閥(電磁滑閥)，供電信息控制汽輪機(jī)跳閘用，此電磁鐵通常被稱為汽輪機(jī)電磁跳閘線圈。

危急保安器離心飛錘的動作可以用彈簧進(jìn)行整定。為保險(xiǎn)起見，一般汽輪機(jī)有兩個離心飛錘，分別整定為兩個動作值：汽輪機(jī)正常轉(zhuǎn)速的110％和111％，即轉(zhuǎn)速為3300r／min和，3330r／min。

為切實(shí)防止汽輪機(jī)超速事故的發(fā)生，除了危急保安器之外，在液壓調(diào)速系統(tǒng)中還設(shè)有超速后備保護(hù)滑閥，此滑閥通常放在調(diào)速器的滑閥上。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速過大時，調(diào)速器滑閥行程增大，帶動超速后備保護(hù)滑閥，將安全油壓泄去。一般超速后備保護(hù)滑閥的動作值為正常轉(zhuǎn)速的112％～114％，對應(yīng)3360～3420r／min 。

（2）凝汽器真空低保護(hù)

為了使汽輪機(jī)的運(yùn)行有較好的經(jīng)濟(jì)儀并能及時發(fā)現(xiàn)和消除凝汽設(shè)備遠(yuǎn)行中的故障應(yīng)對凝汽器的真空進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)汽輪機(jī)凝汽器的真空降低時，必須相應(yīng)降低汽輪機(jī)的負(fù)荷，否則將改變轉(zhuǎn)子及葉片的受力情況及機(jī)組中心，引起汽輪機(jī)的振動增大，軸向位移增大。為此，汽輪機(jī)應(yīng)設(shè)置凝汽器真空低保護(hù)。當(dāng)凝汽器真空低至規(guī)定值(一般為67～73kPa或500～550mmHg)時，送出汽輪機(jī)跳閘信息，使汽輪機(jī)停止運(yùn)行。凝汽器真空低保護(hù)的信息使用開關(guān)量變送器檢測。當(dāng)汽輪機(jī)啟動過程中凝汽器的真空低于規(guī)定值，且凝汽器低真空保護(hù)的跳閘信息存在，則汽輪機(jī)不能啟動。因此，可以采用在檢測信息中加入閉鎖條件的方法，使用兩個同樣規(guī)格，并且有可調(diào)差值的壓力開關(guān)同時測量凝汽器的真空值，將兩個壓力開關(guān)的輸出觸點(diǎn)串聯(lián)起來作為凝汽器真空低的跳閘信息。兩壓力開關(guān)的整定值為：主壓力開關(guān)的觸點(diǎn)整定在真空值低到72kPa(540mmHg)(假設(shè)的跳閘值)以下時觸點(diǎn)接通閉合。閉鎖用壓力開關(guān)的觸點(diǎn)整定在真空值升到93kPa(700mmHg)以上時觸點(diǎn)閉合接通，當(dāng)真空降到67kPa(500rnmHg)以下時觸點(diǎn)斷開。由此，在汽輪機(jī)啟動過程中，當(dāng)真空低于93kPa時，閉鎖用壓力開關(guān)的觸點(diǎn)斷開，無跳閘信息。當(dāng)真空值升到93kPa以上再降到72kPa時，發(fā)出跳閘信息，同時，當(dāng)真空值降到67kPa以下時，跳閘信息被切除。

(3)軸承潤滑油壓低保護(hù)

汽輪機(jī)的軸頸是靠油膜與軸承接觸的。若潤滑油壓過低，將破壞油膜致使軸頸與軸承直接接觸。軸頸與軸承間的高速摩擦所產(chǎn)生的大量熱量將使回油油溫迅速上升，嚴(yán)重時將使軸瓦燒壞，轉(zhuǎn)子下沉或汽缸內(nèi)部動、靜部分發(fā)生碰撞。為此，應(yīng)設(shè)置軸承潤滑油壓低保護(hù)。

在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，若潤滑油壓降至低I值(即O.07MPa)時，聯(lián)動控制系統(tǒng)將自動啟動交流潤滑油泵(或潤滑油泵的交流電機(jī))；當(dāng)潤滑油壓下降至低Ⅱ值(即0.031MPa)時，聯(lián)動控制系統(tǒng)將自動啟動直流潤滑油泵(或潤滑油泵的直流電機(jī))；當(dāng)潤滑油壓降至低Ⅲ值(即0.02MPa)時，發(fā)出汽輪機(jī)跳閘信息，使汽輪機(jī)緊急停機(jī)；當(dāng)潤滑油壓降至低Ⅳ值時，則必須停止盤車。

(4)軸向位移過大保護(hù)

軸向位移保護(hù)的作用是：防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子推力軸承磨損造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子部分相碰撞。制造廠規(guī)定軸向位移應(yīng)小于±1.2mm，所謂“+”、“-”是指：軸向位移向推力瓦工作面(即發(fā)電機(jī)方向)為“+”，軸向位移向非推力瓦工作面(即汽輪機(jī)機(jī)頭方向)為“-”。冷態(tài)時，將轉(zhuǎn)子向推力瓦工作面推足，此時定軸向位移表為零。

軸向位移檢測裝置安裝在盡量靠近推力軸承處，用以排除轉(zhuǎn)子膨脹的影響。

油壓式軸向位移檢測裝置是一種軸向位移檢測裝置。

在汽輪機(jī)軸上有一凸緣，在凸緣兩側(cè)各裝有一只油噴嘴，由汽輪機(jī)的油系統(tǒng)節(jié)流孔板向油噴嘴供油。當(dāng)油噴嘴與凸緣平面的距離變化時，油噴嘴出口前的油壓，即節(jié)流孔板后的油壓亦發(fā)生變化。二者距離越小，則油噴嘴出口前油壓越高。所以，當(dāng)油噴嘴位置固定，且汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生軸向位移時，油噴嘴出口前的油壓變化就對應(yīng)了軸向位移的大小。因此，只要知道油噴嘴和凸緣平面距離與油噴嘴出口前油壓的對應(yīng)關(guān)系，即可利用裝在該段油管道上的壓力表及壓力開關(guān)檢測軸向位移值和提供保護(hù)用的開關(guān)量信息。一般在汽輪機(jī)上安裝了兩套完全相同的油嘴，分別設(shè)置在汽輪機(jī)軸上凸緣的兩側(cè)。

第3節(jié)ETS系統(tǒng)常見故障及處理

ETS系統(tǒng)及設(shè)備的一些較普遍的故障的原因分析及處理方法列表如下：

序號	故障現(xiàn)象	故障原因	故障處理
1	參數(shù)未到達(dá)設(shè)定值ETS動作	可能是外圍測量設(shè)備動作不準(zhǔn)確或線路出現(xiàn)短路或斷路情況	檢查外圍測量設(shè)備和線路
2	參數(shù)到達(dá)設(shè)定值ETS未動作	線路斷路或繼電器不能動作問題	檢查線路，繼電器有問題更換繼電器
3	參數(shù)以到達(dá)設(shè)定值并已送至ETS輸入端，ETS未動作	EST輸入模件已壞	更換輸入模件