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1、热电技术 2 0 0 3年第 2期( 总第 7 8期) 2 5 MW 汽轮机组保护系统可靠性分析 赵 斌 ， 董 志敬 ( 1 河北理工 学院， 河北唐山 0 6 3 0 0 9 ， 2 开栾热电集团) 摘要根据“ 保护 系统必须 最大限度地 消 除可能 出现 的误 动作 和完全消除可 能 出现 的拒动 作 ” 的原 则， 从 解 决磁 力 断 路 油 门卡 滞保 护不 能复 归事故 出发 ， 结合 电厂 实际情 况， 分 析影响汽轮机保护系统可靠性的因素， 提 出了具体的改进措 施 并付诸 实施 。 关键词 汽轮机 热工保护 可靠性 1 前言 汽轮机保护 系统是 汽轮 机 的 个重要 组成部
2、 分 ， 它对汽轮机组的安全运行影响很大 ， 任何误动或 拒动都将导致严重后果。1 9 9 9 2 0 0 0年开滦发电厂 1 号机就曾发 生一起磁力断路油门卡滞保护不能复 归、 四起因保护误动 、 一 起因电磁 阀误动 、 二抽止 回 阀杆折断而超速的故障 ， 从所 发生 的故障和影响看 ， 虽然非计划停运 时间较短 ， 但已严 重威胁了机组的 安全运行。因此， 尽快消除保 护系统缺陷， 对原汽轮 机保护系统进 行部 分更新 、 改造和完善是十分必要 的 。 在对 1 9 9 9年以来影响 1 号机热工保护系统可靠 性的因素进行归纳分析的基础上 ， 按照汽轮机热工 保护改造要根据“ 保 护系
3、统必须最大限度地 消除可 能出现的误动作和完全消除可能 出现的拒动作” 的 原则 ， 结合公司实际情况 ， 提高每一路保护信号的检 测 、 保护 回路及执行机构的可靠性 ， 进而保证整个保 护系统的可靠 ， 达到消除保护缺 陷， 保证机组运行安 全 的目的。在上述原则的指导下 ， 提 出了改进方案 ， 经过反复论证 ， 从投资、 现场条件 、 可靠 性等多方面 综合考虑 ， 形成 了比较稳妥的设计 ， 并于 2 0 0 0年 8月 在 1 号机组大修期间实施。 2 汽轮机保 护 系统故障 回顾 开滦热电公 司 2台 2 5 M W 汽轮发电机组系长江 动力集团公司武汉汽轮发电机厂设计制造 ，
4、型号 为 C 2 5 -3 5 3 ， 汽轮机用油为 3 0号 防透平油 ， 控制 系统 - 3 4- 为全液压调节系统 ， 保 安系统操作箱 内装有磁力 断 路油门、 超速限制电磁 阀等保护机组安全 的关键 部 件。近两年来 ， 汽轮机保 护系统曾发生过几次较典 型的故障。 2 1 保护执行机构拒动 1 9 9 9年 1 2月 2 4 日 1 7时 0 5分 1 号 机 自动 主 汽 门、 调速汽门、 旋转隔板突然关 闭， 负荷降至零 ， 锅炉 安全门动作。事故前 1 、 2号机带抽汽并列运行 。事 故发生后检查保护继电器时 ， 电超速保 护 中间继 电 器 ( 6 Z J ) 动作 ( 3
5、 3 6 0 r ra i n ) ， 转 速 表记忆 最高 转 速达 3 5 2 6 r ra i n ， 经分析认 为是 1号机 二抽止 回阀没有全 关 ， 2号机抽汽倒流引起。事故后检查电磁滑 阀没有 复位。后经现场拆验清洗 电磁阀 ， 暂时消除了卡滞 ， 2 0时 4 5分 1号机并列 。在后 来小修抽汽 阀解体检 查 中发现 阀杆断裂 ， 执行 机构拒 动， 止 回阀没有 全 关 。 2 2 磁 力 断路油 门卡 滞 2 0 0 0年 2月 5日 1 7时 1 6分 因磁力断路油 门误 动停机 ， 只是 因为采取了预防超 速的临时措施( 故障 后快速关闭抽汽齿 轮阀门， 再手拉油开关
6、 与系统解 列) ， 机组才没有再次超速。事故后检查热工 、 电气 保护继电器没有动作 ， 磁力断路油门没有复位 ， 判 断 与上次事故原 因相 同。由于有上 次的经验 ， 本次事 故处理顺利 ， 1 9时 3 3 分机组并列。 经分析磁力断路油门卡滞 的原 因认为是由于电 磁阀机械和液压部分引起的。 2 3 保 护继 电器误 动 2 0 0 0年 2月 2 0日8时 5 0分 1号机因低 油压保 护动作 ( 8 Z J 继电器接点闭合 ) 而停机。停机后 进行 了低油压保护传动试验动作正 常， 于 1 0时 5 5分并 列 ； 1 4时 2 2 分电动油泵 自启 动( 1 2 z J接点 闭
7、合) ， 为 保证机组安全运行 ， 把低油压保 护退 出。经分析此 次停机事故原因是压力控制器性能差 ， 抗振能力弱 ， 因振动引起误动造成 的停机。 2 0 0 0年 3月 1 2日 1 6时 4 2分 1号机停 机 ， 停机 后未见异常 ， 于 1 7时 5 3分并列。 事后分析有可能是 维普资讯 http:/ 赵 斌等 ： 2 5 MW 汽轮机组保护 系统可靠性分析 停机继电器 3 5 误动引起。但因 3 5 不带 自保持 ， 深层次原因有待进一步分析。 2 0 0 0年 3月 1 7日 1 2时 0 8分 1 号机停机 ， 停机 后也未见异常 ， 于 1 2时 3 9分并列。本次事故后
8、加装 了 3 6 用 以监视 3 5 动作 ， 加装 了 3 Z J自锁装置以 监视发电机主保护动作。 2 0 0 0年 4月 3 7日 1 号机小修 ， 进行了热工保 护系统传动 ， 并更换了磁力断路油门。 2 0 0 0年 5月 6日2 0时 3 1分 1 号机 因轴 向位移 保护动作 ( 9 继电器接点闭合) 而停机 。2 1 时 o 3分 并列。这次停机也是热工保护误动 引起 的。分析动 作原因认为是保护装置元件抗干扰能力差 ， 受外界 干扰 ( 振 动、 电压波动等) 误动等原因。 以上六次事 故具体情节虽不尽相 同， 但不外乎 保护执行机构拒动、 电磁 阀卡滞 、 热工保护继电器误
9、 动 等 原 因。 3 影 响保护 系统可靠性 的因素分 析 3 1 磁 力断路 油 门电磁 阀卡 滞 3 1 1 电磁阀的机械部分 在 1 9 9 9年 1 0月的小修启动试验 中， 曾发生磁力 断路油门电磁阀卡滞 现象。即热工保 护动作 后， 按 动保护复归按钮 ， 自动主汽门、 调速 汽门打不开 ， 滑 阀不能复位。后经拆验清洗滑 阀后 ， 按标准进行组 装 ， 电磁 阀动作正常。1 2月 2 4日事故后 ， 又出现 同 样情况 。分析是弹簧失效、 预紧力不足 ， 弹簧端面不 平整及组装电磁阀时各螺栓 紧力不均匀造成 的动静 间隙不均等机械原 因引起的滑阀卡滞 。 3 1 2电磁阀的液压
10、部分 1 9 9 9年大修后没有进行可靠的油循 环， 就进行 电磁 阀传 动试验 ， 造成 油中机械颗粒 杂质进入滑阀 与套筒( 壳体) 的间隙内， 引起滑阀卡滞 。 3 2设 计考 虑不 周 公司汽轮机热 工保护在系统设计 、 保护信号 的 选用 、 检测仪表 的安装位置及保 护用继 电器 等方面 均不同程度地存在一些问题 ， 影响了系统的可靠性。 原热工保护系统设计 中， 润滑油压过低保 护仅 由一个压力控制器采用“ 一取一” 方式 ， 且动作 于停 机 ， 可靠性差。 真空过低保 护采用 二次表接点带保 护的方式， 也动作于停机 ， 可靠性差。 1 号机的润滑油压检测 信号各 压力控制器
11、均安 装在振动较大的地点 ， 易发生误动作。 3 3产 品质 量 不 良 保护用 的 4 5个 中间继 电器 ， 所有 接点外露 ， 易 受灰尘污染 ， 出现拒动。接点 间隙较 小 ， 有振动 时， 可能出现误动 。导线与继电器直接焊接 ， 继 电器无 法拆下校验 ， 是整个保护系统最大的缺陷之一 。 4 提高保护 系统可 靠性的改进措施 针 对 以上 问 题 ， 公 司组 织 了几 次 研 究 论 证 一 致 认为， 完善和提高保护系统的可靠性、 稳定性是实现 机组安全稳定运行 的保 障。提 出了充分利用现有设 备淘汰所有不可靠继电器 ， 进行检测信号及继 电器 可靠性 改 造 。 4 1
12、提高磁力断路油门电磁阀动作的可靠性 4 1 1 加强 油 系统管 理和 监督 要定期化验油质 ， 进行油液磨屑颗粒度检测 ， 同 时加强油液进货渠道管理 ， 补油时要采 用专用滤油 机 。大修期间必须对油系统进行彻底 清洁 ， 清除油 泥和其他沉积物 ， 机组启动前应首先 进行大流量油 循环 ， 直到油质合格后再进行热工试验 。运行 中应 坚持每二值滤油制度， 滤 出油中水分和杂质 ； 保证油 系统排油烟机和滤油器工作 正常， 加强运行 中汽封 压力的调整 ， 减少轴封漏汽。 4 1 2 提高装配质量 在检修过程 中， 每名检修人员应 当充分了解 电 磁阀的结构、 性能和特点 ， 根据 不同的
13、情况 和要 求 ， 采取切实可行 的检修措施 ( 如组装前 应将保安操纵 箱外板及油孔清理干净 ； 做好滑 阀和壳 体间 的间 隙 测量 ； 未装人弹簧时 ， 芯杆及电磁滑 阀应动作灵活无 卡滞 ； 做好弹簧的 自由长度测量 ； 组装 时应确保螺栓 紧力均匀 ， 防止壳体变形 ) 以达到设备能 够安全 、 长 久使用的 目的。 4 1 3 定期进行热工保护的检查试验 热工人 员对保 护联锁 系统 的检修 维护 要规 范 化 ， 项 目、 周期 都要 明确， 定 期对 系统 进行检 修、 测 试、 传动和清理 。应 明确汽机 大小修和 日常定 期维 护试验项 目。在机组冷态启 动前 ， 必须进
14、行保护联 锁试验 ， 试验应在现场模拟工作条件进行传动 ， 严禁 在盘后端子排处进行模拟试验 ； 机组 运行 中也应定 期活动电磁阀 ， 避免卡涩。经验表明 ： 认真做好热工 保护联锁试验是防止电磁阀误动拒动的必要手段。 4 1 4 选用制造精良的器件 一 3 5 维普资讯 http:/ 热 电技 术 2 0 0 3年 第 2 期 ( 总第 7 8 期 ) 选择质量保证体系健全 的厂家生产的合格的器 件 ， 对壳体 、 滑 阀、 弹簧等零部件进行拆 验、 测量 ， 制 造公差应符合技术要求 。 4 2 进 行热 工保 护 系统 的优化 改造 对原热工保护从检 测信号的选用及安装 位置、 保护回
15、路、 保护电源等方面进行改造。 4 2 1 改进设计 润滑油压低于 0 0 1 9 6 MP a停机信 号按照“ 三取 二” 的优选 回路 ， 将低 于 0 0 5 4 MP a起动 电动油泵和 低于 0 0 3 9 2 M P a 起动汽动油泵 的两个信号各取出一 个接点， 接成逻辑 “ 或 ” 功能再 和低于 0 0 1 9 6 MP a主 信号接成逻辑“ 与 ” ， 这样 只有 当油压真 正低 于保 护 定值时才能引起 保护动作 ， 而使 润滑油 压过低 保护 更加可靠 。 原真空保护选用 的是二次表 的接点 ， 现在改为 电接点真空表及真空控制器两接点逻辑“ 与” 作为停 机信号。 将
16、推力轴承 回油温度达 7 5 引人停机信号。 将 电气主保 护跳 闸继 电器增 加记忆功能 ， 使所 有停机信号均能记忆， 完善了记忆系统。 增 添 了 3 6 z J继 电 器 用 以 监 视 主 停 机 继 电 器 3 5 z J ， 使主停机继电器亦具有记忆功能 ， 便于查 找故 障原 因 。 将交流 2 4 V电源供 电的继电器改为有备用 电源 箱的直流 2 4 V电源供 电， 大大提高 了汽轮机保 护系 统的可靠性。 重新 布 置继 电器 盘 面 ， 新 的盘 面对 继 电 器 开 关 及端子排进行 了合理安 排， 原保 护用继 电器均在 1 号控制盘左右两侧 ， 选用新 继电器后
17、只新装 一块继 电器盘。另外各控制盘开关 、 按钮等采用直接接线， 也起到了提高系统可靠性的作用。 4 2 2继 电器选 型 继电器在保护系统动作信号与执行机构之间起 着联接和传送作用 ， 在整个热工保护系统 中是至关 重要的。没有动作信号 ， 保护动作就是误动 ； 有了动 作信号 ， 保护不动就是拒动 ， 因此必须选用质量性能 完全可靠的继电器， 它直接影 响到整个 系统 的可靠 性。原保护用继 电器没有防尘罩 ， 接点间距较小 ， 各 接线直接 焊接 ， 使继 电器无法 拆下校 核 ， 且 接线 杂 乱 ， 检查 线路 十分 困难 ， 是 整个保 护系统 最大 的缺 陷， 也是此 次热工保
18、 护改造的重要 内容 。这次我们 选用的 D Z一3 0系列 中间继 电器 ， 后接线牢 固可靠 ， 一 36一 查验检修十分便利 ， 接插式继电器安装方便 ， 接触优 良， 防尘罩透明严密 ， 经校核动 作可靠 ， 接点距离合 适 ， 各方面均符合热工保护的要求 ， 为整个保护系统 的可靠 打下了良好的基础 。 4 2 3 施 工 在 选定 继 电器 的基 础 上 ， 进 行 了新 盘 二 次 线 的 配接 ， 为 了减少故障点 ， 将原电缆直接改上新盘接线 端子， 尽量减少了中间环节。另外 ， 对检测信号仪表 的安装位置进行了改动： 将 润滑油压等 四个控制器 ， 从振动较大的安装地点，
19、移到了合适的位置 ， 以保证 信号的可靠 ， 避免振动引起 的误差 。在 润滑 油压过 低保护的测量回路中， 安装 了报警用 电接点压力表 ， 使报警与保护达到一致。消除 了原报警 与保护两路 测量 引起 的误 差 。 4 3 提高热工保护系统可靠性的管理措施 总结 以前故障停机的教训 ， 深知加 强保 护系统 可靠性管理 ， 同样是机组安全运行的重要方面 ， 为此 制订了六项安全技术措施 ： 开展预 防重大事故 的假 事故演习； 加强油质监督和滤油制度 ； 消除二抽液压 止 回阀和电磁 阀的卡涩 ； 执行启 动前 的联锁保 护试 验制度 ； 防止机组超速的措施 ； 坚持继 电器的定期测 试和
20、除尘防潮工作。 5 结束语 电磁阀作为汽轮机保护系统 的关键执行部 件， 其性能的优劣及稳定可靠性直接影响机组 的安全运 行 ， 加强对 电磁阀的加工制造、 装配工艺和定期传动 及优化油质的管理 ， 可有效地避免 电磁 阀的误动和 拒 动 。 加强保护回路现场运行维 护 ， 高质 量完成继 电 器的校验工作 ， 杜绝校验超周期 、 简化项 目、 坚持热 工保护 2 4 h消缺制度 ， 同时应尽可能地创造 培训条 件 ， 提高热工人员解决实际 问题的能力， 准确及时地 查 、 消 、 排故障 ， 保证汽轮机热工保 护系统 的安全可 靠运行 。 改进后 的 1 号机热工保护系统的运行至今状态 良好 ， 取得了 比较满意的结果 ， 实现 了改造 目标 ， 是 一 次成 功 的改造 。2 0 0 1 年 4月 在 1 号 机 改 造 的基础 上将 2号机也改造完毕 ， 使汽 轮机保 护系统在 生产 中发挥了重要作用。 维普资讯 http:/