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汽輪機故障預報警

我們知道, 在汽輪機運行時, 如果出現威脅汽輪機設備安全的故障時, 汽輪機保護系統必須立即自動脫扣停機, 以保護汽輪機的安全。 有條件時, 在達到停機故障前應設有預報警, 以聲光的形式提示, 給運行人員留有挽回和處理的餘地。

故障“預報警”:

1.脫扣信號的“預報警”

西屋機型在設計時就留有脫扣信號“預報警”的功能。

(1)汽輪機超速保護;超速110-112%額定轉速時脫扣;超速103%時具有超速保護控制的OPC動作預警。

(2)汽輪機的排汽壓力過高(或凝汽器真空過低)保護:排汽壓力達到20.3Kpa(a)時脫扣;16.9Kpa(a)時預報警。

(3)供軸承的潤滑油壓力過低保護:潤滑油壓力低於0.034-0.048Mpa時脫扣;0.048-0.062Mpa時預報警。

(4)汽輪機推力瓦磨損, 產生轉子軸向位移的保護:轉子軸向位移超過±1.0mm時脫扣;±0.9mm時預報警。

(5)執行器動力油壓過低的保護:正常運行時的動力油壓為13~14Mpa, 當油壓降低到9.5Mpa時脫扣;10.3Mpa時預報警。

2.超速保護的預警—OPC超速保護控制:

帶有一定負荷的機組從電網上解列是最容易引起汽機超速的一種工況, OPC超速保護控制正是利用出現這種工況的前饋信號, 提前關閉進汽調節閥, 避免出現過大超速的一種有效的處理方法。 OPC超速保護控制的最終目標是將汽機的超速控制在103%的預警水準下。 OPC超速保護控制的描述詳見第一章第十二節的“抑制汽輪機甩負荷時動態超速的措施”。

3.低壓缸排汽溫度過高的預警:

低壓缸排汽溫度達到121℃時, 告示運行人員要求機組脫扣。 在達到80℃時預報警。 當運行人員得到預報警資訊後, 可以採用改善凝汽器真空, 調整再熱蒸汽溫度, 提高汽機負荷, 投入後汽缸噴水等措施, 使低壓缸排汽溫度升高趨勢得到抑制, 使故障得到緩解。 低壓缸排汽溫度升高與排汽壓力或凝汽器真空有關, 汽輪機啟動或小流量時因蒸汽的回流以及葉片的鼓風更容易發生。 西屋型機組在設計時就設有“後缸自動噴水”裝置, 在機組啟動時轉速達到2600轉/分就開始對後缸自動噴水, 直至15%負荷才停止。 在採取相應的措施後, 低壓缸排汽溫度仍然繼續升高時, 才以手動方式脫扣停機。 “後缸自動噴水”閥是一個氣控閥,

採用氣開式結構, 閥門開度根據噴水閥閥後壓力由壓力控制器自動調節。 當被控電磁閥在汽機轉速達到2600轉/分時通電激磁, 打開噴水閥, 向後缸噴水, 直至汽機帶15%負荷, 被控電磁閥失電, 停止噴水為止。 2600轉/分汽機轉速接點來自TSI監測儀錶, 15%負荷信號由中低壓連通管壓力開關檢測。

4.軸承金屬溫度或軸承回油溫度過高的預報警:

徑向軸承金屬溫度達到113℃時脫扣;107℃預報警。 推力軸承金屬溫度達到107℃時脫扣;99℃預報警。 軸承回油溫度由於不一定能正確反映真正的軸承工作狀況, 通常不作為脫扣的依據。 早期產品曾採用油杯式雙金屬溫度計, 都以75℃脫扣;65℃預報警作為調整整定值。 當運行人員得到軸承溫度預報警資訊後, 可以採用提高潤滑油壓;開啟冷油器,

加大冷卻效果, 降低潤滑油溫;減小汽機負荷;啟動時可增加暖機時間, 減小轉子變形等措施使其緩解。 仍然無效時, 才用手動方式脫扣停機

5.軸承振動過大的預報警:

軸承振動過大反映汽輪機軸系工作不正常。 出現轉子不平衡, 變形彎曲, 撓度過大等異常都可由軸承振動超限表現出來。

國際電子電機委員會在“IEC-45修訂標準”中提出汽輪機振動合格標準(雙振幅)(μm)如下表:

表1 汽輪機振動合格標準

測點

轉速(r/min)

100

1500

1800

3000

3600

6000

7200

軸承振動

75

50

40

25

21

12

6

轉軸振動

150

100

80

50

42

25

12

國際標準組織(ISO)1986年制定的《回轉機械轉軸振動測量及其評價》(ISO7919/1-1986)對轉軸單振幅振動的規定見下表:

表2 轉軸單振幅振動

轉軸單振幅

振動(μm)

轉速(r/min)

1000

1500

1800

3000

3600

良好

76

62

57

44

40

報警

142

116

106

82

75

停機

209

170

156

121

110

根據這兩個標準, 並依照西屋,

西門子機組的要求, 對轉速為3000轉/分的機組對軸相對于軸瓦的振動, 通常規定小於0.076mm屬正常範圍, 超過0.127mm預報警;達到0.254mm要求脫扣停機;對於軸瓦的振動, 小於0.025 mm屬合格, 超過0.05mm應該引起注意, 加強監督。 當運行人員得到這些預報警資訊後, 可以採用改變汽機運行狀態, 改變汽機轉速或負荷;也可根據DEH測出的振動變化趨勢, 判斷是否有惡化的可能。 在振動值以及振動增加趨勢值都超過規定值時, 用手動脫扣停機。

6.汽缸與轉子脹差超限的預報警:

根據汽輪機本體的具體結構, 轉子和汽缸的膨脹始點的位置來確定汽缸與轉子的脹差極限值。 超限通常發生在汽機啟停以及負荷突變的過程。 當汽機進入正常運行後, 膨脹差將處在一個穩定的數值。 在膨脹差超限時,表明汽缸,轉子兩者加熱或冷卻不一致。在出現膨脹差預報警時,應及時採取加強汽缸或轉子不足部位的加熱或冷卻,使其緩解。

7.上下缸溫差過大的預報警:

過大的上下缸溫差通常發生在疏水不暢,下缸出現積水的情況下,此時極易造成汽缸拱背,影響汽機正常運行。上下缸溫差的極限值決定汽缸的結構,對西屋機型一般在達到或超過56℃差值時應考慮汽機脫扣;41℃時預報警。當運行人員得到預報警資訊後,可以及時打開疏水閥,排除下缸積水,提高下缸溫度,減小上下缸溫差,來緩解這種異常狀況。也可以在DEH控制器中設置“進水檢測”邏輯,達到在預報警時用連鎖保護回路自動打開疏水閥。

8.高壓缸排汽溫度過高的預報警:

高壓缸排汽溫度過高一般發生在機組啟動或脫扣停機過程,高壓缸流量過小,甚至出現悶缸的情況下。一般規定高壓缸排汽溫度達到428℃時要求脫扣停機,以保護高壓缸末級葉片;達到或超過404℃時預報警。當運行人員得到預報警資訊後,應採取避免高壓缸悶缸的措施,加大高壓缸流量,或用開啟高排通風閥,降低高壓缸蒸汽密度來解決。也可以設計一些連鎖保護回路,對高排通風閥和高排逆止閥的自動啟閉處理。過小的高壓缸流量是高壓缸排汽溫度升高的主要原因,調節級後壓力與高壓缸排汽壓力的比值可作為高壓缸排汽溫度升高的預示。在壓比低於1.7時應採取脫扣的處理方式。

9.執行器動力油壓過低的預報警:

執行器動力油壓低於10.3Mpa時預報警。在尚未到達預報警數值時,動力油壓降低到11Mpa可以提前自動連鎖啟動備用的動力油泵,緩解潤滑油壓力的進一步降低。考慮到執行器動作次數過多,會引起動力油壓瞬間降低的情況,動力油壓過低的脫扣可延時執行。

10.潤滑油壓力過低的預報警:

潤滑油壓力低於0.048-0.062Mpa時預報警。在尚未到達預報警數值時,例如在潤滑油壓力達到0.069-0.075Mpa可以提前自動連鎖啟動備用的交流或直流潤滑油泵,緩解潤滑油壓力的進一步降低。

在膨脹差超限時,表明汽缸,轉子兩者加熱或冷卻不一致。在出現膨脹差預報警時,應及時採取加強汽缸或轉子不足部位的加熱或冷卻,使其緩解。

7.上下缸溫差過大的預報警:

過大的上下缸溫差通常發生在疏水不暢,下缸出現積水的情況下,此時極易造成汽缸拱背,影響汽機正常運行。上下缸溫差的極限值決定汽缸的結構,對西屋機型一般在達到或超過56℃差值時應考慮汽機脫扣;41℃時預報警。當運行人員得到預報警資訊後,可以及時打開疏水閥,排除下缸積水,提高下缸溫度,減小上下缸溫差,來緩解這種異常狀況。也可以在DEH控制器中設置“進水檢測”邏輯,達到在預報警時用連鎖保護回路自動打開疏水閥。

8.高壓缸排汽溫度過高的預報警:

高壓缸排汽溫度過高一般發生在機組啟動或脫扣停機過程,高壓缸流量過小,甚至出現悶缸的情況下。一般規定高壓缸排汽溫度達到428℃時要求脫扣停機,以保護高壓缸末級葉片;達到或超過404℃時預報警。當運行人員得到預報警資訊後,應採取避免高壓缸悶缸的措施,加大高壓缸流量,或用開啟高排通風閥,降低高壓缸蒸汽密度來解決。也可以設計一些連鎖保護回路,對高排通風閥和高排逆止閥的自動啟閉處理。過小的高壓缸流量是高壓缸排汽溫度升高的主要原因,調節級後壓力與高壓缸排汽壓力的比值可作為高壓缸排汽溫度升高的預示。在壓比低於1.7時應採取脫扣的處理方式。

9.執行器動力油壓過低的預報警:

執行器動力油壓低於10.3Mpa時預報警。在尚未到達預報警數值時,動力油壓降低到11Mpa可以提前自動連鎖啟動備用的動力油泵,緩解潤滑油壓力的進一步降低。考慮到執行器動作次數過多,會引起動力油壓瞬間降低的情況,動力油壓過低的脫扣可延時執行。

10.潤滑油壓力過低的預報警:

潤滑油壓力低於0.048-0.062Mpa時預報警。在尚未到達預報警數值時,例如在潤滑油壓力達到0.069-0.075Mpa可以提前自動連鎖啟動備用的交流或直流潤滑油泵,緩解潤滑油壓力的進一步降低。

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