來源：汽機專業
一、汽輪機超速的主要原因:
汽輪機超速是由于汽輪機在調速和保護系統故障及本身的缺陷造成的,同時也與運作操作維護有直接的關系。
1．調速系統的缺陷:
汽輪機調速系統的任務,不但要保證汽輪機的正常運作,而且還保證在汽輪機甩負荷以後轉速升高不超過規定的允許值,是以調速系統是防止汽輪機超速的基本保證。如果在汽輪機甩掉負荷以後不能保持空載運作,就可能引起超速。汽輪機超速的原因有以下幾個方面：
(1)調速汽門不能關閉或漏汽量大
(2)抽汽逆止門不嚴或拒絕動作
(3)調速系統遲緩率過大或調節部件卡澀
(4)運作方式不合理或調整不當
(5)調速系統不等率過大
(6)調速系統動态特性不佳
(7)調速系統整定不當,如同步器調整範圍、配汽機構膨脹間隙不符合要求等。
2．汽輪機超速保護系統的故障:
(1) 危急保安器不動作或動作轉速過高
危急保安器的動作轉速一般規定在高于額定轉速的10 - 12% ,這是保護汽輪機使其轉速不緻過分升高的主要保護裝置,另外不同的機組還設有規定動作轉速稍高于危急保安器的附加保護或電超速裝置。汽輪機轉速升高時,危急保安器不動作或動作過緩的原因主要有:
①重錘或飛環導杆卡澀
②重錘或飛環動靜部件不同心,在運作時憋勁
③彈簧受力時産生過大的徑向變形,以緻與孔壁産生磨擦
④接吻扣或打擊闆間隙過大,撞擊子飛出後不能使危急保安器滑閥動作
(2)危急保安器滑閥卡澀,無法動作
(3)自動主汽門和調速汽門卡澀。
3．運作中操作調整方面的問題:
(1)油質管理不善,劣質油或标号不同且未化驗的油加入主油箱運作；檢修品質不良,軸封間隙調整未在标準範疇内；運作中軸封壓力調得過大,漏汽到油檔,造成油中進水,引起調速和保護部件卡澀；
(2)運作中同步器手動或電動時,加、減負荷超過規定調整範圍,不但會造成機組甩負荷後轉速飛升高,而且還會使調節部套失去脈動,進而造成卡澀,引起超速事故；
(3)運作中蒸汽品質不良,化學監測未執行部頒标準,長期運作會造成主汽門和調速汽門卡澀；
(4)做超速試驗時,升速未執行标準,操作不當,造成轉速飛升過快。
二、超速保護的軟、硬體設定
汽輪機數字電液控制系統的超速保護是涉及到汽輪機安全的重要部分, DEH 的超速保護功能分别由軟體和硬體保護回路共同實作。
1. 軟體設定
通過DEH 軟體超速保護邏輯圖看出, 超速保護OSP信号在以下四種情況下發生:
( 1) 103%超速; ( 2) 110%超速; ( 3) 轉速加速度超限; ( 4) 發電機主開關斷開時負荷大于15%。
ＤＥＨ軟體超速保護邏輯框圖
超速保護(OSP) 動作使高壓遮斷子產品的兩個超速電磁閥帶電, 使超速油壓快速卸去,關閉四個高壓調門和兩個中壓調門, 及時控制轉速的繼續飛升。其中條件( 4) 不受實際轉速的限制, 是為預防超速而設定的預備保護。110%超速信号動作除了快速卸去OPC( over speed protection control)超速油, 還控制主汽門的遮斷電磁閥、高壓遮斷子產品及機械停機電磁閥, 即最終使汽輪機停機。
2. 硬體設定
硬體超速保護邏輯通過TPS-TURBINE PROTECTION SYSTEM汽輪機保護系統實作, 由三塊TPS02模件及以電纜連接配接的一個TPSTU02 端子單元組成。所有與電子超速保護有關之功能皆由模件及端子單元監測和完成。這些保護功能是獨立于控制系統的資料總線和控制處理器的。TPS 采用三備援輸入方式、三選二保護邏輯及線上試驗的能力以提高可靠性。三項保護功能都有四個繼電器輸出至液壓內建塊, 四個繼電器的接點輸出接入DEH 的電磁閥控制繼電器回路中。TPS 模件通過擴充總線( SLAVEBUS) 與控制處理器接口, 把汽機轉速、功率、挂閘狀态及并網狀态等信号傳至處理器模件,并接收試驗相關的邏輯指令。
１．TPS 提供以下超速保護功能:
( 1) 超速保護(OSP)
OSP 保護輸出通過控制高壓遮斷內建塊的OSP電磁閥及各調節汽閥的電磁閥控制機組超速。此功能由兩個條件啟動:
A．汽輪機轉速超過超速保護OSP設定值(一般為額定轉速的103%)。
B．汽輪機功率超過一最低設定值時發電機油開關開啟, 現場設定為額定功率的15%。
( 2)低壓遮斷保護( TRIP)
控制低壓遮斷電磁閥帶電,危機保安器脫扣(跳閘), 快速關閉汽輪機所有主汽閥及調節汽閥。動作轉速設定為額定轉速的110%。
( 3) 高壓遮斷保護( EHC)
與低壓遮斷配合操作。保護動作使高壓遮斷電磁閥失電, 快速關閉汽機所有主汽閥及調節汽閥。動作轉速設定與低壓遮斷設定值相同（即額定轉速的110%）。
( 4) 功率不平衡保護( PLI)
汽機超速保護關注的是當汽機機械輸入功率大于發電機輸出電能的情況, TPS02 汽機保護模件采用發電機實發功率及中壓缸排汽壓力按照以下的公式去判斷功率不平衡情況是否存在:
功率不平衡(百分比)=中壓缸排汽壓力(額定壓力之百分比)- 發電機負荷(額定負荷之百分比)。
當汽機機械功量輸入超出電負荷輸出達一設定量時将顯示汽機有超速可能并會短暫關閉中壓調閥。該保護也是為預防超速而提前動作的預備保護。現場保護設定值為30%, 動作時間為2 秒。
２． TPS 提供以下超速試驗功能:
( 1) 電氣超速試驗
此試驗功能提供一試驗投切開關接口,根據設定超速試驗轉速定值,試驗時通過操作員站投入電氣超速試驗投切開關, 發出一數字信号, 可使汽機轉速提升到定值, 達到定值後發出高壓遮斷信号。此試驗設定定值為額定轉速的105%, 降低試驗時動作定值是為了確定停機是通過電子裝置而不是機械停機機構動作而停機的。試驗退出, 超速定值仍恢複為110%的額定轉速。
( 2) 機械超速試驗
同高壓遮斷超速試驗一樣,仍提供一個試驗投切開關接口。試驗模式下, 可使高壓遮斷超速動作值提升為114%的額定轉速, 作為機械停機機構的後備保護確定機組安全, 并確定汽機停機是通過飛環出擊而不是電子裝置動作實作。
三、 汽輪機超速試驗
汽輪機超速試驗的前提條件和操作要點
１．下述情況必須做超速試驗：
（１）汽輪機新安裝或大修後
（２）機組停機一個月後再啟動
（３）甩負荷試驗前
（４）危急保安器解體或調整後。
２．下述情況不得進行超速試驗：
（１）就地或遠方停機不正常
（２）高、中壓主汽門、調節汽門關閉不嚴
（３）在額定轉速下，任一軸承的振動異常
（４）任一軸承溫度高于限定值。
３．操作要點：
（１）試驗前，汽輪機帶１０％~２５％ 額定負荷運作４小時以上，此期間保持蒸汽參數值穩定；
（２）機械超速試驗及１０３％、１１０％電氣超速試驗要分别進行；
（３）機械超速動作轉速１１０％~１１１％ 額定轉速應進行兩次試驗，兩次動作轉速之差不應超過０． 6％。新裝或大修後啟動的機組，超速試驗應進行三次，第三次動作轉速與前兩次試驗的動作轉速平均值之差不應超過額定轉速的１%；若轉速達３３３０ｒ／ｍｉｎ 危急保安器仍不動作，應立即停機；
（４）試驗時間應控制在１５分鐘以内。
汽輪機的超速試驗
為了確定超速保護裝置動作可靠，汽輪機安裝完畢後，每次大修前後，或運作２０００小時以後，均應按有關規定進行超速保護裝置試驗，即手動試驗、注油試驗和超速試驗等。
１．手動試驗
手動試驗是為了檢查危急遮斷油門、自動主汽閥及調節汽閥是否動作。試驗分别在汽輪機靜止狀态和空負荷狀态下進行，一般結合自動主汽閥和調節汽閥嚴密性試驗和關閉時間試驗進行。
２．注油試驗
大功率汽輪機上均裝有危急保安器注油試驗裝置，可以分别在空負荷及帶負荷時進行試驗。空負荷注油試驗可測出危急保安器的注油擊出轉速，帶負荷注油試驗用于在正常帶負荷運作條件下進行危急保安器活動試驗。其試驗方法是将被試驗的危急保安器脫扣裝置從正常運作系統中切除（另一危急保安器及其脫扣裝置處于正常運作狀态，仍起保護作用），并使其接入試驗系統，試驗完畢後再将其投入正常運作系統，然後用同樣的方法對另一危急保安器進行試驗。
３．超速試驗
超速試驗用于測出危急保安器的實際動作轉速。試驗在汽輪機空轉時進行，其方法是用同步器将轉速升到上限，再用超速試驗裝置（超速試驗錯油門、輔助同步器或其他裝置）緩慢地提升轉速，使危急保安器動作并記錄動作轉速。
４．試驗注意事項：
（１）對于有兩個危急保安器的機組，應利用注油試驗裝置，将試驗手輪切換至動作轉速較低的那隻危急保安器上（在空負荷注油試驗時已判明），以便一次試驗可同時測出兩隻危急保安器的動作轉速，第一隻用遮斷訓示器來判斷動作與否，第二隻用自動主汽閥關閉來判斷。
（２）對于大功率機組，超速試驗應有足夠的暖機時間，防止轉子金屬溫度低于脆性轉化溫度而影響機組的安全。這一點，對滑參數啟動的機組尤為重要。為此，有的制造廠對此作了專門規定。如日立ＴＣＤＦ－３３．５型汽輪機規定，所有超過３０００ｒ／ｍｉｎ的試驗，必須在機組帶２５%的額定負荷運作三小時後才能進行。國産大型汽輪機目前尚無統一的規定，但各運作廠規定有相應的措施，試驗時應注意遵守。
5.危急保安器動作轉速的調整
四、防止汽輪機超速事故的措施:
1．在停機時,采用先打危急保安器關閉主汽門和調速汽門,確定發電機有功功率為零, 電流倒送後, 再解列發電機, 這樣就可避免發電機解列時間拖延得太長,因為時間過長,在鼓風作用下會使排汽溫度升高,低差脹增大,造成機組再啟動時的困難
2．加強對汽水的品質監督化驗,防止汽水品質不合格,運作中蒸汽帶鹽使主汽門杆,調速汽門杆,各段抽汽逆止門杆結垢,開、關不靈活、卡澀
3．加強對油質的監督,定期抽樣化驗,防止油中帶水或雜物造成調節部套卡澀和腐蝕
4．自動主汽門,調速汽門要開、關靈活,嚴密性合格,每天定期活動自動主汽門杆。每周變負荷30%，以便活動調速汽門及油動機滑閥。機組大修後,甩負荷試驗前,必須進行主汽門、調速汽門嚴密性試驗,保證符合技術要求。主汽門和調速汽門單獨關閉時,在額定參數下,穩定轉速最高不得超過1000ｒ／ｍｉｎ,試驗汽壓應在額定汽壓下進行,以求得甩負荷時或事故情況甩負荷後主汽門、調速汽門關閉的嚴密性。運作中,當汽、水品質不合格時,要适當增加活動主汽門、調速汽門活動次數和範圍,做好安全措施。
5．運作中發現主汽門、調速汽門、抽汽逆止門卡澀時,要及時消除,消除前要有防止超速的安全措施,必要時要加裝快速關斷閥,主汽門卡澀不能立即消除時,要停機處理。
6．運作中定期抄表、巡回檢查及微機監視儀表有變化時,應密切注意調速汽門開度與負荷的關系,根據調速汽門的壓力變化情況,防止門座升起或下移,使調速汽門不能嚴密關閉,發生甩負荷時超速。
7．運作人員要熟知超速時的征象(負荷到零或僅帶廠用電,聲音突變異常,轉速表連續上升,油壓升高,振動增大等) ,遇到超速情況時,果斷采取措施,嚴格執行規程打閘停機,防止事故擴大。
8．機組長期停運時,做好停機中保養工作,每月進行幹燥一次,防止汽水或其它腐蝕物質進入或殘留在汽機及調節供油系統引起汽門及調節部套腐蝕。
9．在機組滑參數起動過程中,或采用滑壓運作的機組,調速汽門開度要留有富裕度,不應開度過大,以防止同步器超過正常調節範圍或使甩負荷時飛升轉速升高。
10．堅持進行調速系統靜态特性試驗,汽輪機大修後或處理調速系統缺陷更換調速部套和重新整定以後均應做汽輪機調速系統試驗,調速系統的速度變動率和遲緩率應符合技術要求,一般規定速度變動率為額定轉速的3% ～6% ,遲緩率不大于額定轉速的的0.5%。
11．合理地整定同步器的調整範圍,上限富裕行程不宜過大,一般要求高限能升高速度變動率 = ( 1 - 2) %的富裕行程,在低限能降低3 - 5%的額定轉速,配汽機構凸輪間隙,要保證汽輪機在熱态下能嚴密關閉調速汽門。
12．對新安裝機組和對機組調速系統進行技術改造以後,要進行調速系統動态特性試驗,保證汽輪機甩負荷後,動态飛升轉速不超過規定值,汽輪機甩負荷後應能保持空負荷運作,一般要求甩掉額定負荷後的飛升轉速不超過額定轉速的8% ,發現裝置缺陷要及時消除。