来源：汽机专业
一、汽轮机超速的主要原因:
汽轮机超速是由于汽轮机在调速和保护系统故障及本身的缺陷造成的,同时也与运行操作维护有直接的关系。
1．调速系统的缺陷:
汽轮机调速系统的任务,不但要保证汽轮机的正常运行,而且还保证在汽轮机甩负荷以后转速升高不超过规定的允许值,所以调速系统是防止汽轮机超速的基本保证。如果在汽轮机甩掉负荷以后不能保持空载运行,就可能引起超速。汽轮机超速的原因有以下几个方面：
(1)调速汽门不能关闭或漏汽量大
(2)抽汽逆止门不严或拒绝动作
(3)调速系统迟缓率过大或调节部件卡涩
(4)运行方式不合理或调整不当
(5)调速系统不等率过大
(6)调速系统动态特性不佳
(7)调速系统整定不当,如同步器调整范围、配汽机构膨胀间隙不符合要求等。
2．汽轮机超速保护系统的故障:
(1) 危急保安器不动作或动作转速过高
危急保安器的动作转速一般规定在高于额定转速的10 - 12% ,这是保护汽轮机使其转速不致过分升高的主要保护设备,另外不同的机组还设有规定动作转速稍高于危急保安器的附加保护或电超速装置。汽轮机转速升高时,危急保安器不动作或动作过缓的原因主要有:
①重锤或飞环导杆卡涩
②重锤或飞环动静部件不同心,在运行时憋劲
③弹簧受力时产生过大的径向变形,以致与孔壁产生磨擦
④接吻扣或打击板间隙过大,撞击子飞出后不能使危急保安器滑阀动作
(2)危急保安器滑阀卡涩,无法动作
(3)自动主汽门和调速汽门卡涩。
3．运行中操作调整方面的问题:
(1)油质管理不善,劣质油或标号不同且未化验的油加入主油箱运行；检修质量不良,轴封间隙调整未在标准范畴内；运行中轴封压力调得过大,漏汽到油档,造成油中进水,引起调速和保护部件卡涩；
(2)运行中同步器手动或电动时,加、减负荷超过规定调整范围,不但会造成机组甩负荷后转速飞升高,而且还会使调节部套失去脉动,从而造成卡涩,引起超速事故；
(3)运行中蒸汽品质不良,化学监测未执行部颁标准,长期运行会造成主汽门和调速汽门卡涩；
(4)做超速试验时,升速未执行标准,操作不当,造成转速飞升过快。
二、超速保护的软、硬件设置
汽轮机数字电液控制系统的超速保护是涉及到汽轮机安全的重要部分, DEH 的超速保护功能分别由软件和硬件保护回路共同实现。
1. 软件设置
通过DEH 软件超速保护逻辑图看出, 超速保护OSP信号在以下四种情况下发生:
( 1) 103%超速; ( 2) 110%超速; ( 3) 转速加速度超限; ( 4) 发电机主开关断开时负荷大于15%。
ＤＥＨ软件超速保护逻辑框图
超速保护(OSP) 动作使高压遮断模块的两个超速电磁阀带电, 使超速油压快速卸去,关闭四个高压调门和两个中压调门, 及时控制转速的继续飞升。其中条件( 4) 不受实际转速的限制, 是为预防超速而设置的预备保护。110%超速信号动作除了快速卸去OPC( over speed protection control)超速油, 还控制主汽门的遮断电磁阀、高压遮断模块及机械停机电磁阀, 即最终使汽轮机停机。
2. 硬件设置
硬件超速保护逻辑通过TPS-TURBINE PROTECTION SYSTEM汽轮机保护系统实现, 由三块TPS02模件及以电缆连接的一个TPSTU02 端子单元组成。所有与电子超速保护有关之功能皆由模件及端子单元监测和完成。这些保护功能是独立于控制系统的数据总线和控制处理器的。TPS 采用三冗余输入方式、三选二保护逻辑及在线试验的能力以提高可靠性。三项保护功能都有四个继电器输出至液压集成块, 四个继电器的接点输出接入DEH 的电磁阀控制继电器回路中。TPS 模件通过扩展总线( SLAVEBUS) 与控制处理器接口, 把汽机转速、功率、挂闸状态及并网状态等信号传至处理器模件,并接收试验相关的逻辑指令。
１．TPS 提供以下超速保护功能:
( 1) 超速保护(OSP)
OSP 保护输出通过控制高压遮断集成块的OSP电磁阀及各调节汽阀的电磁阀控制机组超速。此功能由两个条件启动:
A．汽轮机转速超过超速保护OSP设定值(一般为额定转速的103%)。
B．汽轮机功率超过一最低设定值时发电机油开关开启, 现场设置为额定功率的15%。
( 2)低压遮断保护( TRIP)
控制低压遮断电磁阀带电,危机保安器脱扣(跳闸), 快速关闭汽轮机所有主汽阀及调节汽阀。动作转速设定为额定转速的110%。
( 3) 高压遮断保护( EHC)
与低压遮断配合操作。保护动作使高压遮断电磁阀失电, 快速关闭汽机所有主汽阀及调节汽阀。动作转速设定与低压遮断设定值相同（即额定转速的110%）。
( 4) 功率不平衡保护( PLI)
汽机超速保护关注的是当汽机机械输入功率大于发电机输出电能的情况, TPS02 汽机保护模件采用发电机实发功率及中压缸排汽压力按照以下的公式去判断功率不平衡情况是否存在:
功率不平衡(百分比)=中压缸排汽压力(额定压力之百分比)- 发电机负荷(额定负荷之百分比)。
当汽机机械功量输入超出电负荷输出达一设定量时将显示汽机有超速可能并会短暂关闭中压调阀。该保护也是为预防超速而提前动作的预备保护。现场保护设定值为30%, 动作时间为2 秒。
２． TPS 提供以下超速试验功能:
( 1) 电气超速试验
此试验功能提供一试验投切开关接口,根据设置超速试验转速定值,试验时通过操作员站投入电气超速试验投切开关, 发出一数字信号, 可使汽机转速提升到定值, 达到定值后发出高压遮断信号。此试验设置定值为额定转速的105%, 降低试验时动作定值是为了确保停机是通过电子设备而不是机械停机机构动作而停机的。试验退出, 超速定值仍恢复为110%的额定转速。
( 2) 机械超速试验
同高压遮断超速试验一样,仍提供一个试验投切开关接口。试验模式下, 可使高压遮断超速动作值提升为114%的额定转速, 作为机械停机机构的后备保护确保机组安全, 并确保汽机停机是通过飞环出击而不是电子设备动作实现。
三、 汽轮机超速试验
汽轮机超速试验的前提条件和操作要点
１．下述情况必须做超速试验：
（１）汽轮机新安装或大修后
（２）机组停机一个月后再启动
（３）甩负荷试验前
（４）危急保安器解体或调整后。
２．下述情况不得进行超速试验：
（１）就地或远方停机不正常
（２）高、中压主汽门、调节汽门关闭不严
（３）在额定转速下，任一轴承的振动异常
（４）任一轴承温度高于限定值。
３．操作要点：
（１）试验前，汽轮机带１０％~２５％ 额定负荷运行４小时以上，此期间保持蒸汽参数值稳定；
（２）机械超速试验及１０３％、１１０％电气超速试验要分别进行；
（３）机械超速动作转速１１０％~１１１％ 额定转速应进行两次试验，两次动作转速之差不应超过０． 6％。新装或大修后启动的机组，超速试验应进行三次，第三次动作转速与前两次试验的动作转速平均值之差不应超过额定转速的１%；若转速达３３３０ｒ／ｍｉｎ 危急保安器仍不动作，应立即停机；
（４）试验时间应控制在１５分钟以内。
汽轮机的超速试验
为了确保超速保护装置动作可靠，汽轮机安装完毕后，每次大修前后，或运行２０００小时以后，均应按有关规定进行超速保护装置试验，即手动试验、注油试验和超速试验等。
１．手动试验
手动试验是为了检查危急遮断油门、自动主汽阀及调节汽阀是否动作。试验分别在汽轮机静止状态和空负荷状态下进行，一般结合自动主汽阀和调节汽阀严密性试验和关闭时间试验进行。
２．注油试验
大功率汽轮机上均装有危急保安器注油试验装置，可以分别在空负荷及带负荷时进行试验。空负荷注油试验可测出危急保安器的注油击出转速，带负荷注油试验用于在正常带负荷运行条件下进行危急保安器活动试验。其试验方法是将被试验的危急保安器脱扣装置从正常运行系统中切除（另一危急保安器及其脱扣装置处于正常运行状态，仍起保护作用），并使其接入试验系统，试验完毕后再将其投入正常运行系统，然后用同样的方法对另一危急保安器进行试验。
３．超速试验
超速试验用于测出危急保安器的实际动作转速。试验在汽轮机空转时进行，其方法是用同步器将转速升到上限，再用超速试验装置（超速试验错油门、辅助同步器或其他装置）缓慢地提升转速，使危急保安器动作并记录动作转速。
４．试验注意事项：
（１）对于有两个危急保安器的机组，应利用注油试验装置，将试验手轮切换至动作转速较低的那只危急保安器上（在空负荷注油试验时已判明），以便一次试验可同时测出两只危急保安器的动作转速，第一只用遮断指示器来判断动作与否，第二只用自动主汽阀关闭来判断。
（２）对于大功率机组，超速试验应有足够的暖机时间，防止转子金属温度低于脆性转化温度而影响机组的安全。这一点，对滑参数启动的机组尤为重要。为此，有的制造厂对此作了专门规定。如日立ＴＣＤＦ－３３．５型汽轮机规定，所有超过３０００ｒ／ｍｉｎ的试验，必须在机组带２５%的额定负荷运行三小时后才能进行。国产大型汽轮机目前尚无统一的规定，但各运行厂规定有相应的措施，试验时应注意遵守。
5.危急保安器动作转速的调整
四、防止汽轮机超速事故的措施:
1．在停机时,采用先打危急保安器关闭主汽门和调速汽门,确保发电机有功功率为零, 电流倒送后, 再解列发电机, 这样就可避免发电机解列时间拖延得太长,因为时间过长,在鼓风作用下会使排汽温度升高,低差胀增大,造成机组再启动时的困难
2．加强对汽水的品质监督化验,防止汽水品质不合格,运行中蒸汽带盐使主汽门杆,调速汽门杆,各段抽汽逆止门杆结垢,开、关不灵活、卡涩
3．加强对油质的监督,定期抽样化验,防止油中带水或杂物造成调节部套卡涩和腐蚀
4．自动主汽门,调速汽门要开、关灵活,严密性合格,每天定期活动自动主汽门杆。每周变负荷30%，以便活动调速汽门及油动机滑阀。机组大修后,甩负荷试验前,必须进行主汽门、调速汽门严密性试验,保证符合技术要求。主汽门和调速汽门单独关闭时,在额定参数下,稳定转速最高不得超过1000ｒ／ｍｉｎ,试验汽压应在额定汽压下进行,以求得甩负荷时或事故情况甩负荷后主汽门、调速汽门关闭的严密性。运行中,当汽、水品质不合格时,要适当增加活动主汽门、调速汽门活动次数和范围,做好安全措施。
5．运行中发现主汽门、调速汽门、抽汽逆止门卡涩时,要及时消除,消除前要有防止超速的安全措施,必要时要加装快速关断阀,主汽门卡涩不能立即消除时,要停机处理。
6．运行中定期抄表、巡回检查及微机监视仪表有变化时,应密切注意调速汽门开度与负荷的关系,根据调速汽门的压力变化情况,防止门座升起或下移,使调速汽门不能严密关闭,发生甩负荷时超速。
7．运行人员要熟知超速时的征象(负荷到零或仅带厂用电,声音突变异常,转速表连续上升,油压升高,振动增大等) ,遇到超速情况时,果断采取措施,严格执行规程打闸停机,防止事故扩大。
8．机组长期停运时,做好停机中保养工作,每月进行干燥一次,防止汽水或其它腐蚀物质进入或残留在汽机及调节供油系统引起汽门及调节部套腐蚀。
9．在机组滑参数起动过程中,或采用滑压运行的机组,调速汽门开度要留有富裕度,不应开度过大,以防止同步器超过正常调节范围或使甩负荷时飞升转速升高。
10．坚持进行调速系统静态特性试验,汽轮机大修后或处理调速系统缺陷更换调速部套和重新整定以后均应做汽轮机调速系统试验,调速系统的速度变动率和迟缓率应符合技术要求,一般规定速度变动率为额定转速的3% ～6% ,迟缓率不大于额定转速的的0.5%。
11．合理地整定同步器的调整范围,上限富裕行程不宜过大,一般要求高限能升高速度变动率 = ( 1 - 2) %的富裕行程,在低限能降低3 - 5%的额定转速,配汽机构凸轮间隙,要保证汽轮机在热态下能严密关闭调速汽门。
12．对新安装机组和对机组调速系统进行技术改造以后,要进行调速系统动态特性试验,保证汽轮机甩负荷后,动态飞升转速不超过规定值,汽轮机甩负荷后应能保持空负荷运行,一般要求甩掉额定负荷后的飞升转速不超过额定转速的8% ,发现设备缺陷要及时消除。