发布于：2007/6/13 9:04:03 | 719 次阅读
广州发电厂1号汽轮机是上海汽轮机厂生产的50 MW的抽汽凝汽式汽轮机，从其二段抽汽进行供热。型号为C50－90／13－1，进汽压力为9 MPa，进汽温度为535℃，排汽压力为0．004 MPa，抽汽压力为1．3 MPa，抽汽量为160 t／h，冷却水温为20℃，额定转速为3 000 r／min，为了防止在甩负荷时超速，设有电超速保护装置。1号汽轮机做的调节系统静态特性试验的结果完全符合国家机械电子工业部的汽轮机调节系统技术条件标准，但是甩全负荷动态试验不合格。
1 发现问题
在甩负荷动态试验中发现转速在电超速保护系统投入的情况下甩全负荷（不供热时）飞升至3 445 r／min；在电超速保护系统切除情况下甩全负荷（不供热时）转速飞升至3 480 r／min；调节系统动态迟缓率ε大大地超过了0．3％这个厂家给定值。由此可见，无论电超速保护系统投入与否，该机组都经不起甩掉全负荷。实际上，一台动态性能良好的机组在甩掉全负荷时，调节系统应该能够将机组的转速控制在危急遮断器动作转速以下。而该机组转速飞升到危急遮断器动作转速（3 300～3 360 r／min）以上，这样汽轮机只能单靠危急遮断器来防止超速事故的发生，威胁着机组的安全运行。实践也证明，危急遮断器长期处于静止状态，极易引起卡涩或动作失常，所以单靠危急遮断器很难保证机组的安全运行。
2 汽轮机经不起甩负荷的原因分析们对液压控制系统、电气、热控回路等进行了认真分析，发现液压控制系统响应延迟，甩负荷时预启时间过长，前0．5 s油动机基本未起动，高压油动机从动作开始到结束需0．8 s（中压油动机需0．55s），也就是说从甩负荷信号发出到油动机动作完成需1．3 s。而油动机动作开始前0．5 s，全负荷蒸汽量进入汽轮机对甩负荷后转速飞升影响极大，油动机开始动作后0．8 s蒸汽量从满负荷状态逐渐减至零，时间较长，因此转速飞升也较严重。
飞升转速的理论计算：
a）根据厂家提供汽轮发电机组转子飞轮矩
b）由图1可知，从甩负荷信号发出到油动机
起动需0．5 s，从油动机起动到蒸汽流量降至零需0．8 s。输出功率变化曲线的线性化分析如下：
前0．5 s功率P0．5＝50 MW，通过线性化取平均值，后0．8 s功率P0．8＝25 MW，由拖动转矩公式M＝P／ω可得前0．5 s转子转矩
当汽轮机甩全负荷时Mload＝0，那么前0．5 s转子角加速度为
分析结果与录波器上录波图的结果以及智能转速表的内存数据基本相符，转速飞升值高于危急遮断器动作转速上限（3 360 r／min），因此动态特性不合格。
3 解决问题
由于调速系统迟缓率偏大，调节阀关闭延迟，导致飞升转速超过上限值，电超速保护系统也未能发挥其应有作用，因此我们在油动机结构和电超速保护系统上做了一些改进。
3．1 油动机结构的改进
通过对原电超速保护系统图以及油动机结构图进一步分析，发现电超速保护电磁阀离高压油动机的管路长，管径小，且弯头、三通管等管件多，油压损失致使油动机动作迟缓。因此采取在高压油动机旁新增加泄放二次油压电磁阀1 YV和增加一号脉冲油的电磁阀2 YV，使汽门延迟关闭的时间大大减少。针对调速系统迟缓率高，高压油动机行程时间长，对1号机做以下改进：
a）在高压油动机两侧机底各加装两个电磁阀，当机组甩负荷时电磁阀通电动作，一个快速泄去二次油压，另一个同时从调压器一号脉冲油路充入高压油。由于新加装电磁阀靠近高压油动机，油管短，也没有不必要的管件，大大缩短了高压油动机延时关闭的时间，加快了高压油动机关闭速度。
b）将高压油动机错油门下的压缩弹簧的弹性系数k由102 N／cm改为146．3 N／cm，以提高错油门动作的反应速度，并将四个电磁阀的控制回路并入电超速保护系统输出回路中。
c）为了改善调速系统的稳定性，在厂家的指导下，将高压油动机的φ250 mm活塞换成φ200 mm活塞；为了缩短自动主汽门的关闭时间，分别在自动主汽门的操纵座和错油门座上各钻一个φ13mm的孔，中间加装一条φ22 mm的管以增大排油面积，加速主汽门的关闭。
3．2 电超速保护系统的改进
图2 电超速保护系统控制电路一
针对电超速保护系统未能发挥其应有的作用，进一步分析电气、热控回路。并通过用智能毫秒表对每个继电器进行测试，发现直流中间继电器动作迟缓时间为0．022 s，直流接触器动作迟缓时间为0．105 s，而油开关动作迟缓时间为0．31 s。只要将发电机电气保护动作信号继电器KS的触点并接在油开关辅助触点上，将直流中间继电器触点并在直流接触器触点上，就可以把这两个“耗时大户”的时间缩短0．415 s，甩负荷信号的延迟时间从0．481 s缩至0．066 s。由于中间继电器触点闭合快，断开也快，油开关及直流接触器触点合闸慢，跳闸也慢，在这一时差内，可充分发挥油开关及直流接触器带灭弧吹磁触点这一功能，有效地保护中间继电器触点，从而达到利用中间继电器触点直接驱动电磁阀，如图2、图3所示。具体采取措施如下：
a）在油开关前增加一个甩负荷发信点，图中KS1，KS2，KS3信号传递路径与油开关辅助触点S1并联，形成复合指令，信号发出时由KS触点直接送至热工盘而不必等待油开关动作所迟缓的0．31 s。
b）由于执行单元是电磁阀，是大电感性负载，必须用直流接触器。但直流接触器启动时间过长，为此将原甩负荷信号→K11→K3→KM2→电磁阀的方式改为：甩负荷信号→K11→K3→电磁阀。既有反应速度快又有较强负载能力，既缩短时间0．105秒，又有效保护中间继电器触点。
c）新增加的快速保护电磁阀1 YV～4YV，也是采用K3触点先驱动电磁阀，KM2灭弧触点后保护的方法，尽量赢得时间0．105 s。由于K3只有4对触点，新增电磁阀后触点不够用，故并接一只中间继电器1K3，扩充4对触点。
d）由于电磁阀励磁线圈时间常数τ较大，为了提高反应速度，选用直流110 V电磁阀串接150W，300Ω大电阻，然后接入直流220 V电超速保护系统中，这样既能保证电磁阀可靠动作，又使迟延时间大大减少。经实测，原电磁阀动作迟缓0．25 s，而新加装的1YV～4 YV电磁阀的动作迟缓时间为0．11 s。
4 改进后的效果
该机组改后的静态特性，全部符合ZBK54037—1990《汽轮机调节系统技术条件》所规定的指标。在电超速保护接线改进后，甩负荷信号延迟时间缩短了0．415 s。通过调换高压油动机错油门下的弹簧，以及在高压油动机下加装二个电磁阀，来泄放二次油压和增加一号脉冲油压，使得从电磁阀得电开始至高压油动机动作结束的时间由0．81 s缩短至0．42 s，仅为改造前时间的52％。全部改造工作完成后甩负荷50 MW，电超速保护系统动作时间为0．48 s，中压油动机保护全程动作时间为0．75 s，改造前后保护动作延迟时间实测值对比见表1。
通过动态试验，发现在纯冷凝工况下，该机在甩掉全负荷50 MW时（投入电超速保护系统），最高飞升转速为3 190 r／min，转速超调量比改进前大大减少，低于危急遮断器动作转速实测值3 310r／min的目标，机组动态性能合格。
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