汽机安全监测及危急跳闸保护

汽机安全监测及危急跳闸保护汽机安全监测概述汽轮机安全监测系统（GME）是监测、保护汽轮机安全运行的重要手段，能连续、准确、可靠地监测汽轮机启动、运行、停机过程中的重要参数，当所监视的参数越限时，能准确、及时地发出警报或停机信号，与GME系统通讯的瞬态数据管理系统，可通过计算机终端显示和打印有关的数据及图形。

GME监测系统及瞬态数据管理系统组装在两个仪表柜中，并有端子与现场其它接口相连接，机柜的结构为机柜顶部进出电缆。

整个系统接受两路AC220V、50HZ电源供电分别为KCO050AR、KCO051AR，这两个配电柜是由常规岛不间断电源LNQ供电。

当任一路电源发生故障时，将发出报警信号，并自动无扰切换到另一路电源上。

1.GME监测系统的构成GME监测系统由安装在汽轮机上的各种形式的传感器及与传感器相连接的前置器、仪表框架三部分组成。

仪表框架为三个14位框架，每个框架均有电源（3500/12）、系统监视器（3500/03）占两个位置，其它12个位置为监测器插件。

2.监测系统的功能1)双通道轴位移监测器（3500/20）轴向位移监测是用来间接监测汽轮机推力轴承磨损情况的重要监测项目。

信号输入：两个通道，非接触式涡流探头输入。

2)双报警设置点转速表（3500/50-01）转速表提供滤网对轴的旋转速度进行连续监测的功能。

转速表接收趋近式涡流探头的信号，测量两个键相脉冲之间的时间，然后以每分钟的转速（RPM）方式计算出来。

它可发出两组开关量信号，一个为顶轴油泵顶起信号，另一个为后汽缸喷水信号，使机组的启、停过程稳定有序。

信号输入：两个通道，趋近式涡流探头输入。

3)零转速表（3500/50-02）零转速是一个预选的轴旋转速度，它提供了转动齿轮的正确啮合。

在汽轮机停机期间，轴的连续转动是保证轴不弯曲所绝对必要的。

当用户提供的零转速允许端子处于闭合状态，机组转速下降到1/3RPM时，零转速表就提供一个零转速报警信号，使机组能够及时进入盘车状态。

4)胀差监测器（3500/45）相对膨胀监测的主要目的就是避免转子和汽缸之间产生过大的膨胀差，当由于某种原因产生的胀差值达到一定界限时监测器就会发出报警信号提醒运行人员，采取措施减少胀差，若胀差继续增大达到危险状态时，监测器发出危险信号迫使汽轮机停机。

信号输入：LVDT传感器输入。

5)偏心监测器（3500/40）汽轮机在启动冲转前必须查证转子的弯曲情况，如果弯曲程度达到某一界限时是不允许启动汽轮机的，这样就要低转速盘车，使转子的四周温度均匀，逐渐减小大轴弯曲程度，使之达到启动汽轮机组的必要条件。

偏心监测器使用从偏心传感器和键相传感器的输出信号来测量偏心值。

信号输入：双通道涡流探头输入，一个输入位移信号，一个输入键相位信号。

6)机壳膨胀监测器（3500/48）汽轮机在启动过程中，随着转速的上升，进汽量的加大，汽缸温度缓慢上升，这时汽缸开始膨胀，如果汽缸受热不均匀，就会出现扭胀的现象，这就需要进行暖机运行，当扭胀现象消失时方可继续冲转。

信号输入：两个通道的LVDT输入。

7)双通道速度监测器（3500/55）汽轮机在启动和运行中，产生不正常的振动是较普遍的现象，而且是一个严重的问题，振动过大会造成机组的损坏，甚至酿成严重的事故。

因此必须在每个轴承上监测轴承的绝对振动，轴承绝对振动的幅值能准确地反映出机组安装及调试的优良程度。

轴承绝对振动监测采用灵敏的机械式速度传感器，对速度进行测量，监测器对速度信号进行电子积分。

信号输入：双通道速度传感器输入。

8)双通道振动监测器在汽轮机启动和运行过程中，大多数振动问题或故障都与转子有直接的关系，因而直接从转子运动中去监测和发现振动故障，这比局限于轴承座或机壳的振动信息更为直接和有效。

通过两个相互垂直安装的探头监测出的数据，直接送入故障诊断系统，可非常简捷的判断出机组所产生的问题。

信号输入：双通道趋近式电涡流传感器输入。

9)复合式探头监测器轴相对于某选定参照系所测振动为轴相对于该参照系的相对振动。

以惯性空间某一点（固定）为参照系测得轴的振动为轴的绝对振动。

复合式探头监测器可对某一通道连续地提供这两种振动测量的结果。

信号输入：单通道趋近式电涡流传感器输入。

汽机危急跳闸保护与超速保护系统1．功能汽机运行时，为防止某些设备故障造成汽轮机严重损坏，机组装设危急跳闸保护（auto-stop-trip）简称AST。

该系统监视汽机的某些参数，如真空度，润滑油油压，推力轴瓦磨损，EH油油压等。

当其中某参数超过运行限值时，AST保护动作，关闭所有汽轮机进汽阀门，包括2只主汽门（TV），4只调节阀（GV），6只再热主汽门（RSV），6只再热截止阀（IV）。

当电网出现故障使发电机大幅度降负荷，为防止汽轮发电机与电网解列后，造成重新并网的困难，以及防止解列以后电网不稳定，机组装设超速保护系统（over-speed-protection-control）简称OPC。

该系统使调节阀（GV，IV）暂时关闭，减少汽轮机进汽量与功率，待故障排除后再重新开启（GV、IV）。

新蒸汽MSRHPLP D GVTVRSV TV油动机油动机油动机油动机去抽汽逆止阀空气EHEH油箱SASTAST保护OPC保护SOPC 润滑油供油系统机械超速手动脱扣EH油箱EH油箱排油至润滑油箱至轴承大气EH跳闸保护油路示意图2．系统组成该系统由一个带有四只自动脱扣电磁阀（20/AST）和二只超速保护控制阀（20/OPC）的危急跳闸控制块，隔膜阀，空气引导阀，二个逆止阀和几只压力开关所组成，见图8.4。

四个AST电磁阀构造相同，均是二级阀，以为例，正常运行时，电磁阀带电关闭，此时第一级阀关闭，高压EH油经节流孔板到第一级阀处被堵住，故在二级阀左边作用着高压抗燃油，加上弹簧的作用，使第二级阀紧压在阀座上阻止了危急跳闸油路油流的泄出。

当电磁阀失电，第一级阀开启，高压EH油经第一级阀至回油管路，作用在二级阀右边的AST油在油压作用下，克服弹簧力向左移动，导致二级阀开启，危急跳闸油路泄压漏至并联的及电磁阀。

同样或阀动作，危急跳闸油路泄至回油管线，返回油箱，使AST油路卸压。

危急跳闸油路的四只电磁阀，通过串，并联形成多层次保护系统，使电磁阀回路的误动及拒动可能性降至最小。

图中两只OPC电磁阀受DEH控制，并联布置，正常运行时，两个电磁阀失电关闭，封闭OPC总管油液的泄放通道。

当电网故障时，两个电磁阀带电开启，油路泄油，相连的GV，IV关闭。

薄膜接口阀结构见图。

当遥控挂闸或手动复位后，润滑油系统的油通入阀盖内隔膜上面的腔室中，克服了弹簧力，使阀关闭，封堵住危急跳闸油路通向回路的通道，即可建立危急跳闸油力，汽轮机具备开启阀门的条件。

当机械超速遮断机构或手动超速试验杠杆动作时，均能使润滑油压力下降，因而使压缩弹簧打开阀门把EH排回回油管，关闭所有进汽阀及抽汽逆止阀。

空气引导阀结构见图8.9。

它提供了EH油，压缩空气和排大气和接口，用于控制供给气动抽汽逆止阀的压缩空气。

当OPC母管有压力时，空气引导阀的提升头便封住排大气的孔口，使压缩空气通过此阀。

当OPC母管泄压时，该阀由于弹簧力的作用而关闭，封住压缩空气到气动抽汽逆止阀的通气口，压缩空气通过排大气口排放掉，使得抽汽逆止阀关闭。

3．保护原理危急跳扣保护与超速保护系统油路有三个层次，第一是机械及手动脱扣保护，当它动作时，通过薄膜接口阀使危急跳闸油路泄压，通过逆止阀使超速保护油路泄压，相应地TV、GV、RSV、IV全部关闭。

脱扣油是润滑油系统通过节流孔板供给的，当脱扣油卸压时，由于节流孔板很小，泄油较少，不会影响轴承润滑油压。

第二是电气信号跳闸保护，当出现凝汽器真空度低，润滑油压低，EH油压低，汽机轴向位移大等跳闸信号时使危急跳闸电磁阀（四个AST阀）动作，危急跳闸油路卸压，超速保护油路泄压，TV、GV、IV、RSV阀全部关闭，紧急停机。

但是机械超速与手动脱扣安全油未泄压，仍保持正常油压状态。

第三是超速保护，当超速保护油路电磁阀动作时，GV、IV阀门暂时关闭，待电网故障消除之后，GV、IV重新开启。

由于逆止阀一直保持关闭，TV、RSV保持开启状态，机械超速及手动脱扣油压仍保持正常。

各跳闸信号控制危急跳闸油路（AST）的四只电磁阀的电气逻辑图如图：注意：跳闸后重新启动机组时，应按在危急跳闸试验板上的“复位试验跳闸”按钮或按在汽机控制盘面上的“挂闸”按钮，使跳闸继电器重新带电，恢复危急跳闸油路油压。

4．AST保护(1)轴承低油压保护如果轴承供油油压降低过多，使轴承的油量减少，轴承将由于冷却不足而发热。

油量严重减少时，甚至导致干磨擦而将轴承乌金烧熔，转轴下沉，引起动静部分碰磨等重大事故。

(2)轴向位移保护如果汽轮机因进水等原因而使轴向推力过大引起推力轴承磨损甚至乌金熔化，整个汽机转子将产生位移，此时，如喷嘴及动叶之间的间隙消失的话，那就酿成重大事故、轴向位移保护装置装在推力轴承附近，以便能准确监视推力轴承的磨损。

在转子上有一个用于测量的圆盘，在其发电机一侧水平方向上装有四个位移变送器，左右各两个，该位移变送器中心为软铁芯，周围绕有线圈，并通有电流，因而产生一定的磁通。

变送器与圆盘之间间隙的大小反映推力轴承的磨损情况。

(3)低真空保护当循环水系统故障以及真空系统故障将造成真空大幅下跌，汽机排汽温度升高，转子中心列线改变，汽轮机轴向推力增大并危及汽机安全。

(4)高压抗燃油低油压保护本机组调节系统是以抗燃油作油作为各进汽阀的动力用油。

如果高压抗燃油油压降低，各进汽阀无法保持原有阀位，调节精度变差。

此外，抗燃油系统的卸载阀不能开启，高压油泵一直处于重载而极易损坏，因而必须要设立高压抗燃油油压低保护。

其保护与试验原理同（1）(5)汽机相对膨胀保护汽轮机起动、停机及异常工况下，常因转子加热（或冷却）比汽缸快，产生膨胀差值（简称差胀）。

无论是正差胀还是负差胀，达到某一数值，汽轮机轴向动静部分就要相碰发生摩擦。

为了避免因差胀过大引起动静摩擦，大机组一般都设有差胀保护，当正差胀或负差胀达到某一数值时，保护动作，关闭主汽门和调节汽门，紧急停机。

(6)汽机轴振过大保护由于汽轮发电机组是高速回转设备，因而在正常运行时，通常有一定程度的振动，但是当机组发生过大的振动时存在以下危害：a)直接造成机组事故：如机组振动过大，发生在机头部位，有可能引起危急保安器动，而发生停机事故。

b)损坏机组零部件：如机组的轴瓦、轴承座的紧固螺钉及与机组连接的管道损坏。

c)动静部分摩擦：汽轮机过大的振动造成轴封及隔板汽封磨损，严重时磨损造成转子弯曲，振动过大发生在发电机部位，则使滑环与电刷受到磨损，造成发电机励磁机事故。

d)损坏机组转子零部件：机组转子零部件松动或造成基础松动及周围建筑物的损坏。