大型发电机组汽轮机超速原因分析及预防对策

大型发电机组汽轮机超速原因分析及预防对策

刘春光

中国能源建设集团安徽电力建设第二工程有限公司  安徽合肥230601

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，发电厂建设越来越多。汽轮机作为发电厂中的核心设备之一，其高效可靠地运行对于电厂的稳定供电至关重要。本文首先分析汽轮机超速的危害，其次对汽轮机超速的原因分析，最后就汽轮机超速的预防措施进行研究，以期更好地为提升发电机组运行的安全稳定性和经济性提供参考。

关键词：汽轮机;超速;预防措施

引言

发电机组汽轮机超速会造成机组剧烈振动、设备损坏、动静摩擦甚至断轴、汽轮机飞车等严重事故,不但影响机组的安全稳定运行,而且还会造成企业经济效益的严重损失。因此,全面研究分析汽轮机超速的根本原因,有助于更好地预防汽轮机超速和事故发生后采取正确的应对措施,以实现机组安全稳定运行和提高经济效益的最终目标。

1汽轮机超速的危害

汽轮机作为发电厂的主要设备之一,能否正常运行是机组安全性与经济性的关键。汽轮机作为高速旋转机械,机组正常运行时会产生非常大的离心力,并且该离心力的大小与转速的平方成正比,这就要求机组在正常运行中要严格控制汽轮机转速在规定范围、不超速,同时要求在汽轮机各相关部件设计时必须符合相关强度要求,同时叶轮、叶片、轴套等必须紧力相配。通常根据初始设计条件,一般留有20%转速的冗余量,即120%额定转速设计;若严重超速直至越过这20%转速的冗余量时,其转动相关部件受到的离心力就会超过材料设计强度,此时极易造成机组相关部件断裂并产生剧烈振动,可能会导致汽轮机动静部分碰磨、叶片及围带脱落、轴承烧损等事故,严重时甚至发生飞车事故,导致整个汽轮机本体损毁报废,给发电企业带来严重的经济损失,是当今发电厂三大恶性事故之一。

2汽轮机超速的原因分析

2.1汽轮机超速保护系统故障

通常而言，在额定转速基础上增加的10%～12%的转速是危急保安器的动作转速的最大限额。导致汽轮机的危机安保器不正常运转的原因如下：（1）重锤或飞环导杆卡涩。（2）重锤或飞环动静部件不同心，在运行时起伏较大，极大地影响了汽轮机的正常运行。（3）弹簧在受力的过程中极其容易产生变形，从而导致与孔壁之间的大量摩擦而引发的一系列问题。（4）接吻扣或打击板间隙过，撞击子飞出后不能使危急保安器滑阀动作。

2.2因调速系统故障所导致

机组汽轮机在正常运行时,调速系统功能正常是机组甩负荷或者事故情况下预防汽轮机不超速的关键,反之,会由于调速系统故障极易造成汽轮机超速。其主要原因包括:由于设计和系统原因使得调节系统迟缓率过大,造成机组在甩负荷或事故情况下,相关调速汽门不能及时动作或不动作,导致机组进汽不能按要求中断；当长期未进行调速汽阀活动试验,或由其他原因造成调速汽阀机械卡涩,造成机组在甩负荷或事故情况下,相关调速汽门不能及时关闭或关闭不严；长期未进行抽汽逆止门试验,或由其他原因造成抽汽逆止门机械卡涩,造成机组在甩负荷或事故情况下,相关抽汽管道逆止门不能及时关闭或关闭不严。

2.3隔膜阀机械遮断系统

在汽机的遮断系统中为了安全可靠考虑，还设有隔膜阀机械遮断系统，主要由手动打闸装置、飞锤遮断器以及隔膜阀组成。手动打闸装置包括就地打闸手柄和集控室运行人员手动停机按钮。飞锤遮断器则当汽机超速后，随着离心力越来越大，飞锤从孔中出击碰撞碰钩使连杆机构动作，触发汽轮机跳闸。隔膜阀连接高压保安油(润滑油)系统和危急遮断油(EH油)系统，并将两路油隔开。其上部腔室连接由高压油泵或者主油泵打出的高压保安油，使其克服弹簧力使活塞下移，隔膜阀保持关闭状态，堵住AST油母管的另一路泄油通道，使主汽门和调节汽门的油动机下腔室建立油压正常工作。当上部腔室油压小于弹簧力时，活塞上移，隔膜阀打开，卸掉危急遮断油，使机组跳闸。

2.4因运行或操作不当导致

“人”的因素也是导致汽轮机超速的一个重要原因,汽轮机启动后,在机组定速期间相关参数控制不当、主汽门开启过快,或是由于强制相关连锁保护后进行超速试验时操作不当或设备损坏；机组正常运行时,由于锅炉MFT、汽轮机紧急跳闸、发电机出线开关跳闸、电力系统相关线路故障等原因,导致机组甩负荷到“0”,或是由于DEH系统缺陷、功能异常等其他原因所导致的机组负荷发生骤降；此外,机组由于检修和计划正常停机或是事故紧急被迫停机过程中,由于人为原因解列发电机过程操作不当,或是在停机过程中机组负荷未到“0”直接解列发电机也会导致汽轮机超速。

3汽轮机超速的预防措施

汽轮机超速事故以“预防为主,处置为辅”。应确保汽轮机各类超速保护安全可靠并能投入正常,确保高压危机遮断器、汽轮机转速表及转速检测控制系统应正常,当超速保护故障或不可靠时,严禁机组启动。正常运行中,当汽轮机任一超速保护故障不能消除时,应果断申请停机处理。在机组启动、停机前,应进行相关阀门活动试验和严密性试验,确保各汽门开关动作灵活性及可靠性。通常要求最大漏汽量引起的转速不应超过额定转速的1/3为原则。根据相关要求,应定期开展各主汽阀和调节汽阀活动试验、各段抽汽逆止阀活动及严密性试验,喷油试验、各连锁保护的在线试验,并确保试验合格。日常运行中应强化机组汽、水、油等相关介质品质的监督和调整,确保其品质符合相关规定,防止油中带水和杂质,导致机组调节系统相关部件或机构锈蚀或卡涩；机组停机时,发电机应由逆功率保护动作解列,严禁带负荷直接解列发电机；在计划停机启动前或大修后机组冷启动前,必须根据相关要求进行喷油试验、汽机打闸试验、电超速试验、阀门活动试验、机械超速试验、高压遮断电磁阀试验,并确保试验合格。机组正常运行甩负荷或需要进行甩负荷试验时,要全面做好各项准备工作、组织措施、事故预想、应对措施等；汽轮机调节系统应具有良好的静态和动态特性,速度变动率应<5%,迟缓率应<0.2%；当机组正常运行或需要甩负荷时,应确保尽量减小中间体积时间常数,将其控制在相关要求范围内;同时,设计之初也要考虑到装置的科学合理性,抽汽逆止阀尽量靠近汽缸,再热机组装设中压调门等;汽轮机中压主汽阀与高压主汽阀同受保护装置控制,任一保护装置动作都能使中压主汽阀与高压主汽阀一起迅速关闭,切断进汽以保证汽轮机的安全；中压调节汽阀则受控于调节系统,当机组甩负荷时,调节系统动作可同时关闭高、中压调节汽阀,避免中间体积中的蒸汽进入汽轮机而使其超速;对于大功率机组的调节系统增设加速器,利用甩负荷时的加速度信号,暂时关闭高中压调节汽阀,以避免超速,待机组转速降低至额定值附近时再开启。

结语

综上所述，汽轮机是发电厂的核心设备，在电力工业中起着不可或缺的关键作用。在“双碳目标”的大背景下，传统化石能源的绿色低碳应用要求火电汽轮机组具有深度调峰以及低负荷运行的能力，这对汽轮机提出了更高要求。故障预测与诊断技术能够提前评估机组实际运行过程中性能劣化甚至故障的原因，是保证大型汽轮机组安全、稳定运行的重要技术之一。

参考文献

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