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汽轮机能可靠地遮断是调节保安系统的基本功能，可以实现机组的正常停机和紧急情况下保护跳闸，保护汽轮机本身不发生损坏并避免事故的扩大。一般而言，汽轮机的遮断方式有三种，就地手动、远方掉闸及紧急跳闸系统(emergency tripping system，ETS)保护动作、超速情况下危急遮断器飞锤(或飞环)出击。它们一般是通过危急遮断器实现，要求快速、可靠。国标DL/T 711—1999中对汽门的关闭时间有明确的要求[1]。危急遮断器是汽轮机保安系统最为关键的重要部件，可以将它比喻为保安系统的“心脏”。通过它，可以实现汽轮机的遮断。鉴于危急遮断器的极端重要性，其安全可靠性应引起人们的高度重视。 1、危急遮断器的继电特性 在保安系统中，起到控制作用，在紧急时实现汽轮机的遮断，使主汽门关闭。汽门关闭后，不能再次立即开启，必须操作相应的装置，如纯液压系统的启动阀或数字式电液调节系统(digital electrohydraulic，DEH)的挂闸电磁阀，使危急遮断器的滑阀上移，处于上止点(挂闸)，封闭其控制的相关油口(如安全油和调节汽门的控制油)，以便可以重新开启主汽门和调节汽门，为再次开机作准备。危急遮断器滑阀的设计具有所谓“继电特性”，这也是危急遮断器设计的初衷。 2、DEH系统典型遮断方式 目前，新建的纯电调系统或经DEH改造的液压调节系统，典型的遮断方式是通过4个AST电磁阀直接泄掉高压EH油路的安全油，它并不经过危急遮断器滑阀。如上海新华公司将低压透平安全油通至隔膜阀上腔室，封闭高压抗燃油AST油的泄油，建立AST油的过程为“机械挂闸”；在AST油路上，还设计有4个串、并联结构的电磁阀(20/AST)，电磁阀被激励关闭的过程称为“电气挂闸”。在这种设计下，危急遮断器滑阀“挂闸”后，只有两种情况可以使之动作，一是就地手打跳闸按钮，泄去危急遮断器滑阀下部的附加保安油；另一种情况就是在超速时冗余的飞锤出击，打击其上部的小滑阀，高压油作用在上端面，同样使滑阀下移。泄去其控制的低压透平安全油，使隔膜阀动作，泄高压抗燃油AST油，关主汽门和调节汽门。ETS(包括110%电气超速保护)和远方停机的原理均是动作AST油路上的4个串、并联结构的电磁阀(20/AST)，但此时，隔膜阀和危急遮断器滑阀并不动作，即从传统意义上看，汽轮机并未遮断，危急遮断滑阀仍处于“上止点”，DEH再次挂闸后，主汽门设计为自动开启，使汽轮机处于不安全的状态。 3、低压遮断电磁阀的设置 a)、一些机组在设置高压抗燃油AST遮断电磁阀的同时，还设置了低压遮断电磁阀，它的作用与就地手动停机装置相同，即泄去危急遮断器滑阀下部的附加保安油，设计为动作与AST电磁阀冗余，从而彻底遮断了汽轮机。 b)、对汽轮机保安系统按一种称为故障树分析(fault tree analysis，FTA)的方法进行分析，建立以可能导致严重后果的汽轮机“保安系统故障”为顶事件的故障树模型。分析表明，低压遮断电磁阀的引入，使电磁阀故障事件原本属一阶割集，变为二阶，可靠性大为增强[2]。 c)、以前国内的纯液压调节系统，由于没有AST电磁阀，无一例外地设置了低压遮断电磁阀。目前电调装置的低压透平油部分仍然由汽轮机厂家供货，哈尔滨汽轮机厂和上海汽轮机厂的机组倾向于取消该低压遮断电磁阀，而东方汽轮机厂的机组还较多地保留。 一些机组液压调节系统DEH改造后，取消了低压遮断电磁阀。原因是：一方面AST电磁阀本身已非常可靠，且为4个串、并联结构，两个通道中每个通道至少有一只电磁阀误动，才可导致停机；而当需要停机时，电磁阀失电，此时两个通道中每个通道至少有一只电磁阀拒动，才可能停不了机，并且这样的设计为电磁阀在线活动试验提供了可能。另一方面，低压遮断电磁阀的引入，反而带来了误动的可能性。DEH在每次遮断之后，自动将转速目标值和设定值置为0 r/min，不会发生存在误挂闸主汽门自动开启后，可能存在的转速上升或飞升。对于未设置低压遮断电磁阀的机组，建议每次停机后应就地手动或远方遮断汽轮机，使危急遮断滑阀“掉闸”。在任何情况下，不得强行挂闸，这也是原国家电力公司“二十五项反措”的要求[3-4]。 4、危急遮断器设置的探讨 目前DEH的可靠性已经达到一个很高的水平，一些机组的改造中，将机械飞锤(飞环)超速保护取消，整个危急遮断装置及相关的部套不复存在。如《山东电力集团公司2001年发电系统重点补充反事故技术措施》第一条规定：对于汽轮机已进行高压抗燃油DEH改造的调速保安系统，转速保护有两套以上的，原则上不再保留机械式危急遮断器[5]。其优点是明显的，可以省去前轴承箱中危急遮断装置，同时不再需要相应的高压油源。虽然危急遮断装置的存在多一道冗余的保护(两个飞锤或飞环及相应的危急遮断器滑阀)，并且由于危急遮断器滑阀的“继电特性”，使机组掉闸后处于安全状态，符合传统安全、可靠的思想。 但不能否认，机械危急遮断装置有其不可避免的弊端，如固定飞锤弹簧预紧力的螺母在高速旋转中可能松脱，使动作值发生漂移，一些电厂存在危急遮断器误动的情况；一旦油中含有杂质、水分而锈蚀或部件出现卡涩、挂闸油压消失，则会引起拒动，对于所有保护均经过危急遮断器动作的机组是非常致命的；大修或新建机组飞锤的调整多消耗燃料又延误机组并网接带负荷，且调整的时候需要热态停止盘车，之后又面临热态启动，有时需反复多次，存在不安全因素；因为危急遮断器的存在，需要设置相应的注油试验装置，正常运行中每2 000 h需进行例行维护试验，因此而造成的误操作停机或飞锤动作后不能复位的现象时有发生；而开机时由于大滑阀上部研磨面检修不良或其他原因，可能导致挂不起闸；液压部套动作后传递时间延迟，使汽门总关闭时间加长；对于动作值在10%以下的机组，由于两个通道无法隔离，导致电气10%超速保护试验无法实际进行等。 而电子方式实现的超速保护动作值准确、迅速，不存在上述缺点。以前我国自己设计制造的机组调节系统为全液压系统，无一例外地设置了危急遮断器，随着国外技术的引入和DEH的出现及可靠性增强，许多进口机组没有危急遮断器，国外先进的制造商趋向于不设置机械超速，除非业主明确要求。如沙角C电厂660 MW机组为英法联合GEC-ALSTHOM公司设计制造，只有两个电子超速保护装置，运行至今，没有发生与该保护有关的事故。国内北方一些机组的改造中，取消了机械飞锤(飞环)超速保护，广东省绝大多数机组保留机械飞锤(飞环)超速保护。 |
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