汽轮机超速的原因分析及对策

　

第２７卷第４期２０１３年７

月

ＰＯＷＥＲ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ

Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．４

　

Ｊｕｌ．２０１３

汽轮机超速的原因分析及对策

关盼龙

（）西北电力建设调试施工研究所，西安７１００３２

摘　要：针对某机组甩负荷汽轮机超速故障，指出因电流互感器二次引线安装工艺不良导致７５０ｋＶ线路保护动作，并从发电机－变压器组电气保护定值不合理、汽轮机进汽阀门关闭时间较长、高压缸通风疏水阀开启太慢、高提出汽轮发电机组超速的预防措施。低压旁路阀门不具备快开功能等方面分析了汽轮机超速的可能性，

关键词：汽轮机；电流互感器；引线；超速；甩负荷

）中图分类号：ＴＫ２６７　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１６７１０８６Ｘ（２０１３０４０２６７０３－－－

ＣａｕｓｅＡｎａｌｓｉｓｏｎＯｖｅｒｓｅｅｄＦａｕｌｔｏｆａＳｔｅａｍＴｕｒｂｉｎｅａｎｄｔｈｅＣｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　　　　　　　　　　　ｙｐ

ＧｕａｎＰａｎｌｏｎ　ｇ

，Ｘ（）ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｉ＇ａｎ７１００３２，Ｃｈｉｎａ　　　　　　ｇ　

，Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｌｏａｄｒｅｅｃｔｉｏｎｏｖｅｒｓｅｅｄｆａｕｌｔｏｆａｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅａｎａｎａｌｓｉｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄ　　　　　　　　　　　　　ｊｐｙ，ｏｕｔｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈｔｈｅｏｖｅｒｓｅｅｄｆａｕｌｔｉｓｆｏｕｎｄｏｓｓｉｂｌｔｏｂｅｃａｕｓｅｄｂｉｎｉｔｉａｔｅｄｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｙｙｐ　　

ｏｏｒ７５０ｋＶｃｉｒｃｕｉｔｄｕｅｔｏｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｌｅａｄｏｆｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，　　　　　　　　　　　　ｐｇｙｙ　　，ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｅｔｔｉｎｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｅｎｅｒａｔｏｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｕｎｉｔｌｏｎｔｕｒｎｏｆｆｔｉｍｅｏｆｔｈｅ　　　　　　－　－　　　ｐｇｇｇ　　，，ｔｕｒｂｉｎｅｒｅｓｓｕｒｅｕｉｃｋｉｎｌｅｔｖａｌｖｅｓｌｏｗｓｔａｒｔｕｏｆｖｅｎｔｖａｌｖｅｏｆｔｈｅｈｉｈｃｌｉｎｄｅｒａｎｄａｂｓｅｎｃｅｏｆｏｅｎｉｎ　　　－　　　　　　　　　　　ｐｑｐｇｙｐｇ　

，ｏｆｔｈｅｈｉｈ－ａｎｄｌｏｗｒｅｓｓｕｒｅｂａｓｓｖａｌｖｅｅｔｃ．Ｃｏｒｒｅｓｏｎｄｉｎｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｕｔｆｏｒｗａｒｄｆｕｎｃｔｉｏｎ　　　　－　　　　　ｇｐｙｐｐｇｐ　ｆｏｒｏｆａｂｏｖｅｏｖｅｒｓｅｅｄｆａｕｌｔｓ．ｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　　　　　ｐｐ

；；；；Ｋｅｗｏｒｄｓ：ｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｌｅａｄｏｖｅｒｓｅｅｄｌｏａｄｒｅｅｃｔｉｏｎ　　　ｙｐｊ

１　故障过程

６０ＭＷ机组汽轮机是ＮＪＫ６６０　　某电厂２台６

／／单轴、一次中间再热、三缸２４．２５６６５６６型超临界、四排汽、海勒式间接空冷凝汽式汽轮机，发电机为ＱＦＳＮ６２台汽轮发６２三相同步汽轮发电机。

发电机电机组均采用发电机－变压器组单元接线，出口经主变压器接入７５０ｋＶ系统。７５０ｋＶ配电／装置采用３电气主接线按照２机２断路器接线，主变压器２变１线的不完全单母接线作为过渡，

高压侧和线路侧不设隔离开关，通过１条７５０ｋＶ线路接入７５０ｋＶ变电所。

２０１１年１２月１５日１９：０６：０７，７５０ｋＶ线路保护动作，２号机组发电机－主变压器出口开关导致运行机组突然脱网甩掉全７５１１断路器分闸，部负荷，电跳机保护未动作。脱网前机组运行参数见表１。１汽轮机超速保护系统９：０６：０８，（动作，进汽调节阀快速关闭，转速继续上ＯＰＣ）

收稿日期：２０１３０２２１－－

升。１汽轮机危急跳闸系统（９：０６：０９，ＥＴＳ）

汽轮机故障停机，锅炉主燃１１０％超速保护动作，。１料跳闸（汽轮机转速升至最高ＭＦＴ）９：０６：１０，／，然后转速下降，开始惰走，从机组值３４６５ｒｍｉｎ　／。甩负荷到转速降至３０００ｒｍｉｎ时间约６０ｓ　

表１　脱网前机组主要运行参数

项目机组负荷／ＭＷ　

数值６４６

项目

中压缸排汽温度／℃

数值３６０．５９

（·机组转速／００２．６ｒｍｉｎ－１）３　主蒸汽压力／ＭＰａ３．３１３４　２　主蒸汽温度／℃

５５６．６２

凝汽器压力／ｋＰａ１．６９５２　１　（·给水流量／００９．５３ｔｈ－１）２　（·总给煤量／０３．２８ｔｈ－１）３

再热蒸汽压力／ＭＰａ１１６３高压主汽调节阀开度／％７１．６１　４．　再热蒸汽温度／℃

５５８．９３

一段抽汽压力／ＭＰａ３７３２　６．　一段抽汽温度／℃

３６３．３６

调节级压力／ＭＰａ９．２５２３　１　调节级温度／℃

５３０．３３

三段抽汽压力／ＭＰａ９５７６　１．　三段抽汽温度／℃

４６０．５０

高压缸排汽压力／ＭＰａ４．３７３２　　高压缸排汽温度／℃

３１１．６２

四段抽汽压力／ＭＰａ９９６２　０．　四段抽汽温度／℃

３６０．７２

中压缸排汽压力／ＭＰａ１．０４８３　　

机组在单阀、ＣＣＳ协调控制方式运行　　注：

，作者简介：关盼龙（男，工程师，主要从事电厂汽轮机组调试与性能检测方面的工作。１９８３—）

：Ｅ－ｍａｉｌ６３．ｃｏｍｕａｎａｎｌｏｎ＠１ｇｐｇ

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２　线路保护动作原因

保护装置就地二次接　　故障发生后检查确认：线及电流互感器（二次电缆对地绝缘正常；ＣＴ）７５１１开关及一次系统设备未见异常；７５１１开关就地ＣＴ端子箱接线准确；７５１１开关本体Ｃ相）编号Ｃ及保护用ＣＴ接线盒处发现计量ＣＴ（Ｔ１１

）编号Ｃ内部异常连接。计量ＣＣＴ（Ｔ１３Ｔ１１绕组

Ｓ３引线搭接在线路保护ＣＴ１３绕组Ｓ３引出线螺

。根据机组故障录波器、见图１）钉上造成短路（

线路保护装置录波及ＤＣＳ记录数据综合情况，对线路保护ＲＣＳ９３１零序过流Ⅳ段动作图形－

发现Ｒ进行分析对比，ＣＳ９３１保护装置录波数据－其他两相均为０Ｃ相电流（Ｃ相有效值０．４Ａ，．２９

异常增大，其他录波数据显示Ｃ相电流与Ａ、Ａ）

。有效值０Ｂ相基本平衡（．２９Ａ）

图１　电流互感器引线绝缘损坏短路位置

该故障属平高电气　　从上述情况可以确认：

在二次引出线没有固定ＣＴ二次引线工艺不良，

致使引线落在接线螺钉的情况下安装金属套管，

上挤压造成隐性损伤，在开关断合震动冲击挤压下造成二次引线绝缘压坏。ＣＴ二次引线在２号由于导体回路电流增机组带６４６ＭＷ负荷后，大，ＣＴ膨胀导致ＣＴ１１绕组Ｓ３引线在ＣＴ１３出线Ｓ３端子螺钉处压裂短路。７５１１开关Ｃ相计量保护用ＣＣＴ变比为１０００∶１，Ｔ变比２０００∶１，　　７５１１开关运行时计量二次电流是流入保护二次

当内部出现异常情况造成二次回路电流的２倍，

连接后，流入计量的二次电流串入保护装置，造成零序过流保护动作，保护出口跳开７５１１断路器，引发机组脱网甩掉全部负荷。

汽轮机只有等待超速保护动作而停机，脱网瞬间机内仍进入了额定的蒸汽量冲动转子，这是汽轮机转速飞升较高的最主要原因。

）在２号机组整套启动前静态测得的进汽（２

阀门关闭时间（高压主汽调节阀关闭总时间均大，中压再热汽阀节阀关闭时间大于于３００ｍｓ）／均超过Ｄ汽轮机启动调４５０ｍｓＬＴ８６３—２００４《　

［］

试导则》中小于３这在一定程度００ｍｓ的规定２，上造成了汽轮机转速飞升的可能。各阀门关闭时间见表２。

表２　进汽阀门关闭时间

阀门名称１号高压主汽阀２号高压主汽阀１号中压再热汽阀２号中压再热汽阀１号高压主汽调节阀２号高压主汽调节阀３号高压主汽调节阀４号高压主汽调节阀１号中压再热汽调节阀２号中压再热汽调节阀３号中压再热汽调节阀４号中压再热汽调节阀

延时／ｍｓ动作时间／ｍｓ总时间／ｍｓ７８　６２　７８　８０　４２　２７　４３　４１　４６　２７　５４　４２　

２１６　２１６　３７９　３８４　２８６　３０４　２９４　２８５　１９０　２００　１８７　１９６　

２９４２７８４５７４６４３２８３３１３３７３２６２３６２２７２４１２３８

２

３　汽轮机超速原因

　　机组甩负荷后导致汽轮机超速的因素主要

主／再热汽阀门关闭的迟缓，危急保安器的整有：

定；旁路阀门的开启速度，通风疏水阀门的开启；

１］抽汽逆止阀的关闭［和保护逻辑的合理与否等

可能方面。根据事故追忆和历史数据曲线分析，有以下几个原因造成汽轮机转速飞升：

（）线路保护动作后跳开７而发１５１１断路器，电机－变压器组保护的设计是当线路保护动作后经２致使电跳机功．５ｓ延时才触发电跳机保护，能未能起到作用，主汽阀没能在第一时间关闭，

·３６９９３ｋｍ、　　根据汽轮发电机转子转动惯量值　ｇ

发电机效率９甩负荷前的机组转速和输出８．９％，

第４期

关盼龙：汽轮机超速的原因分析及对策

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功率可由表１得知，再通过下式可计算出转子时间常数约为５．５９ｓ

，转子初始飞升加速度约为８．９５ｒ／ｓ

２

。Ｊ＝

ＧａＧ

）２

＝（１）３０ｎ０αηＧｎ０３０η

Ｇ式中：Ｊ为转子转动惯量，ｋｇ

·ｍ２；Ｔａ为转子时间常数，ｓ；ｎ０为转子初始转速，

ｒ／ｍｉｎ；α为初始转子飞升加速度，ｒ／ｓ２

；ＰＧ为发电机出口功率，Ｗ；η

Ｇ为发电机效率，％。

假定机组甩负荷ＯＰＣ主开关跳闸回路的动作时间为１５０ｍｓ，再加上调节阀关闭前延迟时间５０ｍｓ

，根据计算的转子飞升加速度，在这一短暂时间内汽轮机转速可以快速超过３　１００ｒ／ｍｉｎ。如果阀门关闭时间较长或者关闭不严的情况下，转速飞升会更加剧烈。

（３

）汽轮机故障停机前旁路一直处于关闭状态，而高压缸通风阀（ＶＶ阀）在ＯＰＣ动作联开指令发出后，动作缓慢，ＯＰＣ动作后９ｓ打开；高排逆止阀前疏水阀在ＯＰＣ动作联开指令发出后

２１ｓ打开；高压导汽管放汽阀在ＯＰＣ动作联开指令发出后，左侧放汽阀５ｓ后打开，右侧７ｓ后打开，该阀门控制气源管道没有按照要求从空气引导阀后接出。这些通风疏水阀门没有快速开启使得高压缸内积聚的高压蒸汽不能快速排放至凝汽器，而继续留在高压缸内做功，也是造成超速的一个因素。

（４）该机组配置３０％ＢＭＣＲ容量的电动旁

路，不具备快开功能，高压旁路阀门全行程时间为１７ｓ，低压旁路阀门全行程时间为２５ｓ

，这种设计不利于机组甩负荷时超速的抑制。查看历史曲线，机组脱网后的８ｓ，主蒸汽压力快速上升至２７．２ＭＰａ时旁路才离开关位。蒸汽未能及时通过旁路排放至凝汽器，减少缸内蒸汽的加速能量。

４　汽轮机组超速防治对策

　　鉴于机组在基建调试期间，

系统设计、技术管理、

运行维护、安装调试等方面存在一些漏洞，因而提出了如下预防措施：

（１）现场全部更换ＣＴ四组绕组二次引线，将ＣＴ引线在ＣＴ本体先固定好，防止ＣＴ组装过程中发生引线叠加，避免同类问题再次发生。（２）ＣＴ组装后进行各项电气试验，并保证试验结果合格；对发电机－变压器组出口７５１１开关电流、电压二次回路进行全面检查，确保流入保

护装置的电流、电压回路正常。

（３）取消发电机－变压器组电气保护的２．５ｓ

延时，当７５１１开关断开直接触发汽轮机跳闸；普查各项保护逻辑及定值，修补完善不合理的地方。

（４）调整弹簧紧力，缩短阀门关闭时间；重点测量ＯＰＣ主开关跳闸回路序列的动作时间，获取主开关跳闸瞬间到调节阀关闭至空负荷位置及全关闭瞬间的时间间隔，检查其快速性和可靠

性，使之成为大修后、启动前的例行试验［

３］

。（５

）高压缸通风阀加装快开电磁阀，使其开启时间小于１ｓ；改造高压导汽管放汽阀气源管道，使其能快速打开；检修调试动作缓慢的疏水阀，

使之能迅速打开。（６

）定期进行抽汽逆止阀活动试验，应保证其关闭严密且连锁动作可靠，并测定阀门关闭时间（包括延迟时间），时间应符合设计要求。（７

）严格按照运行规程要求投入旁路系统，在汽轮机甩负荷或事故状态下，旁路系统必须正常投运。建议电厂进行可靠性和经济性调研分析，

利用合适机会改造旁路，使其具有快开功能。（８

）加强ＥＨ系统工作油、润滑油滤油工作，严防电液伺服阀（包括电液转换器）、卸荷阀、单向阀等部套卡涩、漏油。在油质及清洁度不合格的情况下，严禁汽轮机启动。

（９

）加强人员培训，防止保护误动；制定严格的规章制度，

优化工作程序。　结语

　　近年来，

国内大容量、高参数中间再热机组迅猛发展，

而超临界汽轮机转子转动惯量相对亚临界较小，

转子时间常数也随容量增大而变小，因此在甩负荷时容易引起过高的动态转速，对电力系统的稳定很不利。新建机组基建期间，安装调试工期紧凑，难免出现技术管理层面的漏洞，这就要求调试和运行人员更加重视每个环节，通过试验和计算验证系统及设备保护逻辑的合理与否，及早发现问题并分析处理。参考文献：

［１

］胥传普，曹祖庆．回热系统甩负荷抽汽倒流特性对机组的影响［Ｊ］．汽轮机技术，１９９４，３６（３）：１６５－

１７０．［２］中华人民共和国国家发展和改革委员会．ＤＬ／Ｔ　

８６３—２００４汽轮机启动调试导则［Ｓ］．北京：中国电力出版社，２００４．［３］田丰．关于汽门关闭时间、特性及严密性试验的探讨［Ｊ］．电

力安全技术，２００２（１１）：２９－

３１．５