电厂汽轮机的超速保护和转速监控

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

应 用 技 术暑 ---电厂汽轮机的超速保护和转速监控张天林-- 汽轮机超速危害汽轮机是在高温 高压下高速运转的设备.其机组转速在并网运行中体现了机械功 与电功率的平衡关系 .反映 了供 电质量 。是机组安 全的重要指标。当遇到突然甩负荷等事故工况.-旦调速系统失灵，动作过慢，汽轮机转速就会迅速上升.严重时将会发生超速现象。由于汽轮机高速旋转时.各转动件会产生很大的离心力 ，转速越高离心力越大 ，-旦汽轮机超速 ，其零部件在工作过程中将因承受极大的离心力而受到严重损伤.甚至发生飞车”的恶性事故. 因此.为了保证机组的安全运行 .必须严格监测汽轮机的转速.-旦发生故障.通过超速保护装置及时有效地采取保护措施二 汽轮机超速保护工作原理对于大功率机组.汽轮机超速保护装置-般要装设三套 ：即危 急保安器 (或危急遮断器 )超速保护装 置 、附加超速保护装置 和电气式超速保护装 置 .若 有特殊要求 .还可装设汽轮机危 急遮断器 电指示装置 .用 以指示危急遮断器是否工作汽轮机超速保护的基本流程：在汽轮机工作过程中，转速监视器能持续测量汽轮机转速.-旦汽轮机转速超过允许极限，发出报警信号.超速保护装置动作 .按照需求关闭相关阀门.采取相应保护措施汽轮机超速保护装置的基本功能如下：1.防护：创造条件.防止威胁汽轮机运行安全的异常情况发生。

2.救护：当异常情况发生但不严重时(例如当转子转速超速到 103%额定转速时).应积极采热护措施.避免情况恶化 ∩暂时关闭调 节阀 .使进气量减少 .避免汽轮机进-步超速。

3.危 急遮 断 ：当异常情况发生 到严 重威胁汽轮机运行安全的程度时 (例如当转子转速超速到 l10%额定转速时).应迅速关闭所有 主汽 阀和 调节阀 .遮断汽轮机的进汽通道 .实现紧急停 机 、注意 .超速保护装置 动作 后 .还 需持续监视 转速表和 周波表的指示值 如果其指示值超过允许极限值并继续上升时 .说明 主汽 门和调速汽门关闭不严 .应眷 关闭隔 离汽 门(或总汽门)，切实切断进汽。以保护机组安全三 汽轮机转速的测量方法对于汽轮机的安全运行 .机组转速 的测量尤为关键 .其测量方法有 多种 ，常用的有离心式 、测速发 电机式 、磁阻式 、磁敏式 、电涡流式等测速方法 - 般汽轮机转速要采 用多种方法 同时测量 .在机 组安装多个测速传感 器 .以保证汽轮 机转速测量的准确无误 。最大程度减少测量误差1.离 心式测速 离心式转速表是根据惯性离心力的原理制成的.主要由传动部分、机芯和指示器三部分组成。测量转速时 .转速表 的轴接触汽轮机的转轴 .转速 表内离心器 上重锤在惯性离心力的作用下离开轴心.并通过传动装置带动指针转动 在惯性离心力和弹簧弹性力平衡时指针指示在-定位置.此位置表示轴的转速2.测速发电机测速 测速发电机是-永磁交 流式 三相 同84暖 圜 2013'l期步发电机，它将转速转换成电压信号 .然后进行测量和保护其测速和保护装置示意图如图 1所示。

Ⅲ图 1 测速发电机 测速示意 图I.测速发 电机 Ⅱ.转速测量部分 Ⅲ.超速保护部分1.就地指 示器 2.远 方指示 器 3.自动记 录表 4.整 流 器5.整流器 6.超速保护回路测速发电机 1的转子通过弹簧联轴节与汽轮机转子前端相连接.测速发电机的转子上有三个永久磁极.静子为三个互成 120。的电极.每个极上套有-个绕组 当转子旋转时。

静子绕组中感应 的电动势 EfV1为：EK(Wqb/60)n10 .V上式 中 K为 系数 ；W 为 静子 绕 组 匝 数 ；中 为磁 通 量 ，Wb；n为转子转速 .r/min测速发电机输 出的频率为 ：fPn/60，Hz.式 中 P为转子磁极对数。

由以上两式可见.静子绕组匝数 W、磁通 中和磁极对数P是常数.因此测速发电机的输出电动势或频率是与转速成正比的.这样便于采用电压表或频率表来测量如图 1所示 .绕组 lJl和 L2输 出的交流信号分别经整流器 4和 5整流成直流 电压后 .加到由电阻和电位器组成的分压器上，从电位器取出电压，分别接到就地指示器 1、远方指示器 2和自动记录表3.由它们指示或记录转速值 绕组 L3接到由晶体管和继电器组成的超速保护回路 6 当汽轮机转速超过额定值的 10%时.继电器工作.接通信号回路和保护回路.发出超速信号和自动停机信号3.磁阻测速 磁阻测速方法如图2所示.其传感器主要由永久磁铁和感应线圈等组成 测量时.先在被测轴上放置- 导磁材料制作的60齿齿轮(正 、斜齿轮或带槽达到圆盘都可以)，然后在与齿顶相对的位置上安装磁阻测速传感器。

磁阻测速工作原理如下 ：当汽轮机主轴带动齿轮旋转时.齿轮上的齿经过测速传感器的软铁磁轭处 .使测速传感器的磁阻发生变化 当齿轮的齿顶与磁轭相对时，气隙最小。

磁阻最小，磁通量最大.线圈感应出的电动势最大：反之 ，齿槽与磁轭相对时.气隙最大.线圈产生的感应电动势最小 齿轮每转过-个 齿.传感器磁路 的磁 阻变化-次 .因而磁通量 IY ， ， ， ， ， ， lN s玉 l t I、 f> ， l ， ， ，图 2 磁 阻测速示意图1.感应线 圈 2.软铁磁轭 3.永久磁铁 4.支架也变化-次.线圈中产生的感应电动势为：EW(dqb/dt)10 ，V上式中，W为线圈匝数； 为磁通量。

即 ：fnz/60.Hz上式中，n为旋转轴的转速，r/min；z为测速齿轮的齿数。

当z6O时。f-n.即传感器感应到交变电动势的频率数等于轴的转速数值4.磁敏测速a.传 感器 安装 b.测量电路图 3 磁敏测速示意 图1.标 准齿轮 2.传感 器 3.磁 敏 电阻 4.稳压 器 5.触发 电路 6.放 大电路磁敏测速方法如图 3所示.其传感器采用磁敏差分原理进行转速测量 .内部装有-个小的永久磁铁 .在磁铁上装有两个互相串联的磁敏电阻。测量时.先要在被测轴上安装软铁或钢等材料制成的 60齿标准齿轮.然后在与齿顶相对的位置上安装传感器.如图3a所示。两个磁敏电阻 R1、R2串联接成差动电路.与传感器电路中的两个定值电阻 R3、R4组成-个惠斯顿电桥.如图3b所示磁敏测速工作原理如下：当齿轮的触发标记旋转到某-角度时，两个磁敏电阻阻值发生变化 ，-个阻值增加 .另-个阻值减小，桥路失去平衡，输出正向电压：当触发标记旋转到另-个 角度时 .桥路反 向不平衡 .输 出反向电压 。电桥输 出的电压信号经触发电路5和快速直流放大电路 6.成为-个边沿很陡的脉冲信号5.电涡流测速。采用电涡流传感器测速时.在旋转轴上开- 条或数条槽.或者在轴上安装-块有轮齿顶圆盘或圆板。

在有槽的轴或有轮齿的圆板附近装-只电涡流传感器 当轴旋转时.由于槽或齿的存在.电涡流传感器将周期性地改变输出信号压力，此电压经过放大、整形变成脉冲信号，然后输入频率计指示出脉冲数 .或者输入专门的脉冲计数电路指示频率值。此脉冲数(或频率值)与转速相对应 如轴上有-条槽或-个齿 。频率计指示 l Hz相当于转速为 1 r/s：如有 60应 用 技 术暑 个槽或齿.若频率计指示 3000 Hz.则转速为 50 r/s或 3000 r/min，这时每分钟的转数就可直接读出。如果轴上无法安装有轮齿形圆板或者不能开槽.那么也可利用轴上的凹凸部分来产生脉冲信号，例如轴上的键槽等。

图4 数字转速表测量原理框图数字转速表的测量原理-般为采用计数法测频率.即在- 定时间间隔内对被测脉冲进行计数 .如图4所示 测量时。

首先由传感器将转速转换成数字脉冲信号.通过整形电路将脉冲信号变换成窄脉冲信号送人门控电路的输人端 门控电路实际上是-个具有与”门功能的电路.当控制端 C为高电平时.与”门电路导通.送至控制端 C的基准时间信号是由高精度石英晶体振荡器产生的震荡信号，经整形、多级分频后形成。因此门控信号是-个宽度为Tct2-t.的矩形脉冲。在Tc时间内.被测信号 fx通过门控电路输入计数器计数。例如，在计数时间 Tc内发出N个脉冲，则被测轴的转速 n为：n60 N/mt上式中.N为计数器读数：in为转轴上的标计数或轮齿数：t为计数时间.s。

这种数字式测频法 .由于存在固有的量化误差.当转速很低时.数字转速表的准确度很低，因此，数字转速表有-个最低 的转 速测 量值四、结论当汽轮机工作异常时.会发生超速现象.甚至对汽轮机机组造成严重损伤。因此。为了避免汽轮机超速现象.最大程度降低汽轮机超速带来的危害.必须对汽轮机转速进行严格监测 .并添加超速保护装置。汽轮机超速保护装置-般装设三套 ：危急保安器(或危急遮断器)超速保护装置、附加超速保护装置和电气式超速保护装置，主要完成防护、救护、危急遮断三种超速保护功能 为了能够及时发现汽轮机发生超速 .第-时间动作超速保护装置.汽轮机转速的测量方法极为关键，目前主要有离心式测速、磁阻测速 、磁敏测速、电涡流测速、数字转速表测速等方法。-般汽轮机转速要采用多种方法同时测量.在机组安装多个测速传感器 .以保证汽轮机转速测量的准确无误 。最大程度减少测量误 差。