第十章熱工信號及保護

1、 授課教師授課教師: 毛忠國毛忠國二零零九年八月二零零九年八月六盤山六盤山電廠電廠300MW機組培訓(xùn)班熱控授課提綱機組培訓(xùn)班熱控授課提綱 第十章 熱工信號系統(tǒng)及熱機保護 熱工信號系統(tǒng)及熱機保護是熱工自動化技術(shù)的重要組成部分。反映了機組自動化水平的高低，它們的功能是：當(dāng)運行參數(shù)異常時發(fā)出報警信號，提醒運行值班人員注意，并采取必要干預(yù)措施，而當(dāng)設(shè)備異?；騾?shù)達到危險值時，保護裝置工作，以保證設(shè)備及人身安全。 第一節(jié) 熱工信號系統(tǒng)的作用和分類一、熱工信號系統(tǒng)的作用 當(dāng)熱力設(shè)備的運行參數(shù)達到或超過規(guī)定值（越限）或著設(shè)備發(fā)出異常現(xiàn)象時所發(fā)出的報警信號，稱為熱工信號，其作用是通過聲響、燈光及顏色等信號指示

2、設(shè)備的運行狀態(tài)；報導(dǎo)設(shè)備在運行中的異常和報警情況；提醒運行值班人員注意，采取主要的措施，使熱工參數(shù)恢復(fù)正常，因此熱工信號對提高機組運行的安全性和經(jīng)濟性、改善運行人員的勞動條件，具有十分重要作用。 二、熱工信號系統(tǒng)的分類 熱工信號根據(jù)其用途和性質(zhì)可分為： .狀態(tài)信號 一般由信號指示燈用來表示熱力系統(tǒng)中設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。在由構(gòu)成的大機組熱控系統(tǒng)上，由操作員站的圖形顯示以下不同顏色來指示被監(jiān)控設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。例如：以紅色表示設(shè)備的“運轉(zhuǎn)”或“開啟”，以綠色表示設(shè)備的“停止”或“關(guān)閉”。運行人員通過這些信息，隨時了解當(dāng)前機組設(shè)備的運行狀況。 .越限報警信息 熱力系統(tǒng)中所有設(shè)備應(yīng)該運行在正常狀態(tài)下。熱力系

3、統(tǒng)中的介質(zhì)參數(shù)必須保持在一定的安全范圍之內(nèi)，參數(shù)安全規(guī)定值可以有值、值、甚至值。一旦設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化，運行介質(zhì)參數(shù)（例如，汽溫、汽壓、液位等）超出規(guī)定范圍。則及時發(fā)出報警信號，如“主蒸汽壓力高”、“除氧器水位低”等等，以提醒運行值班人員密切關(guān)注報警工況，采取有效措施。 .趨勢報警信號 一些專門報警裝置或系統(tǒng)，具有智能化處理功能，它們對有些熱力系統(tǒng)中的參數(shù)變化速率和報警信息“惡化”方向予以比較處理，向運行人員提供報警變化趨勢信息，指示參數(shù)變化速率為運行人員提供操作指導(dǎo)。 .跳閘報警 當(dāng)設(shè)備運行工況惡化到危及機組運行安全或設(shè)備本身安全時，保護裝置將發(fā)出跳閘指令，以保護設(shè)備和機組安全同時報警系統(tǒng)發(fā)出

4、聲光報警信息，指示故障點或故障設(shè)備名稱。 第二節(jié) 熱機保護 一、熱機保護的目的 在機組運行中，如果某些熱工參數(shù)已達到了極根限值，而運行人員不能及時排除或者處理不了，甚至操作失誤，或者自動裝置失靈無法處理事故時，都有可能使事故進一步擴大，直接危及機組和人身安全。例如，汽輪機的軸向位移太大，會嚴重損壞汽輪機； 汽輪機的轉(zhuǎn)速太高，會造成飛車事故；鍋爐汽包水位太高或太低，會造成滿水或缺水事故；鍋爐如果發(fā)生滅火，又不能及時切除送入爐膛的燃料，則會造成爐膛爆炸事故，等等。這不僅會造成重大的經(jīng)濟損失，還有可能發(fā)生人身傷亡事故。為此，在機、爐等主要設(shè)備上都裝有各種相應(yīng)的保護裝置。例如，鍋爐裝有安全門，在汽壓過

5、高時自動頂開；汽輪機裝有危急保安器在轉(zhuǎn)速過高時自動停機。 但是，僅依靠一些機械裝置對機組實行安全保護是遠遠不夠的，還必須裝有可靠的自動保護裝置，并根據(jù)熱工信號越限值的不同，實行相應(yīng)的熱工保護：進行局部操作的保護、改變機組運行方式的保護、停止機組運行的跳閘保護。其中，跳閘保護是機組保護的最高手段，在熱工信號達到極限值有可能危及人身及設(shè)備安全時，保護裝置動作，自動緊急停機、停爐，以防止事故擴大，確保安全。 除熱工保護外，大型機組還設(shè)有較完善的連鎖保護裝置，主要用于鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等主機間，給水泵、送風(fēng)機、引風(fēng)機等輔機間的連鎖保護。例如，鍋爐事故停爐時，就會連鎖汽輪機脫扣、發(fā)電機跳閘，以保護主設(shè)

6、備；工作給水泵事故跳閘時，備用給水泵會自動投入，盡量縮小故障范圍。所以熱工保護常通過連鎖作用來實現(xiàn)，保護與連鎖即相互關(guān)聯(lián)又難以區(qū)分。 隨著機組容量的增大，運行情況的瞬息萬變，操作項目的趨勢增多，影響機組安全運行的因素很多，處理事故的過程更加復(fù)雜，因此，熱機保護更顯得重要。保護裝置的任何誤動作或拒動作，都會造成巨大損失，所以準確、實時、可靠的保護裝置和系統(tǒng)是大型機組啟動和安全運行的關(guān)鍵，并已成為電廠自動化的重要組成部分。為此，大型機組設(shè)置了一此專用自動保護系統(tǒng)和裝置，如爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)；汽輪機監(jiān)視保護裝置，簡稱裝置，為大機組的安全運行發(fā)揮了重要作用。二、熱機保護技術(shù) 在熱工保護中常用的

7、控制技術(shù)是定值控制和聯(lián)鎖控制兩種。 定值控制是熱工保護系統(tǒng)對熱力系統(tǒng)中的介質(zhì)參數(shù)進行監(jiān)測，當(dāng)介質(zhì)參數(shù)達到和超越限值時，熱工開關(guān)量變送器輸出一個觸點信號，驅(qū)動控制電路執(zhí)行保護功能。定值保護控制分如下兩種情況。 .定值啟、停設(shè)備控制 如汽輪機潤滑油系統(tǒng)，系統(tǒng)中有兩臺交流油泵和一臺直流油泵。正常時有一臺交流油泵維持潤滑油壓力，當(dāng)發(fā)生潤滑油壓力下降到某一規(guī)定值時，保護系統(tǒng)將啟動另一臺交流油泵并列運行。當(dāng)潤滑油壓力繼續(xù)下降到規(guī)定低限值時，保護系統(tǒng)將啟動直流泵并列運行。 .定值跳閘保護 例如，降氧器低水位保護系統(tǒng)中設(shè)有低值、低值和低值保護定值。當(dāng)水位低于值，低于值時，保護系統(tǒng)發(fā)出除氧器低水位報警提示信號；

8、當(dāng)水位低于值時，表明給水系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障，危及鍋爐供水，保護系統(tǒng)直接輸出跳閘信號，通過機組聯(lián)鎖保護系統(tǒng)，迫使機組停止運行。 聯(lián)鎖控制是指生產(chǎn)過程中具有先后次序，或交叉關(guān)聯(lián)的設(shè)備。按照工藝保護要求構(gòu)成邏輯聯(lián)系。在這些設(shè)備中的任一聯(lián)系結(jié)點上設(shè)備發(fā)生故障時，即形成邏輯聯(lián)鎖反應(yīng)，從而實現(xiàn)工藝系統(tǒng)的自動保護控制。例如，由于汽包水位波動超出規(guī)定極限值時，將引起緊急停爐保護動作，主燃料切斷保護信號（）將迫使送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、磨煤機、給水泵、汽輪機、發(fā)電機相繼跳閘，停止機組運行。 三、熱機保護的內(nèi)容 .汽機保護 （）汽機本體安全監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視項目有： 振動、轉(zhuǎn)速、差脹、偏心率、軸向位移、零轉(zhuǎn)速等。 （）

9、汽機事故跳閘系統(tǒng)跳閘和保護內(nèi)容如下： 超速跳閘、油壓低跳閘、軸承潤滑油壓低跳閘、凝汽器真空低跳閘、軸向位移大停機、汽機防進水保護、軸承振動保護、發(fā)電機主保護動作、軸瓦及推力瓦鎢金溫度超過極限值、高壓缸排汽溫度超過極限值、透平壓比低于極限值、手動跳閘等。 .鍋爐本體保護 當(dāng)發(fā)生下列條件之一時，鍋爐主燃料跳閘（）。 （）兩臺引風(fēng)機停 （）兩臺送風(fēng)機停 （）兩臺一次風(fēng)機停 （）風(fēng)量 （）汽包水位高值（三取二） （）汽包水位低值（三取二） （）爐膛壓力高（三取二） （）爐膛壓力低（三取二） （）爐膛火焰消失 （）燃料消失 （）電源消失 （）手動 .發(fā)電機定子冷卻水?dāng)嗨Ｗo 發(fā)電機定子冷卻水消失時，延時

10、后跳發(fā)電機，關(guān)主汽門停機。 .鍋爐、汽機、發(fā)電機之間的聯(lián)鎖關(guān)系 （）鍋爐，跳汽機、發(fā)電機；發(fā)電機解列，跳汽機、鍋爐；汽機跳閘，跳發(fā)電機、鍋爐。 （）在硬手操作臺上設(shè)有規(guī)程規(guī)定的手動跳閘按鈕，以備緊急事故情況下跳鍋爐、汽機、發(fā)電機。.重要保護回路冗余設(shè)計 （）汽機采用雙通道原理，可在線試驗。汽機設(shè)多個跳閘電磁閥，采用“二或一與”邏輯，即可防止誤操作和誤動作，又可防止拒動作。 （）重要的一次信號如爐膛壓力、汽包水位等均采用三取二邏輯。 .輔機保護 （）除氧器水位、壓力保護 （）高、低加水位保護 第三節(jié) 鍋爐系統(tǒng)的熱工保護 鍋爐的熱工保護設(shè)置取決于鍋爐參數(shù)，熱力系統(tǒng)構(gòu)造特點，所選用設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運行方

11、式等諸因素。本節(jié)主要介紹汽包水位高低保護、主蒸汽壓力保護、再熱器保護和爐膛安全保護。 一、汽包水位保護 汽包水位保護是指水位高、水位低保護。因為汽包水位過高或過低都會影響機組的安全運行。通常，由給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)將汽包水位維持在允許的范圍內(nèi)。當(dāng)水位由于某種原因達到保護的定值時，保護系統(tǒng)將采取不同的措施，確保鍋爐的安全。通常，汽包水位保護的定值分汽包水位高值、值和值。（對應(yīng)的汽包水位分別為、和）；汽包水位低值、值和值（分別為、和）。 1.汽包水位高保護 在實際使用中，汽包水位個保護定值的組合使用有多種形式。例如在有些鍋爐上，當(dāng)水位升高到高值時，保護系統(tǒng)發(fā)出水位高預(yù)報警信號，以引起運行人員注意，當(dāng)水

12、位繼續(xù)升高到高值時，高值和高值的“與”條件成立，保護系統(tǒng)自動打開事故放水門。水位高值信號同時作為水位高值信號的“與”條件。若水位繼續(xù)升高到高值時，則保護系統(tǒng)發(fā)生緊急停爐指令，強迫停止鍋爐運行。在水位達到高值放水后，若水位恢復(fù)到高值以下，表明水位恢復(fù)正常，則保護系統(tǒng)立即關(guān)閉事事放水門，以免汽包水位繼續(xù)下降。圖0表示了這一保護動作過程。.汽包水位低保護圖0是汽包水位低保護系統(tǒng)。 當(dāng)水位低值和低值相繼出現(xiàn)時，開備用給水門，當(dāng)水位低和低同時出現(xiàn)時，說明汽包水位已低到極限程度，保護系統(tǒng)立即發(fā)出緊急停爐指令。 當(dāng)水位在低、低、低或高、高、高值時，保護系統(tǒng)均向信號系統(tǒng)發(fā)出報警信息，向運行人員明示異常部位。

13、有些鍋爐系統(tǒng)上、水位高限值或低限值緊急停爐保護，常采用誤動率和拒動率較小的“三取二”信號法。如圖0所示。 二、主汽壓力保護 主汽壓力保護是指主汽壓力高保護。因為主汽壓力升高不僅會降低金屬的使用壽命，壓力過高還會有爆炸的危險。為了確保鍋爐安全運行，各種類型的鍋爐均裝有安全門，大型機組還裝設(shè)主汽壓力高保護裝置，保護定值一般也分主汽壓力高值、值和值。當(dāng)主汽壓力升至高值或向值時，該保護裝置動作，或停幾臺給粉機，降低燃燒強度，使汽壓下降，同時打開過熱器向空排汽門，放掉部分蒸汽，以泄壓；或自動投入高壓旁路系統(tǒng)，排放多余的蒸汽。在汽壓下降過程中，為穩(wěn)定燃燒，還需要應(yīng)投油助燃。當(dāng)負荷下降過快或者汽輪發(fā)電機組大

14、幅度甩負荷，使汽壓驟然上升到高值時，自動打開過熱器安全門，對空排汽，以防損壞鍋爐設(shè)備。 三、再熱器保護 再熱器保護分為再熱器壁溫高保護和再熱器汽溫控制兩個方面。 .再熱器壁溫高保護對于中間再熱式機組來說，再熱器壁溫高保護是很重要的。在鍋爐點火啟動階段，受熱面被加熱，再熱器管道中的積水被蒸發(fā)，并且再熱器的部分或全部管道中幾乎沒有蒸汽流量，僅僅受到微量蒸發(fā)出來的蒸汽所冷卻，其冷卻能力是很差的，因而管壁溫度接近煙氣溫度。一般來說，在啟動升壓階段，鍋爐的蒸發(fā)量小于額定值的，不能有效保證再熱器管壁溫度在安全范圍。此外，在汽輪機沖轉(zhuǎn)前，過熱器、再熱器的通汽流量受到旁路系統(tǒng)限制；汽輪機沖轉(zhuǎn)后又受到汽輪機流通

15、量的限制，因而再熱器管道中的蒸汽通流量受到運行工況的影響和限制，如果通流量較小，就會使再熱器壁溫升高。再者，在某些事故情況下，例如中壓調(diào)門關(guān)閉，旁路門關(guān)閉等都會使再熱器中蒸汽流量驟減而升溫。因此對再熱器避溫升高應(yīng)該有必要的保護措施。 圖0是鍋爐點火啟動時的再熱器保護原理框圖。當(dāng)煙溫超過規(guī)定限值時，應(yīng)停運若干個油燃燒器，并及時調(diào)整風(fēng)量，降低煙溫。若煙溫繼續(xù)升高，超過高限值，則切斷主燃料（），迫使緊急停爐。在鍋爐啟動成功后，再熱器中有足夠的蒸汽流通量，該項保護可手動切除。 圖0是某國產(chǎn)亞臨界中間再熱式機組上的再熱器事故保護邏輯。有以下幾種情況將發(fā)生動作以保護再熱器。（）汽機跳閘時燃料量，并且鍋爐熱

16、負荷，則動作。（）汽機跳閘時燃料量額定值，并且發(fā)生中壓調(diào)門與低壓旁路門同時關(guān)閉，或者發(fā)生主汽門和高壓旁路門都關(guān)閉，則動作。 （）發(fā)電機并網(wǎng)后發(fā)生中壓調(diào)門和低壓旁路門都關(guān)閉，或者發(fā)生主汽門和高壓旁路門同時關(guān)閉，則動作。 （）發(fā)電機尚未并網(wǎng)，但油燃燒器個投入運行，并且發(fā)生中壓調(diào)門和低壓旁路門關(guān)閉，或者高壓旁路門和主汽門都關(guān)閉，則動作。 .再熱汽溫控制 在機組運行過程中，有效地控制再熱汽溫是保護再熱器的重要要手段，通常再熱汽溫通過改變煤粉燃燒器的上、下擺動角度來控制的。再熱汽溫低時可使燃燒器的擺角上仰，而再熱汽溫偏高時則將燃燒器的擺角下傾。 在再熱器管道上，還設(shè)計有事故噴水控制。由于噴水調(diào)節(jié)再熱汽溫

17、會降低機組的經(jīng)濟性，因此，正常運行時一般不用噴水來調(diào)節(jié)再熱汽溫。但是當(dāng)再熱汽溫超過允許的限值時就不得不使用噴水減溫來保護再熱器。 四、爐膛燃燒安全保護 爐膛運行安全監(jiān)控保護主要有以下任務(wù)： （）在鍋爐的啟、停和運行過程中，控制輕、重油槍的正常進、退和點火，實現(xiàn)對磨煤機、給煤機等制粉設(shè)備的啟、停操作，監(jiān)視各層燃燒器的火焰運行情況。發(fā)現(xiàn)異常，則退出油槍或停止制粉設(shè)備投用。 （）防止爐膛爆炸。當(dāng)發(fā)生危及組安全和鍋爐安全的嚴重事故時，則產(chǎn)生跳閘信號，切斷主燃料，防止在爐膛內(nèi)積存可燃爆的氣粉混合物。在發(fā)生后，維持爐內(nèi)通風(fēng)，并進行跳閘后的爐膛吹掃，清除爐膛和尾部煙道中的可燃混合物，以防爐膛爆炸。在每次點火

18、前，都必須進行爐膛吹掃，以確保爐內(nèi)無可燃混合物。 （）對強制循環(huán)汽包爐，必須保證爐水循環(huán)泵的正常運行。臺爐水泵中至少應(yīng)有臺運行。如果不能維持最后臺爐水泵的運行，則發(fā)出信號，強迫緊急停爐。 第四節(jié) 汽輪機系統(tǒng)的熱工保護 大型汽輪機系統(tǒng)的熱工保護有：本體機械參數(shù)監(jiān)控、防進水保護、輔機保護和緊急跳閘保護。 一、汽輪機本體監(jiān)控保護 對大型汽輪機的機械和熱工參數(shù)的監(jiān)視，常配置專用系統(tǒng)(TSI系統(tǒng),已在DAS中講過)。 二、汽輪機防進水保護 隨著機組容量的增大，汽輪機本體結(jié)構(gòu)也越加復(fù)雜，發(fā)生汽輪機進水、進冷汽的事故可能性也增大。一旦發(fā)生汽輪機進水、進冷汽就造成汽輪機大軸彎曲、葉片損壞等嚴重后果。因此，必須

19、采取防止汽輪機進水的保護措施。 可能造成汽機進水的相關(guān)系統(tǒng)有：（）主蒸汽管道和疏水系統(tǒng)；（）再熱蒸汽管道和疏水系統(tǒng)；（）再熱減溫系統(tǒng)；（）抽汽管道和疏水系統(tǒng)；（）汽輪機汽封管道和疏水系統(tǒng)；（）主蒸汽減溫噴水系統(tǒng)；（）汽輪機疏水系統(tǒng)；（）給水加熱器管道和疏水系統(tǒng)。 三、輔助系統(tǒng)與保護 .推力瓦溫度監(jiān)視 為了能使汽輪機各道軸承正常工作，必須建立合適的潤滑油溫度，并監(jiān)視軸承的工作溫度。潤滑油的溫度過高，會使油的粘度下降，引起軸承油膜不穩(wěn)定甚至被破壞；油溫過低，就建立不起正常的油膜。這兩種情況都會引起機組的振動，甚至燒壞軸瓦。 潤滑油溫度通過調(diào)節(jié)冷油器的出口溫度來維持正常運行值，而軸承的工作狀況通過測

20、量推力瓦塊的溫度來監(jiān)視。 對于軸承溫度高監(jiān)視保護，在不同的機組上采用不同的策略。例如有的機組上，在推力軸承回油溫度高于和支持軸承同油溫度高于時報警，兩者均高于時發(fā)出停機信息。 .軸承潤滑油壓低保護 潤滑油壓力過低，將使汽機各軸承的油臘受到破壞，嚴重時可能會使支持軸瓦和推力軸瓦的烏金瓦面熔化，使汽機軸向位移增大，動、靜部分發(fā)生摩擦和碰撞，損壞機組。因此，必須采取低油壓保護措施。 潤滑油壓力保護分兩個階段。首先，在運行中，當(dāng)潤滑油壓力降低到規(guī)定值時，由油壓聯(lián)鎖控制回路啟動輔助油泵（交流油泵或直流油泵），以恢復(fù)潤滑油壓力；第二，如果潤滑油壓力下降到極限值時，低油壓保護回路動作，迫使汽輪機主汽門關(guān)閉，

21、停止汽輪機運行。 .凝汽器真空低保護 凝汽器真空不僅影響汽輪機的運行經(jīng)濟性，而且對機組的安全影響也很大。所以，必須進行低真空保護。運行中無論何種原因引起凝汽器真空下降，且超過規(guī)定的低限值時，都應(yīng)首先降低汽輪機負荷。例如，一般情況下，機組在額定負荷下運行時，真空不低于。若真空下降了，則應(yīng)發(fā)出報警信號，若繼續(xù)下降，應(yīng)啟動備用循環(huán)水泵和備用抽汽泵；如果真空值下降到以下，應(yīng)采取減負荷措施。真空下降到時，負荷應(yīng)降到零，真空下降到時，應(yīng)關(guān)閉主汽門，立即停機。 四、汽機緊急跳閘保護系統(tǒng)（） .的主要功能 汽輪機緊急跳閘保護系統(tǒng)（ ），簡稱，是汽輪發(fā)電機緊急情況下的安全保護系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生下列情況之一時，將使危急

22、遮斷電磁閥失磁，迫使的調(diào)節(jié)抗然油泄壓而停機。（）汽輪機電超速；（）軸向位移大；（）汽輪機潤滑油壓力低；（）油壓力低；（）凝汽器真空低；（）用戶要求的遙控脫扣保護。 上述（）（）項保護功能是由各自通道接受控制繼電器或邏輯開關(guān)觸點信號直接引發(fā)保護動作的。而第（）項所包含的保護內(nèi)容，則由用戶根據(jù)機組各系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護來確定。通常包含以下保護項目。（）汽輪機手動停機；（）主燃料跳閘（）；（）鍋爐手動停爐；（）發(fā)電機跳閘；（）高壓缸排汽壓力高限；（）汽輪機振動大；（）直流電源故障。 以上信號源自各個保護系統(tǒng)，“手動停機”和“手動停爐”信號由操作員在運行操作臺上手動完成。它們通過外部繼電器信號組合后送入的遙控接口用戶要求的遙控脫扣保護信號接入，它們當(dāng)中，任何一個參數(shù)超越極限值，就將驅(qū)使送出緊急停機跳閘指令，泄放油壓，關(guān)閉汽輪機的所有進汽閥門，迫使汽輪機緊急跳閘，以保障設(shè)備安全。第五節(jié) 單元機組的熱工保護 對大型機組來講，大多保護任務(wù)由系統(tǒng)來實現(xiàn)。當(dāng)