马新立

（国电怀安热电有限公司，河北 张家口 075000）

随着汽轮机工作中频频暴露的问题，人们开始意识到加强对汽轮机热工程保护系统实际改造的重要性，而通过对两个或两个以上单元的并联工作模型进行拓展，使各单元平均各自负担工作，减轻单元的工作负荷，进而减少汽轮机超速引起的轴断裂现象，此项技术被称为冗余改造技术。从冗余改造技术基本原理来看，其分为工作冗余和后备冗余两种，简单来说，冗余技术就是分担原来各单元的工作负荷，然后在通过时间、指令、空间等进行冗余，如利用时间冗余来阻碍干扰信号、通过冗余指令来协调各个单元工作程序，使其之间互不干扰、通过利用空间冗余判断辨别干扰或转换硬件等。

1 汽轮机热工保护概述

结合汽轮机热工程的内容来看，其保护概述可以从保护目的和保护原则两方面进行介绍，具体如下：第一、汽轮机热工程的保护目的。热轮机热工程中，如何保证汽轮机飞行在正常的频率范围内是其主要目的，但是在现实中热轮机在工作中因过大的工作负荷，经常会出现汽轮机排汽倒流的现象，这就好比高速飞行转动的电机突然遭遇液体和气体的袭击，所以常常会出现汽轮机飞行超速的现象；同样工作负荷过大会导致电机异常负荷而出现一些列的事故，影响汽轮机的工作，因此说加强对汽轮机热工程的保护其实是在规避排汽倒流或发电机异常负载而导致的汽轮机飞行超速现象。同样值得注意的是，加强对汽轮机热工程的保护其本质是提高汽轮机热工程保护系统的可靠性，使其既要保证机组运行的安全性，同时还要最大限度的降低或避免失误操作[1]；第二、汽轮机热工程的保护原则。汽轮机热工程的保护原则和其保护改造的目的息息相关，其保护目的决定了其保护的原则和宗旨，而保护原则则是保护目的措施的进一步细化。首先，我们在保护改造的过程中要首先保持各单元冗余改造中的融合性及协同性，不能因改造而致使各单元之间出现系统排斥的现象；其次，我们要在保护改造的过程中减少失误操作的现象，提高系统的安全性和可靠性，例如结合改造的实际情况，采取有序渐进的方案进行保护；最后，在保护改造的过程中要将可靠性之外的意外情况考虑在其中，例如电路改造、电气主汽门联动关闭、电汽供应热保护等，降低意外情况发生。

2 汽轮机热工程保护的重要意义

汽轮机热工程保护是汽轮机正常工作的前提基础，加强对汽轮机热工程的保护有着重要的意义，现将其总结如下：第一、是汽轮机热工程保护技术发展的所需和必然趋势。在不断的发展中，汽轮机的蒸汽参数不断在升高，随之热力系统也会开始变得复杂起来，而为了保证汽轮机的正常运转和工作，我们就要对汽轮机的机组进行安全维护，因此需要对其进行改造。一般对汽轮机的改造技术要充分考虑经济性和可靠性两方面，即改造技术要运用有限的资源进行优化配置，同时要保证汽轮机机组系统运营的可靠性，例如在汽轮机的机件间隙等相关的设计上，让蒸汽参数实际缩小、在汽轮机的机组进行运行、停机以及启动的操作时，通过规范操作让其运转速度处于正常范畴内，进而达到保护的目的；第二、可以有效保障汽轮机机组的安全运行、启动和停机。汽轮机热工程在现实中为了将保护工作做到位，一般会对相关的蒸汽参数进行实时监控，以便在参数数值不正常时可以发出预警，提前相关人员或者实现系统的自动断开，降低故障事项。加强对汽轮机热工程保护可以有效解决上述实际问题，实现对相关参数的实时监控，同时如若在运行的过程中，出现参数数值异常，系统会自动启动停机状态，从而防止系统运行中出现安全事故等；第三、降低汽轮机在运行中出现的意外事故概率[2]。汽轮机在运行中极易因各种因素出现意外停机等现象，对此加强对其热工程的保护，简单来说就是降低各种意外故障出现的概率。一方面，随着汽轮机机组容量增加和汽轮机运行参数的快速提升，汽轮机运行热工保护系统设计难度也在不断升高，表现出一定的复杂性和多元性，另一方面在实际运行中为保障汽轮机机组运行的高效性，通常大家会选择缩小设计机组中的机组间隙和轴缝隙，以此来提高汽轮机机组之间的稳定性能。

3 冗余改造技术在汽轮机热工程保护中具体应用

3.1 保护回路冗余改造技术

保护回路指的是对汽轮机的各独立回路进行保护，从而实现各独立回路之间的安全运行，保障汽轮机的安全停机，而保护回路冗余改造对于汽轮机组的安全稳定运行、机组启动停止、指令执行的准确性和及时性等发挥了重要的保障作用。首先，传统回路保护是通过单一的主回路进行回路保护设计，而改造后的冗余保护回路是在保留原有主回路系统功能的基础上，新设两个独立回路，同时要保证主回路和其他新设独立的回路中任意一个回路发生障碍事故，都能够保障汽轮机的安全停机，实现保护回路的冗余。其次，在分析改造前和改造后的保护回路可以发现，改造前的保护回路设计缺乏稳定性和准确性，如主回路出现故障则会造成设备机组的安全起止无法正常运行，实现其基本的保障作用，而改造后的保护回路冗余设计通过设计两个独立回路，使其与原主回路形成三道保护回路系统网，降低故障率。最后，在实际回路保护中可发现，机械自锁常常会存在很严重的卡壳现象，导致回路保护指令失灵或执行不到位，为了避免上述现象的发生，我们在回路保护冗余技术设计中就将其更换为不带机械自锁的电磁阀进行取代，一方面其可以避免电磁阀线圈不被高负荷工作，满足长期带电的需求，另一方面其可以保障自动主汽门的可靠关闭。综合上述来看，我们在保护回路冗余技术设计中除了要考虑拿到分摊主回路负荷的基础上创新电磁阀，同时还要引入保安油路，保证电磁阀在关闭自动主汽门及调速汽门的指令动作有效可靠，且需适当增加手动操作功能，提升设备机组运行的安全稳定性。

3.2 信号发送冗余改造技术

信号发送冗余改造技术主要是为了解决汽轮机超速所导致的发电机甩负荷的问题，其原理是将汽轮机中所有导致发电机故障负荷的所有电路设备的保护信号分解成无数干路，再传送到热工程，达到保护热工程的作用，这样汽轮机热工保护回路一旦接到信号传送的信息，就会自动启动停机指令，出现停机，就好比我们人体的味觉神经系统功能，当我们味觉神经向大脑发射出饿了的求救信号，我们就会寻找食物进行充饥，当我们进食饱腹后就不会再有很饿的意识。此项改造技术主要是因为汽轮机在运行中容易出现超速运行的情况，其不仅会导致汽轮发电机高负荷停机，还会影响整体工期的进展，影响汽轮发电机的稳定运行，是汽轮机安全事故的主要诱因之一。首先，我们选择出口继电器的接点输出信号作为跳发电机出口开关的保护信号，当汽轮机在运行中出现负荷故障情况等会触发任一保护动作分支系统中的跳发电机出口开关，但是却不会影响发电机跳闸保护动作指令的正常运行，从而实现发电机跳闸保护信号的冗余，简单来说就是在冗余改造技术中，通过设计若干线路进行意外情况的保护，同时将意外情况的保护信号通过传输线路传输到热工保护电路，使继电器可以及时准确的接收传输信号并下达自动跳闸动作指令，进而实现对机组的保护。

3.3 保护电源冗余改造技术

保护电源冗余改造技术主要是提高电源的利用率和稳定性，前面的保护电路冗余技术和信号冗余技术都是加强对汽轮机热工程稳定性和及时性的保护，而电源冗余改造技术是提高电路供电方式的性能，从而侧面加强对汽轮机热工程的保护。首先，当热工程中信号冗余系统的信号传输正处于对汽轮机的热工程保护中时，辅助电路和主路电路会处于各自的供电模式，互不打扰，但是一旦发生信号故障报停，辅助电路和主路电路也会受其影响在供电方式和稳定性上出现暂时性的不稳定，对此我们要加强对电源冗余改造技术的引用。其次，加强对电源冗余改造技术的引用，我们一般采取在快速关闭阀控制回路中用AC220V电源的方法进行，其一方面可以实现辅助电路和主路电路的互不打扰，另一方面可以改善报停状况下电路供电不稳定的现象，极大改善了电源应用中的冗余变化效果[3]。

3.4 执行机构冗余改造技术

为了进一步落实冗余改造技术，全面提升汽轮机各执行机构的运行效果，我们采取了执行机构冗余改造技术，即通过设置各相互独立的主回路和辅助性的保护回路对执行机构运行命令、传输和执行，进一步提升汽轮机执行机构的稳定性和可靠性。首先，汽轮机热工程的主保护回路和辅助保护回路的各自断路油门电磁阀之间有着紧密的关系，二者既息息相关，又相互独立，主要体现在无论是主保护回路，还是辅助保护回路，当回路的断路油门电磁阀接到指令发出动作时，汽轮机的主汽门和调速汽门仍会保持正常开启，实现电磁阀执行机构的冗余，达到保护汽轮机热工程的作用。其次，在汽轮机工作高负荷中容易出现外界故障致停机现象，例如抽汽逆止门或旋转隔板关闭不严密、因冲转所导致的飞车事故等，对此冗余改造技术中我们在原来的基础上增加补充措施，增加供热抽汽门保护、联动关闭电动主汽门等相关执行机构，以此来避免上述的外界致停机故障状况，一方面其有效降低了汽轮机工作中的意外故障概率，另一方面通过执行机构的优化，最大程度上规避了异常情况。最后，在执行机构冗余改造技术中，对于回路构成的设计，我们可以基于主汽门关闭信号和发电机保护信号之间的关联性进行回路构成设计技术的优化，即只有在自动主汽门完全关闭且且发电机保护信号存在的情况下，才能出现继电器动作执行，联动关闭电动门，一方面其可以最大程度上规避因继电器失误操作或故障性动作而造成的停机或解列抽汽故障，提高汽轮机的安全稳定运行，另一方面可以有效实现对发电机的辅助保护效果，减少故障延迟等造成的不良现象，延续汽轮机的使用寿命。

综上来看，可以将汽轮机的热工程冗余改造技术用如下表进行总结。

表1 冗余改造技术流程表

4 结语

汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，而冗余改造术，是现代科学技术应用于汽轮机热工程保护的具体体现，也是我国汽轮机热工程保护取得的重大技术突破，可以减轻汽轮机安全事故，避免因汽轮机超速引起的轴断裂现象，提高汽轮机的运行安全和稳定。首先，我们可以采取保护回路冗余改造技术；其次，我们可以采用信号发送冗余改造技术和保护电源冗余改造技术；最后，执行机构冗余改造技术。