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1、电厂燃气轮机概论,第10章 燃气轮机保护系统,1,北京市高等教育精品教材立项项目,简介燃机超速保护燃机超温保护燃机燃烧监测燃机熄火保护燃机振动保护,本章主要内容,一 、简介 保护系统和控制系统不可分割；正常运行，由控制系统实施控制；偏离正常运行参数，保护系统报警、指示故障；机组关键参数超过临界值或控制设备故障危及机组安全，报警同时通过切断燃料使机组跳闸。,切断燃料通过两个独立装置实现：燃料截止阀；通过电气和液压两个信号关闭。燃料泵和燃料控制阀，通过电气信号关闭。,二、 燃机超速保护,功能：转动部件应力和转速有密切关系。转速升高离心力所造成的应力将会迅速增加。转速超过允许值导致燃机设备严重损坏。
2、燃机转速超过一定限度，超速保护动作，切断燃机燃机燃料，使其停止运转。分为机械超速保护系统和电子超速保护系统。,机械超速保护系统主要包括辅助齿轮轴上危急遮断器、超速遮断机构、限位开关等组件,危急遮断器(超速螺栓)：用以感测燃机超速，是弹簧加压且偏心安置在支架上的螺栓组件。超速之前弹簧力使其维持在安装座上。轴转速增加，作用在螺栓上的离心力超过弹簧力时，螺栓向外甩出遮断超速遮断机构。弹簧力可以调整，借以调整遮断轴转速。超速遮断机构：紧靠超速螺栓组件，装在辅助齿轮轴上。实质为液压泄放阀。与电液遮断阀并联安装。保护动作时，超速螺栓组件遮断超速遮断机构的遮断闭锁销，使遮断阀机械释放并将液压安全油遮断系统泄
3、压，关闭燃料截止阀，切断燃料遮断机组。,限位开关：限位开关与超速遮断机构一起连接到报警器，遮断机构遮断即行动作，表明该机构已遮断。遮断机构可手动遮断，必须在设备上手动复位。,Mark-V电子超速保护系统通常采用三个控制用测速传感器和三个保护用测速传感器。双倍三冗余测速，提高测速准确性和可靠性。包括主电子超速保护系统和副电子超速保护系统。,主电子超速保护系统：包括检测透平转速的磁性传感器、转速检测软件和相关逻辑回路。整定值可由可调控制常数决定。,工作原理：磁性测速传感器(77NH-1、2、3)产生的透平转速信号TNH与超速整定值TNKH_OS(110%n0)进行比较。超过整定值，超速遮断信号L1
4、2H送至主保护回路，使透平停机。比较器后设寄存器，超速后信息寄存在其内而闭锁。即使转速TNH小于超速整定值，寄存器保留超速信息而不复位。直至通过主复位信号L86MR1予以复位。试验副电子超速保护系统和机械超速保护系统时，通过L83HOST_CMD命令，主电子超速保护给定点切换到试验给定点TNKHOST，以便把电子超速遮断设定在略高于机械超速遮断转速。,副电子超速保护系统:副超速保护系统功能由控制盘内独立的保护模块完成。直接用ETR-紧急跳闸继电器工作。磁性测速传感器和超速给定值跨接器(Berg Jump)进行比较，转速整定值由硬件给定并通过控制系统软件查看。超过跨接器给定值时，ETR继电器驱动
5、器切断燃油截止阀线圈电源。,、燃机超温保护,透平等 线的控制原理较高的透平前温直接测量、控制非常困难；大气温度不变，通过测量燃机排气温度来间接反映透平前温。两者变化趋势相同。考虑大气温度变化，要维持燃机透平前温为常数，要相应对排气温度做修正。一般可用大气温度、压气机出口压力等参数进行修正。排气温度和压气机出口压力之间的关系曲线，即为温控基准线。,Mark-V超温保护系统正常运行，环境温度保持不变条件下，温控系统投入运行，排气温度和压气机出口压力相应处于温控基准线上某点。环境温度升高，对应点沿温控基准线向左上方移动。环境温度降低，对应点沿温控基准线向右下方移动。温控器故障，透平前温失控，超过额定
6、参数后使透平寿命下降，甚至烧毁。Mark-V超温保护系统设置三道超温保护线。,超温保护算法：TTKOT3超温报警线温控基准线TTRX向上平移TTKOT3常数(13.9C)即得第一报警线。,正常情况下，透平排气温度应小于温控基准TTRX加上超温报警常数确定的给定值。比较器1AB，输出为0。前者大于后者，比较器1输出为1，发出超温报警信号L30TXA报警，显示排气温度过高。排气温度恢复正常值，报警解除并复位。报警信号同时送至转速控制，减小转速控制器给定值降低机组功率，减小透平前温，机组将在转速控制系统下运行。,TTKOT2超温遮断线排气温度大于由温控基准TTRX与超温遮断常数TTKOT2常数之和所
7、确定的值时，比较器2输入AB，经或门4输入寄存器5将超温故障信号保存，并输出超温遮断信号L86TXT。排气温度恢复正常，比较器2输入AB，L86TXT不能复位。燃气保持遮断状态。发出主复位逻辑信号L86MR1时，超温遮断寄存器复位。,TTKOT1超温遮断线排气温度超过给定的超温遮断值TTKOT1时，比较器3输入AB，输出信号经或门送入寄存器5保存，输出超温遮断逻辑L86TXT，机组遮断停机。寄存器5有闭锁作用。TTKOT1一般等于或接近等于TTKOT2和TTRX之和。,四、 燃机燃烧监测,燃机火焰筒或过渡段等高温部件会出现破裂现象，难以直接对其进行监测。采用透平排气温度和压气机排气温度间接检测
8、高温部件工作是否正常,燃烧监测软件排气温度允许分散度SALLOW正常允许分散度是静态分散度极限，变化典型值在30-125F之间。取透平排气温度和压气机排气温度平均值的函数。允许分散度不能取为常数。使用压气机出口温度作为计算排气温度允许分散度的主要依据。,压气机排气温度CTDA经中间值选择器1把其限制在TTKSPL1和TTKSPL2之间，经中间值选择器1的输出送给计算允许分散度2，其输入还包括透平排气温度TTXM。允许分散度2的计算结果由中间值选择器3限定在TTKSPL5和TTKSPL7，中间值选择器3的输出为为机组运行时可以允许的排气分散度TTXSPL，其经CONSTANTS修正后作为判断燃烧
9、是否正常的标准。,燃烧监测原理燃机正常运行，测量排气温度数值送至计算机计算实际分散度4。先把排气温度数值按大小排队，计算最高排气温度和最低排气温度之差S1送至比较器1和2的A端；计算最高排气温度和第二低排气温度之差S2送至比较器3A端；计算最高排气温度和第三低排气温度之差S3送至比较器4A端。用实际排气温度分散度和允许排气温度分散度相比较，判断燃烧是否正常。,Mark-V燃烧监测保护,排气热电偶故障报警S1/SallowK2，发出热电偶故障报警信号L30SPTA。排气温度分散度是允许值的5倍是不可能的。据此判断热电偶故障使测量失常。,燃烧故障报警S1/SallowK2，产生燃烧故障报警。排气温
10、度分散度过高遮断。,排气温度分散度过高遮断第一种遮断条件，需满足以下三个条件：K1K3=0.8，最高排气温度超过第二个最低排气温度之差超过0.8倍时，比较器3输入端AB发出遮断逻辑信号L60SP3。指示排气温度最低和第二低的两个热电偶安装位置相邻。只满足前两个条件时，说明燃烧不正常，报警但不遮断。同时满足三个条件，机组遮断停机。,原因：测量到排气温度最低点和第二个低点是相邻的，并且分散度都超过所允许值，说明此区域内排气温度异常，或说此区域是排气温度场的低温区，且超过允许情况。,第二种条件遮断S1/SallowK2=5.0。比较器2的输入AB输出报警和条件遮断信号L60SP2。S2/Sallow
11、K3=0.8.说明排气温度的第二个最低的热电偶在排气通道中的所在地排气温度过低，超出允许值。比较器3AB，输出报警和条件遮断逻辑信号L60SP3。指示排气温度第二低和第三低的热电偶是相邻的。,原因：热电偶有一个出现故障，其测量值不可信。排气温度第二低所在位置是个不正常的低温区。条件三证明第二低热电偶所处位置确实是不正常的燃烧低温区。考虑已有热电偶故障，安全起见，机组遮断停机。,报警或遮断S3/SallowK4时，认为燃烧不正常。比较器4AB，输出报警逻辑信号L60SP4，连续报警5分钟不退出报警状态则输出逻辑遮断信号L60SPZ，机组遮断停机。,遮断停机S1/SallowK1，而且Mark-V
12、数据通信故障L3COMM_IO=1时，也使机组主保护动作而遮断停机。,燃烧监测退出燃机启动和正常停机、加减机组负荷等不稳定的过渡工况期间应将燃烧监测系统切除以免引起报警和遮断。稳定工况运行才能投入。,燃烧监测退出控制软件在正常允许分散度上增加偏置值，顾及在过渡过程实际分散度瞬间的增大。偏置是温度值，变化范围在0C与110C之间。稳态工作偏置值为0C，出现过渡过程，偏置增加，通常维持2分钟结束，然后数值成指数状以2分钟的时间常数衰减至0C。,引起偏置陡升的条件：燃料切换；燃机启动和停机；负荷的变化由调节器RAISE或LOWER信号产生；FSR的快速变化而产生负荷变化。,五、燃机的熄火保护,熄火保
13、护功能用于启动程序系统。机组点火程序触发后，一旦有两个火焰探测器，机组点火成功，启动程序继续；点火一分钟后，在燃烧室中还没有建立火焰，则发出信号切断燃料，终止启动程序。用于保护系统。火焰检测系统可自我检测。例燃机在低于启动点火转速时，所有通道必须指出无火焰。如误动作而指出有火焰，作为火焰检测故障报警，机组不能启动。启动程序完成，有一个探测器指出无火焰作为火焰检测故障报警，燃机继续运行。一是火焰探测器受污染或回路故障；而是该火焰筒熄火，但还存在联焰可能。,火焰检测系统火焰探测器探测器数量取决于机组型号、燃烧系统类型和在某些情况下的燃料品种。火焰检测系统通常用感受紫外线来判别燃烧室是否点火成功。输
14、出锯齿形脉冲信号，频率正比于被检测火焰强度。Mark-V处理方法：统计在0.0625秒时间间隔内的脉冲数目，并与一个门槛值比较进行判断。传感器开路或短路导致没有火焰信号。火焰检测系统系统输出有无火焰的逻辑信号L28FD同时送往启动系统和保护系统，以便在启动时监视点火是否成功，运行时提供燃烧室熄火报警或遮断保护。,六、燃机振动保护,Mark-V振动检测系统振动保护由多个独立通道组成。各通道分别用装在燃机或发电机轴承座上的传感器检测振动；借助磁钢穿过固定线圈产生一个微小电压输出。检测器连接到Mark-V控制盘上的TBQB端子板上；从端子板来的检测信号在共同保护软件程序中运行的I/O配置参数进行标定
15、。检测到传感器故障或超过程序给定遮断整定值发出一系列报警信息。振动保护系统包括冗余的振动传感器和装在相关控制软件中的计算程序。,Mark-V振动保护系统传感器失效故障振动所测数值为零或远低于机组正常工作振动数值，则可断定是传感器故障。任何输入通道失效，显示振动传感器失效。传感器断路或短路故障持续存在一定时间，显示振动传感器故障。燃机不中断运行。传感器测量信号经输入/输出模拟转换而进行功率放大，输入模数转换器将振动信号转换成数字量，送入计算机的主保护的比较器1的A端。B端输入正常振动的某个给定值。如果AB，说明传感器开路或短路故障。输出逻辑信号L39VF=1，发出传感器失效报警信号。所有传感器故
16、障或失效，燃机自动停机。燃机传感器有三个或三个以上故障或失效，发电机传感器有两个或两个以上，并持续一定时间，显示振动抑制启动。,在规定时间内冗余传感器之间信号值偏差超过某个给定值时，显示振动偏差故障。,燃机机组振动大报警机组实际振动数值大于所给定的限制值ALARM时，比较器2AB，输出逻辑信号L39VA=1，发出振动大报警，机组仍运转。振动值减小至使AB，L39VA=0，报警解除。,燃机机组振动大遮断机组实际振动数值大于所给定的限制值TRIP时，比较器3AB，输出信号经人工或自动复位选择器后，送入寄存器，发出逻辑信号L39VT=1，机组遮断停机后无法重新启动。排除故障，输入主复位逻辑信号L86MR1使寄存器8和9复位，机组才能重新启动。,END,
