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1、汽轮机超速事故举例及防止措施,汽机所安全生产月讲座,1,t课件,一、汽轮机超速造成的危害二、引起汽轮机超速的原因三、汽轮机超速保护四、汽轮机超速案例五、防止汽轮机超速事故的措施,2,t课件,一、汽轮机超速造成的危害1. 对汽轮机转子具有破坏性 汽轮机在运行过程中，叶片所受的离心力和转速的平方成正比，即是说，转速虽然上升不大，但转子上所承受的离心力就成几何倍的增长，如果超速，会使得汽轮机转子承受超过设计值的离心力进而产生破坏，所以超速现象对汽轮机是极为危险的。,3,t课件,4,t课件,2.引起汽轮机的振动 一方面表现在：由质量不平衡引起的汽轮机振动和质量不平衡部分所受的离心力有直接关系，而离心力
2、可以表示为： F=m2r 即转子在旋转时所受的不平衡离心力和旋转速度的平方成正比，这就使得汽轮机随着转速的上升振动也会上升,5,t课件,另一方面汽轮机超速会导致汽轮机到达临界转速进而引起振动：转机的转子在设计、制造过程中，都会有一个自身的自震频率，也就是我们冲转的时候要注意的临界转速所对应的频率。所以，汽轮机正常的工作转速都不在临界转速范围内。但当汽轮机转速超过工作转速，达到转子自身频率的两倍，这时机组的震动将大大增加，甚至比机组过临界转速的震动还要大的多。,6,t课件,3.综合表现 汽轮机超速时，以上危害是同时发生的，并相互影响形成恶性循环：汽轮机超速转子离心力上升振动上升达到二阶临界转速振
3、动大幅上升动静摩擦振动继续增加破坏转子（包括动静摩擦破坏和离心力超出设计值破坏）汽轮机报废。,7,t课件,二、引起汽轮机超速的原因 首先，汽轮机的超速发生在汽轮发电机组空载时，其最根本的原因在于进入汽轮机做工的蒸汽量大于汽轮机空载并维持3000rpm所需的蒸汽量。这种情况通常发生在汽轮机瞬间甩掉电负荷或汽负荷而相应的切断汽轮机进汽的措施失效的情况下。 具体原因如下：,8,t课件,9,t课件,1.阀门严密性不合格 汽轮机甩负荷或者带负荷打闸的情况下虽然调节保安系统动作，如果主汽门和调速汽门关闭但没有关严，导致汽轮机仍然进汽，造成转速上升。2.抽汽逆止阀关闭不严 在汽轮机带抽汽负荷的情况下，打闸甩
4、负荷后如果抽汽逆止阀关闭不严，会造成抽汽系统向汽轮机反向供汽，造成汽轮机超速,10,t课件,3.调节系统机械故障 调节系统在甩负荷和打闸的情况下控制调门和主汽门关闭，如果其机械部分故障，如卡涩、漏油等情况，会导致甩负荷打闸后汽门不关闭，造成超速4.调节系统电气控制部分故障 调节系统电气控制部分故障，如卡件损坏、电磁阀卡涩等情况，也会导致甩负荷打闸后汽门不关闭，造成超速5.阀门关闭速度不合格 打闸后主汽门和调节汽门关闭速度过慢，不能及时切断汽轮机进汽，也会导致超速,11,t课件,6.OPC故障甩负荷故障 正常甩电负荷时，OPC保护动作，汽轮机主汽门开启、调节汽门迅速关闭，以切断汽轮机供汽防止超速
5、。但当OPC动作故障时，不能切断汽轮机进汽，就会引起超速。7.危急保安系统故障 汽轮机设有超速保护，在发生超速后，相应的保护措施失效，不能及时切断汽源以降低汽轮机转速，导致汽轮机转速进一步升高。,12,t课件,三、汽轮机超速保护：1.OPC保护 火电机组超速保护系统OPC(Over speed Protect Controller)是一种抑制发电机组超速的保护控制,其作用是在汽轮机出现超速时,关闭所有调节汽门和抽汽逆止阀,防止汽轮机转速进一步升高。 当汽轮机转速升高至额定转速的103%（3090rpm）时，OPC保护动作，调节系统发出指令迅速关闭所有调速汽门和抽汽逆止阀使汽轮机转速下降,13,
6、t课件,2.电超速（包括DEH超速和TSI超速）汽轮机安全监视系统TSI(Turbine Supervisory Instrumentation)汽轮机数字电液调节系统DEH(Digital Electric Hydraulic Control System) 电超速动作过程：当汽轮机转速升高至额定转速的110%（3300rpm）时，电超速保护动作，由DEH和TSI系统同时发出打闸指令迅速关闭主汽门、调速汽门和抽汽逆止阀，实现停机。,14,t课件,3.机械超速保护 机械超速保护系统由危急遮断器和危急遮断油门组成，危机遮断器采用离心飞锤式，当转速升至3300-3360 r/min时，飞锤因离心力
7、克服弹簧力而飞出，使危机遮断油门的脱钩而动作，泄掉保安油压实现停机,15,t课件,四、汽轮机超速案例 1999年2月25日凌晨1时40分左右，中国石油乌鲁本齐石油化工总厂(以下简称乌石化)热电厂3号发电机一变压器组污闪，3号汽轮发电机组甩负荷。在当班操作人员进行事故处理时，发生汽轮机超速飞车的设备事故，同时发电机及机组油系统着火。事故无人员伤亡，设备直接经济损失1916万元。,16,t课件,1. 事故经过 1999年2月25日，乌石化热电厂汽机车间主任薛良、副主任顾宗军与汽机车间15名工人当班，其中3号汽机组由司机曹磊、副司机黄汉添和马新俊值班。 凌晨1时37分48秒，3号发电机一变压器组发生
8、污闪，使3号发电机组跳闸，3号机组电功率从41MW甩到零。汽轮机抽汽逆止阀水压联锁保护动作，各段抽汽逆止阀关闭。转速飞升到3159rmin后下降。 曹磊令黄汉添到现场确认自动主汽门是否关闭，并确认转速。后又令马新俊启动交流润滑油泵检查。薛良赶到3号机机头，看到黄汉添在调整同步器。薛良检查机组振动正常，自动主汽门和调速汽门关闭，转速2960rmin，认为是污闪造成机组甩负荷，就命令黄汉添复位调压器，自己去复位同步器。,17,t课件,由办公室赶至3号机控制室的顾宗军，在看到3号控制屏光字牌后(3号机控制盘上光字牌显示“发电机差动保护动作和“自动主汽门关闭”)，向曹磊询问有关情况，同意维持空转、开启
9、主汽门，并将汽机热工联锁保护总开关切至“退除”位置。 随后顾宗军又赶到3号机机头，看到黄汉添正在退中压调压器，就令黄汉添去复位低压调压器，自己则复位中压调压器。黄汉添在复位低压调压器时，出现机组加速，机头颤动，汽轮机声音越来越大等异常情况(事后调查证实是由于低压抽汽逆止阀不起作用，造成外管网蒸汽倒流引起汽轮机超速的)。,18,t课件,薛良看到机组转速上升到3300rmin时，立即手打危急遮断器按钮，关闭自动主汽门，同时将同步器复位，但机组转速仍继续上升。薛良和马新俊又数次手打危急遮断器按钮，但转速依然飞速上升，在转速达到3800rmin时，薛良下令撤离，马新俊在撤退中，看见的转速为4500rm
10、in。 约1时40分左右，3号机组发生超速飞车。随即一声巨响，机组中部有物体飞出，保温棉渣四处散落，汽机下方及冷油器处起火。 乌石化和热电厂领导迅速赶至现场组织事故抢险，并采取紧急措施对热电厂的运行设备和系统进行隔离。于凌晨4：20将火扑灭，此时，汽轮机本体仍继续向外喷出大量蒸汽，当将1.27MPa抽汽供外网的电动门关闭后，蒸汽喷射随即停止。,19,t课件,事故原因分析,(一)1.27MPa抽汽逆止阀阀碟铰制孔螺栓断裂使阀碟脱落，抽汽逆止阀无法关闭，是机组超速飞车的主要直接原因。 通过调查表明，3号机发生超速飞车是在按正常程序恢复生产，复位低压调压器时，由于外管网低压蒸汽倒流进入汽轮机所引起的
11、。根据对127MPa抽汽逆止阀解体检查和鉴定结果证实，造成低压蒸汽倒流的原因是：抽汽逆止阀铰制孔螺栓断裂，阀碟脱落，致使该逆止阀无法关闭。,20,t课件,事故原因分析,(二)运行人员在发电机差动保护动作后，应先关闭抽汽电动门后解列调压器。但依据制造厂资料编制的规程有关条款模糊不清，未明确上述操作的先后顺序，3号机组操作人员对操作顺序不明确，导致复位调压器后，中低压旋转隔板开启，使得低压抽汽可以顺利返回排汽侧，是机组超速飞车的次要直接原因。 (三)在事故处理中，司机曹磊在关闭抽汽电动门时投有确认阀门关闭情况，低压抽汽电动阀系统实际处于开启状态，使之与阀碟脱落的低压蒸汽逆止阀形成通道，导致低压蒸汽
12、倒流，是飞车的间接原因,21,t课件,事故原因分析,(四)事故之后盲目启动，没有对机组进行全检查，没有发现低压抽汽的逆止阀和电动阀均未关闭(五)热控保护不完整,即打闸的同时控制系统没有关闭中低压旋转隔板，导致超速后运行人员多次打闸都没有隔断低压抽汽在汽缸中流通(六)事故出现后没有冷静分析事故原因，而是盲目操作，导致了事故的扩大。如果超速后发现超速的原因是低压抽汽反汽，就可立即采取措施隔断反汽，进而控制事故。,22,t课件,以下罗列一些案例及事故原因分析（1）1988年某厂一台国产200MW汽轮发电机组，在进行危急保安器提升转速试验时，在用超速滑阀提升转速中调节系统失控，转速忽然上升到3500r
13、/min多，机组剧烈振动，造成轴系断裂为13段，多处是轴颈部分断裂，整个汽轮机和发电机毁坏报废，损失2500多万元。,23,t课件,（2）1985年某厂一台国产200MW机组运行中，发电机开关掉闸甩负荷后，转速上升，危急保安器固然动作，关闭了高压自动主汽门、调节汽门，但由于右侧中压主汽门自动关闭器卡涩，造成右侧中压主汽门延时封闭，再热器余汽使机组转速继续上升，约在3800r/min时，机组剧烈振动，中、低压转子间的加长轴对轮螺栓断裂拉脱，高、中压转子继续上升到4500r/min左右，轴系断裂成5段，高中压转子、汽缸通流部分严重毁坏，轴承、油管损坏后透平油漏出起火，经奋力抢救扑灭。事故后经鉴定，
14、汽轮机本体报废，发电机修复后继续使用，经8个多月耗资1400多万元才恢复运行。,24,t课件,（3）1990年某厂一台25MW中压汽轮机组，在锅炉满水后蒸汽带水进进汽轮机时打闸停机，但因自动主汽门、调节汽门卡涩未能完全封闭，机组仍带有2万多千瓦有功负荷，而汽机运行职员却按解列按钮将发电机与系统解列，造成机组严重超速，轴系断裂为11段，多处从轴颈部位扭断，汽机叶轮、大轴、汽缸断裂飞出，汽轮机和发电机毁坏报废。,25,t课件,（4）1990年某自备厂一台50MW供热机组，在机组停机时，负荷减到7MW再也减不下来，操纵职员未看功率表，只看到调节汽门已封闭，即打闸停机并将机组解列，主汽门、调节汽门固然
15、封闭，但与热网连接的抽汽逆止门卡涩未能封闭，导致热网系统蒸汽返进汽轮机造成机组严重超速报废。,26,t课件,五、防止汽轮机超速事故的措施为防止汽轮机超速，防止电力生产重大事故的二十五项重点要求明确提出以下要求：1 在额定蒸汽参数下，调节系统应能维持汽轮机在额定转速下稳定运行，甩负荷后能将机组转速控制在超速保护动作转速以下。2 各种超速保护（OPC超速保护、电超速保护和机械超速保护）必须正常投入运行，超速保护不能可靠动作时，禁止机组启动和运行。,27,t课件,3 机组重要的运行监测表计，尤其是转速表，显示不正确或失效，严禁机组启动。运行中的机组，在无任何有效监测手段的情况下，必须停止运行。4 润
16、滑油和抗燃油的油质应合格。在油质和清洁度不合格的情况下，严禁机组启动。5 测试汽门关闭时间应符合设计要求，确认高压主汽门、调节汽门、中低压供热调节汽门及各段抽汽逆止门均能迅速关闭，并严格按规程做好上述汽门的定期活动试验，避免汽阀卡涩。,28,t课件,6 机组做真实超速前，必须先做手动停机试验，确认就地和远方停机试验合格后，允许做超速试验，并设专人负责就地和远方停机按扭。当转速超过3330r/min而安全系统的超速保护未动作时，立即手动停机。7 正常停机时，在打闸后，应先检查有功功率到零、电度表停转或逆转后，再将发电机与系统解列，或采用发电机逆功率保护动作解列，严禁带负荷解列。,29,t课件,8
17、 DEH系统设有完善的机组启动逻辑和严格的限制启动条件。9 在任何情况下均不可强行挂闸。10 机组必须进行甩负荷试验。11 坚持按规程要求进行危急保安器试验、汽门严密性试验、阀门活动试验、汽门关闭时间测试。12 危急保安器动作转速一般为额定转速的1101%。,30,t课件,13 进行危急保安器试验时，在满足试验条件下，主蒸汽和再热蒸汽压力尽量取低值。14 严格执行操作规程，严防电液伺服阀等部套卡涩、汽门漏汽和保护拒动。15 汽机专业运行人员必须熟知DEH系统的控制逻辑、功能及运行操作，以确保系统实用、安全、可靠。,31,t课件,16 电液伺服阀的性能必须符合要求，否则不得投入运行。运行中要严密监视其运行状态，不卡涩、不泄漏，系统稳定。,32,t课件,33,t课件,
