汽轮机的危急遮断系统紧急停电

      在大型汽轮机中，由于机组超速的危害最大，所以特别注意超速保护，第
六章介绍的OPC 功能是一种有效的超速保护手段。但OPC 功能并不能保证机组绝
对不会超速，当实际转速超过了允许值时而危急汽轮机安全时，只能通过遮断汽
轮机（即跳闸）来实现保护。此外，某些其它参数严重超标时也可能酿成设备损
坏、甚至毁机事故，例如推力轴承磨损。为此，大型汽轮机都设有严密的保护措
施，除了设计了OPC 功能外还设有危急遮断系统ETS.因此，除了OPC 兼有超速保
护和危急遮断多重保护外，其余重要参数的严重超标，将通过危急遮断系统实行
紧急停机。

      第一节汽轮机自动保护系统的液压执行机构

      一、自动保护系统液压执行机构的组成

      在第五章中，我们已经介绍过汽轮机的液压执行机构，参见图5 －12. 汽
轮机自动保护也是通过液压执行机构实现的。为方便起见，我们将图5 －12中的
蒸汽阀门伺服执行机构部分及低油压保护去掉，简化成图9 －1 ，来帮助我们分
析汽轮机自动保护和停机的过程。

      图9 －1 自动停机跳闸系统

      汽轮机自动保护系统，是OPC 保护、ETS 和机械超速保护系统的总称，它
的液压构件，称为保护系统的执行机构，用于关闭汽阀并防止超速或遮断汽轮机。
其设备组成如下：

      1.超速保护和危急遮断组合机构

      超速保护和危急遮断组合机构，统称为控制块，如图9 －2 所示，布置在
汽轮机前轴承箱的右侧，其主要组成是控制块壳体1 、2 个OPC 电磁阀19、四个
AST 电磁阀17和2 个止回阀5 ，它们均组装在控制块上，为OPC 和AST 总管以及
其它管件提供接口，这种组合构大大简化外部连接管道而提高了整体的可靠性，
同时也有结构紧凑的特点。

      （1 ）超速保护电磁阀（20/OPC，2 个）该阀由DEH 调节器OPC 系统所控
制。机组正常运行进，该阀是关闭的，切断了OPC 总管的泄油通道，使高压和中
压调节汽阀油动机活塞的下腔能建立起油压，起正常的调节作用。当OPC 系统动
作，例如转速达到103 ％额定转速时，该电磁阀被激励通道信号打开，使OPC 总
管泄去安全油，快速卸载阀随之打开，并泄去油动机动力油，使高压缸和中压缸
的调节汽阀关闭。

      （2 ）危急遮断电磁阀（20/AST，4 个），该阀受ETS 系统所控制。机组
正常运行时，它们也是关闭的，切断了自动停机危急遮断总管上高压油的泄油通
道，使所有主汽阀的调节汽阀油动机的下腔室能建立油压，行使正常控制的任务。
当被测参数有遮断请求时，该电磁阀打开，使遮断总管迅速泄油，通过快速卸载
阀，关闭所有的主汽阀和调节汽阀，实行紧急停机。

      （3 ）止回阀（2 个），止回阀即逆止阀，分别安装在自动停机危急遮断
油路AST 和超速保护控制油路OPC 之间。当OPC 电磁阀激励、AST 电磁阀失励时，
单向阀维持AST 油路的油压，使高、中压主汽阀保持全开。当OPC 动作，OPC 电
磁阀激励时，OPC 油管泄油，高、中压调节汽阀关闭，待转速降低到额定转速时，
OPC 电磁阀失励，OPC 油压重新建立，高、中压调节汽阀重新打开，继续行使控
制转速的任务。当AST 电磁阀失励、即使OPC 电磁阀激励时，AST 油路的油压下
降，OPC 油路通过两个回阀的油压也下降，关闭所有的进汽阀和抽汽阀，进行停
机。

      2.隔膜阀

      该阀装在前轴承箱的侧面，用于机械超速系统与ETS 系统的动作联系，其
作用是机械超速系统动作、润滑油压下降时，泄去危急遮断油总管上的安全油，
遮断汽轮机。当汽轮机正常运行时，润滑油系统的汽轮机油通入阀盖内隔膜阀的
上部腔室中，其作用力大于弹簧约束力，隔膜阀处于关闭位置，切断危急遮断油
总管通向回油的通道，使调节系统能正常工作。当机械超速机构或图9 －12的手
动遮断杠杆分别动作或同时动作时，通过危急遮断滑阀泄油，可使该范围内的润
滑油压局部下降或消失，压弹簧打开隔膜闪，泄去危急遮断总管上的安全油，通
过快速卸载阀，快速关闭所有的进汽阀和抽汽阀，实行紧急停机。

      图9 －2 超速保护和危急遮断控制块结构图

      二、OPC 电磁阀的连接及其工作原理

      从图5 －12及9 －1 看出，超速保护控制系统的2 个电磁阀，即（20－1 ）
/OPC和（20－2 ）/OPC，采用并联回路，其中只要有一路动作，便可通过高压和
中压调节汽阀的油动机的快速卸载阀，释放油动机内的控制油，快速关闭调节汽
阀，防止超速。何时重新开启，是由DEH 调节器根据故障分析结果，然后发出指
令来进行的。这种联接方法可以做到：

      （1 ）防止一路OPC 不起作用时，另一路仍可工作，确保系统的可靠和机
组的安全。

      （2 ）可以进行在线试验，即当1 个回路进行在线试验时，另一回路仍具
有连续的保护功能，避免保护系统失控。

      OPC 电磁阀只对DEH 调节器来的信号产生响应，例如机组负荷下跌，引起
机组突然升速，或其它原因使机组超速达到103 ％no时，由DEH 调节器对电磁阀
发出指令，通过快速卸载阀，把高、中压调节汽阀油动机内的控制油泄去，从而
关闭调节汽阀，防止继续超速而引起AST 电磁阀的动作。与此同时，止回阀的逆
止作用，保证AST 遮断总管不会泄油，使各主汽阀仍保持在全开状态。在各调节
汽阀关闭后，待机组的转速下降，DEH 调节器重新发出指令关闭OPC 电磁阀，OPC
总管建立油压，调节汽阀才能恢复控制任务。该方法可避免机组停机，减少重新
启动的损失，节约时间，间接地提高了电厂运行的热经济性。

      三、AST 电磁的连接及其工作原理

      自动停机脱扣系统（ETS ），可以认为是OPC 的上一层保护，因为此时要
涉及停机，所以要求更加可靠和准确地工作，为此，AST 电磁阀采用串联混合连
接系统，其连接过程可见图9 －1.从图中看出，该连接的特点是：

      （1 ）串联油路中的任何一路电磁阀〔（20－1 ）/AST，（20－2 ）/AST
或（20－3 ）/AST，（20－4 ）/AST〕动作，都可以进行停机；而任何一个电磁
阀误动作，也不会引起错误停机。

      （2 ）并联油路中，任何一个奇数号电磁阀〔（20－1 ）/AST和（20－3 ）
/AST〕和任何一个偶数号电磁阀〔（20－2 ）/AST和（20－4 ）/AST〕动作，系
统都可以顺序或交叉动作并停机。

      这样，由于采取了双路双阀门的顺序或交叉连接系统，不仅确保系统的动
作可靠，而且当任何一个阀门不动作或作在线试验时，系统仍然具有保护功能。
换言之，该系统只有在一对奇数号或偶数号电磁阀都不起作用的双重故障下，保
护系统才会失效，这种机会显然极小。

      综观前面所述，从液压系统看AST 四个电磁阀为混合串联并联连接系统，
而从继电器控制逻辑系统看又是双通道〔（20－1 ）/AST，〕（20－3 ）/AST和
（20－2 ）/AST，（20－4 ）/AST〕系统，因此，可使保护系统中的任意一个电
气或液压元件发生故障时，都保证系统能可靠地工作，而且误动作的可能性也减
至最小。

      第二节引进型300MW 汽轮机电气危急遮断系统

      一、电气危急遮断系统的任务和保护项目

      汽轮机电气危急遮断系统的任务，是用来监督对机组安全有重大影响的某
些参数，以便在这些参数超过安全限定值时，通过该系统去关闭汽轮机的全部进
汽阀门，紧急停机。

      300MW 机组的危急遮断项目和参数为（各机组的定值可能有所差别，所以
这里的定值仅供参考）：

      （1 ）超速保护：转速达到110 ％no（3300r/min ）时遮断机组；

      （2 ）轴向位移保护：极限位移离基准位置的两侧达1mm 左右时遮断机组
；

      （3 ）轴承供油低油压和回油高油温保护：轴承供油油压低到48.26kPa以
下和回油油温高到82.2度时遮断机组；

      （4 ）EH（抗燃）油低油压保护：EH油压低到9.31MPa 时遮断机组。

      （5 ）凝汽器低真空保护：汽轮机的排汽压力高于20.33kPa（abs ）时遮
断机组。

      此外，DEH 系统还提供一个可接受所有外部遮断信号的遥控遮断接口，这
里包括振动大请求汽轮机跳闸、锅炉跳闸请求汽轮机跳闸以及运行人员手动跳闸
（供运行人员紧急时使用）等信号。

      二、电气危急遮断逻辑

      图9 －3 为电气危急遮断逻辑的总系统图。为了安全可靠起见，遮断逻辑
通过继电器柜中的硬件实现。机组的所有电气遮断信号，均通过该系统去遮断汽
轮机。

      为了提高保护的可靠性，系统采用了双通道连接方法，即奇数通道电磁阀
（20－1 ）/AST和（20－3 ）/AST，偶数通道电磁阀（20－2 ）/AST和（20－4 ）
/AST（参见图9 －1 ），每一通道均由遮断项目的相应继电器控制。当机组正常
运行时，脱扣继电器A 、B 的触点闭合，使系统处于通电状态，各AST 电磁阀因
通电而关闭，危急遮断油总管即可建立安全油压。当遮断项目中的任一个处于不
遮断水平或外部接口请求遮断时，对应项目遮断继电器的触点，由原来的闭合状
态转为断开状态。此时，A 、B 继电器的线圈失电，AST 电磁阀紧急打开排油通
道，泄去危急遮断总管安全油，从而紧急关闭所有的主汽阀的调节汽阀，实行紧
急停机。

      图9 －3 300MW 机组电气危急遮断逻辑总系统图

      三、轴承油压过低遮断系统（LBO ）

      轴承油压过低，引起供油量不足，容易造成轴颈与轴瓦间的干摩擦，烧坏
瓦片，引起机组强烈振动等，为此，汽轮机都设有轴承低油压遮断系统。轴承油
管的压力测量，可用一般带触点的压力变送器进行。

      图9-4 为轴承油压过低遮断控制继电器逻辑系统。该系统为双通道系统，
将轴承油管引支管到低油压保护设备处，分两路经节流后分别与四个触点式压力
计相联，其中一路为（63－1/LBO 和（63－3 ）/LBO，另一路为（63－2 ）/LBO
和（63－4 ）/LBO，它们分别与中间继电器01X/LBO 和02X/LBO 串联，而两通道
则是并联的（1X/LBO、3X/LBO和2X/LBO、4X/LBO），其中LBO －1 和LBO －2 为
遮断控制继电器，S1和S2为选择开关。

      图9-4 轴承油压过低遮断控制继电器逻辑

      轴承油压正常时，以第一通道为例，压力开关（63－1 ）/LBO和（63－3 ）
/LBO的接点是闭合的，与遮断控制继电器LBO －1 串联的中间继电器接点1X/LBO
和3X/LBO都是闭合的。当轴承油压低到规定值时，压力开关断开，串联的中间继
电器、遮断控制继电器LBO －1 的触点均断开，脱扣控制继电器断电，同时也引
起20/AST电磁阀释放，将自动停机遮断总管的高压油泄去，汽轮机也因快卸阀动
作而紧急停机。

      在双通道系统中，要求每一个通道内至少有一个中间继电器动作，才能使
脱扣继电器动作，只有此时，才会紧急停机。这种做法可避免某一个触点压力开
关或中间继电器误动作而错误停机，提高了遮断系统工作的可靠性。

      采用双通道系统，还可以保证系统能进行在线试验。

      ETS 试验通过ETS 盘进行。ETS 盘如图9 －5 所示。

      图9 －5 ETS 盘

      例如，通道1 进行低油压试验时，将盘上TEST＃1 开关打到LBO 位置，即
打开选择开关S1，这样允许继电器LBO －1 在试验时释放，而LBO －2 不释放。
然后，利用电动阀或手动阀将排油管慢慢打开泄油，待油压下降到规定值后，观
察通道1 的动作情况。由于自轴承油管来的油是经节流后进入低油压保护设备的，
因此，试验时油压的降低，不会影响整个润滑油压，从而也不会影响机组的正常
运行。

      如果此时果真出现轴承油压过低的情况，此4 个开关仍继续感受油压的变
化。2 个遮断控制继电器LBO －1 和LBO2中，另一个可以继续释放而紧急停机，
遮断系统是安全的。

      四、EH油压过低遮断系统（LP）

      EH油（抗然油）是DEH 系统中的控制和动力用“油”，是用来控制所有主
汽阀和调节汽阀的，当油压过低时也能导致机组失控，因此，必须进行低油压保
护，以便紧急停机。

      EH低油压遮断系统也是双通道四压力触点开关系统，其遮断控制逻辑与轴
承低油压遮断控制逻辑系统相同。

      五、机组低真空遮断系统（LV）

      一般来说，机组真空过低，主要是由循环水系统或抽气系统发生故障引起
的。当真空过低时，引起排汽温度升高，会使低压缸变形，机组振动过大，严重
时也会酿成事故，因此，一般的汽轮机都设有低真空保护系统。

      300MW 机组的低真空保护，采用两级保护系统。

      一级保护是类似轴承低油压保护那样的遮断电器控制逻辑系统，所不同的
是压力触点开关监视的工质是蒸汽。

      二级保护是机械保护，它是基于电气遮断保护系统失灵，而排汽压力又过
高的情况下采用的高一级保护系统。显然，这是一种防止排汽压力过高的双重保
护，其措施就是在排汽缸处装置排大气阀。

      图9 －6 排大气阀的结构图，它装设在排汽缸盖，并用螺钉4 紧固在汽法
兰上，是由一个铅质薄膜环5 构成的，该薄膜环紧压在环形垫片6 和阀盖7 的外
密封面间，其内部也用螺钉3 压紧在压环2 和承压板1 的内密封面中，承压板由
图中虚线所示的组焊式格栅来支托，借以承受来自外部的大气压力。

      图9 －6 排大气的结构图

      当汽轮机排汽压力超过设计的最大安全值时，排大气阀的承压板1 即推向
外侧，引起铅质薄膜环5 在压环外缘和阀盖内圆间剪断，则薄膜环断裂，汽流自
汽缸向上排出，而阀盖7 可防止铅质薄膜环、承压板和压环甩出，设在外径上的
挡板，起引导汽流向上排出的作用，以免伤人 .

      对薄膜环的承压要求，一般在排汽压力达到34.47 ～48.28kPa（0.3515～
0.4921kg/cm2）时即行破裂。

      六、电气超速遮断系统（OS）

      1.电气超速遮断系统的工作原理

      电气超速遮断系统由一个安装在盘车设备处的磁阻发信器和一个安装在遮
断电气柜中的转速插件所组成。

      图9 －7 为电气超速遮断系统原理图。图左边的磁阻发信器是用来将被测
转速信号转换成频率信号的测量元件，它是由测速齿盘和测速头两部分组成。测
速齿盘随转子一起旋转。测速头内装有永久磁铁、铁芯和线圈组件，它装在齿盘
径向位置旁边的固定支架上，间隙1mm 左右。当齿盘随转子转动时，铁芯与齿盘
的间隙便不断变化，每经过一齿，气隙磁阻变化一次，而磁路中的磁通量也随之
变化，套在铁芯上的线圈就感应出一个交变电势的波形。此感应电势，就是测速
头的输出信号。设齿盘的齿数为z ，汽轮机转速为n （r/min ），则输出信号的
频率为

      由于齿数z 是固定的，f 与n 为单值关系，因而很方便地将频率f 代替转
速n 信号。该信号经过整形、滤波等处理后，便可得到一个模拟转速的电压信号。

      图9 －7 的右边，一路是经过由运算放大器组成的缓冲放大器，它把信号
转换成转速的指示值。另一路则与规定的超速脱扣电压作比较。当转速低于脱扣
转速时，说明被测转速的模拟电压低于脱扣电压，经比较后输出的电压为正值；
当被测转速高于整定转速时，经比较后输出的电压为负值，使控制继电器的晶体
管V1导通，继电器的线圈< ，，，，， SPAN lang=EN-US>OST带电，通过超速遮
断继电器逻辑系统，最终紧急停机。

      图中的频率发生器，是为启动前输出频率，代替测速头的信号，用以检查
转速指示表的指示是否正确。固定电阻R1（粗调）和可变电阻R2（细调）用于调
整给定电压，以保证在给定转速下，脱扣继电器能准确动作并通过AST 停机。

      图9 －7 电超速遮断系统原理图

      图9 －8 电气超速遮断控制继电器逻辑

      2.电气超速遮断控制继电器逻辑

      图9 －8 为电气超速遮断控制继电器逻辑系统。机组正常运行时，继电器
S1、S2的触点是闭合的，触点OST 断开，线圈OS1 和OS2 带动ETS 逻辑总系统的
触点闭合。当机组达到脱扣转速（110 ％ N额定）时，OST 的线圈通电，其触点
闭合，断开了ETS 上相应的触点OS1 和OS2 ，切断逻辑总系统的电源，使AST 电
磁阀动作并泄去安全油，从而关闭所有的主汽阀、调节汽阀和抽汽阀，进行紧急
停机，以确保机组的安全。

      同样，可以对电气超速试验通道进行试验。例如在对通道1 进行试验时，
S2断开，这样当OST 闭合时，只会使OS1 动作，而不会引起OS2 动作。

      当进行电气超速试验时，由于未采用实际转速，所以当真正超速时，不能
发现。所以万一发生真正的汽机超速，那么危急遮断功能将由机械超速遮断装置
来完成。

      七、轴向位移遮断系统（TB）

      在运行中，汽轮机的轴向位移是受到严格限制的，当汽轮机转子的推力过
大，产生超过允许值的位移时，会引起推力轴承的磨损，严重的会使汽轮机的转
动部分和静止部分产生摩擦，甚至会造成叶片断裂等重大事故，因此，汽轮机都
必须设置轴向位移遮断系统，以实现对机组的安全保护。相对而言，电气遮断逻
辑总系统还是比较可靠的，这样，轴向位移的遮断问题，实质上就是如何保证轴
向位移测量准确性的问题，以便在轴向位移超标时，向危急遮断系统提供最可靠
的遮断信息。

      1.轴向位移遮断机构

      引进型300MW 汽轮机转子的总长度为17.269m ，而允许的轴向位移量，两
侧之和也不过2mm ，是转子总长的0.116 ％，由于允许的位移量很小，因此，轴
向位移遮断机构起着十分重要的安全保障作用。

      在正常情况下，转子的轴向推力是由推力轴承平衡的，机组的失常导致轴
向位移的超标，首先由这里有所觉察，因此，监视转子轴向位移的传感器，应当
装在推力轴承的附近。

      轴向位移测量装置由测量盘和传感器组成。测量盘装在推力轴承附近，而
在该盘的发电机侧直径的两水平端面上，各装有2 个作为重保护的传感器，用来
测量转子向机头侧和发电机侧两个方向的轴向位移，测量盘和传感器之间间隙的
变化，即表示轴向位移的变化。转子正常的轴向位移，由推力轴承的间隙、推力
轴承的静扰度和推力瓦块的磨损来确定，会有一些正常缓慢的变化，但变化很小。
当推力轴承损坏时，若转子向发电机方向移动，传感器与测量盘间的间隙变小；
若向机头方向移动，则该间隙变大，这种间隙变化将引起传感器内磁阻的变化，
通过变送器使输出的电气信号改变。

      变送器提供的信息有两种监控功能，第一种是报警功能，表示过度的轴承
挠曲和瓦片磨损使轴向位移超过第一个规定值，通过继电器向运行人员发出报警
信号以提醒注意。第二种是遮断功能，表示位移已增加到第二个规定值，机组转
动部分与静止部分即将接触，监控系统一方面通过声光信息说明位移已达到遮断
状态，另一方面使继电器遮断触点动作，通过危急遮断系统使汽轮机紧急停机。

      2.轴向位移遮断控制继电器逻辑

      图9-9 为轴向拉移遮断控制继电器逻辑系统。为了确保动作的可靠，系统
设有两个完全相同的独立通道，每个通道都由同一个安装板上的相邻两个变送器
组成。

      根据制造厂的规定，每个通道中的轴向位移整定值均相同，即以3.56mm处
的零位整定点为基准，每个通道的报警值分别为：调速器方向2.66mm，发电机方
向4.39mm；而遮断（TB）值则相应为2.54mm和4.57mm. 任何一个传感器，只要测
到的位移超过报警位移值，都可以通过报警继电器发出声光报警。当位移达到第
二个规定值时，只有在一个通道中的两个传感器同时测到，才能发出遮断报警信
号，并通过危急遮断系统紧急停机，这种做法可以避免因单个传感器缺陷而引起
错误停机。

      由于该系统采用双传感器和双通道，当K1、K2都闭合时，遮断汽轮机。可
进行在线试验，即当一个通道进行试验时，另一个仍起保护作用。

      图9-9 轴向位移遮断控制继电器逻辑

      八、外部遥控遮断系统（REM ）

      ETS 系统提供了一个遥控接口，用于接受外部遮断机组的命令，包括运行
人员在紧急情况下的紧急停机按钮命令。

      图9 －10为遥控遮断控制继电器逻辑，它也是一个双通道系统，每个通道
各控制2 个20/AST电磁阀，通过选择开关S1、S2（取消S1和A2的跳接线），可对
两个20/AST进行在线试验，而另外两个20/AST仍可继续执行遥控任务，确保遮断
的可靠。

      图9 －10遥控遮断控制继电器逻辑

      遥控遮断命令包括：人工命令（2 个）、MFT 、DEH 失电、高排温度高、
高排压力高、发电机保护动作、旁路故障、冷段再热器压力变送器故障、高压缸
压比低（或高排压力高）。

      当用户遥控遮断机组的命令用单通道系统时，可取消虚线的继电器，但需
保留S1和S2的跳接线，此时，遥控遮断机组的触点，将短接两个继电器RM1 和RM2
，并将图9－10上的2 个触点REM1和REM2同时断开，释放4 个20/AST电磁阀，实行
紧急停机。此时，遥控通道将不能作在线试验。

      第三节机械超速危急遮断系统

      一、机械超速危急遮断系统的工作原理

      在DEH 系统中，对转速的保护是多重的。机械超速遮断系统是1 个独立的
系统，与常规液压调节系统中的超速保护基本相同，在机组超速时通过机械动作
而实现停机。

      图9 －11为机械超速危急遮断系统的工作原理图。它的传感器为飞锤式传
感器，装于转子延伸轴的横向孔中，其重心与转子的几何中心偏置，通过压弹簧，
将飞锤紧压在横向小孔中，利用弹簧约束力与飞锤离心力平衡的原理来设计动作
转速。设飞锤的质量为G ，飞锤的重心与转子的几何中心距离为a ，飞锤出击距
离为x ，离心力为c ，转子角速度ω，重力加速度为g ，则飞锤的离心力与转子
角速度的关系为

      从上式中看出，只要规定了动作转速ω，则离心力便可以求出。然后，设
计压弹簧，其约束力p 的方向与离心力的方向相反，当c

c>p ，飞锤出击，通过碰钩使机械危急遮断机构动作并实行停机。

      机械超速保护系统的油系统，与电超速系统（ETS ）互为独立，采用的是
与润滑油主油泵相连接的油系统。当机组正常运行时，脱扣油母管中的油，自主
油泵出口管经节流后分两路进入遮断油滑阀，其中一路经二级节流后，作用在危
急遮断油滑阀并使之紧压在阀座上，把滑阀的泄油口关闭；另一路只经一级节流，
引入超速保护试验滑阀，再进入危急遮断滑阀。由于危急遮断滑阀左侧的面积小
于右铡的面积，所以油压的作用力把滑阀推和左侧，使蝶阀紧压在阀座上，堵住
了泄油孔，结果，脱扣油母管中的油压等于主油泵出口的油压，遮断系统处于等
待备用状态。

      飞锤出击的转速，一般为额定转速的110 ％～112 ％，。当机组正常运行
时，飞锤因偏心所产生的离心力，不足以克服弹簧反方向的约束力，飞锤不能出
击。当机组超速时，随着转速的升高，离心力和约束力随之增加，当离力大于约
束力时，飞锤外移，偏心距加大，根据飞锤的设计特性，到达整定的转速后，离
心力增加，克服约束而使飞锤出击。出击的飞锤作用在脱扣碰钩上，使碰钩围绕
其短轴旋转，带动危急遮断滑阀向右运动，碟阀随之离开阀座并泄油，导致机械
脱扣油母管中的油压降低，通过隔膜阀的作用，危急遮断管中的油泄放，使汽轮
机紧急停机，关于这一点，下面将进一步介绍。

      当遮断系统动作，汽轮机停止进汽后，转速将逐渐下降，离心力减小，弹
簧的约束力使飞锤退回到出击前的原位。

      由于脱扣碰钩转动时可使曲臂脱钩，曲臂受弹簧拉力的作用而向下转动，
所以，当飞锤复位以后，若要重新建立脱扣油压，运行人员必须手动复位，使曲
臂转动并重新返回到挂钩位置，此时，危急遮断滑阀才能在油压的作用下向左移
动，使蝶阀重新压在阀座上并建立脱扣油压，继续行使超速遮断保护功能。

      图9 －11机械超速遮断系统的工作原理图

      二、机械超速遮断机构

      图9 －12为机械超速遮断机构图。自动超速遮断部分的主要组成部件是：
转轴21、碰钩24、遮断与复位连杆30、手动遮断与复位杠杆33、手动试验杠杆34、
蝶阀座42、飞锤弹簧48、飞锤49、弹簧定位螺圈50、定位销51、蝶阀54、危急遮
断滑阀58、滑阀套筒59和节流孔塞等。其动作大原理上面已经介绍，整定时对主
要工作间隙的要求是：正常位置时碰钩与飞锤的间隙为1.6 ～2.4mm ；遮断位置
时碰钩与飞锤的间隙不小9.5mm ；遮断碰钩与复位连杆18间应有1.6mm 的搭接。

      除了自动超速遮断机构外，300MW 机组还配置有手动遮断与复位机构和手
动试验机构，它们均装在机组的前轴承箱前面，属于就地操作机构。

      手动遮断机构是供危急情况下，就地操作使用的。当手动遮断时，用手将
手动遮断与复位杠杆33从“正常”位置推到“遮断”位置，此动作可使复位连杆
18推动碰钩24旋转，导致危急遮断滑阀向右移动，蝶阀离开阀座位置并泄油，与
飞锤的出击情况相同，将所有的主汽阀和调节汽阀进行关闭。当超速遮断机构已
经遮断机组，需要重新复位时，必须用手推动手动遮断与复位杠杆33至“复位”
的位置，才能使其复位，但是，必须等待转子转速降低，并在飞锤恢复到正常的
位置以后，才能进行操作。

      图9 －12机械超速遮断机构

      手动遮断与复位机构也可用来在机组不超速的条件一试验超速机械的工作
是否正常，但试验时必须先用手向外拉着试验手柄，使与之相连的试验滑阀拉向
左侧的“试验”位置，切断脱扣油管至危急遮断滑阀的主通道。在手动脱扣试验
危急遮断滑阀上的蝶阀泄油时，仅使经过一次节流的油泄去，由于泄油量较小，
虽使脱扣油压有所下降，但不会引起控制停机的隔膜阀动作，所以能避免汽轮机
停机。设置二次节流油路到危急遮断滑阀去的作用，是使滑阀上有一油压的作用
力，以保证滑阀的复位，因此，在试验超速遮断机构动作是否正常时，一定要用
手拉住手俩，以保证不会因试验而引起停机。

      危急遮断滑阀也可通过自动复位装置，在遥控室内遥控操作复位。从图9
－9 看出，该装置是由四通电磁阀、遥控复位汽缸、活塞连杆和复位－遮断杠杆
等组成。在危急遮断滑阀复位前，四通电磁阀断电，关断进入汽缸的压缩空气通
道，遮断机构处于脱钩状态，为了使之复位，电磁阀经通电后打开，使汽缸的一
端压缩空气，另一端排大气，压缩空气推动力连杆使之向下移动，经旋转杠杆使
支点另一侧的碰钩挂钩，并关闭超速遮断滑阀，当快速限位开关动作时，说明汽
缸已达到其行程的终点，超速遮断滑阀已处于复位状态。随后，即可切断电磁阀
的电源，压缩空气进入汽缸的另一端，使活塞重新返回原位，“复位－遮断”手
柄也回到正常位置，此后，只要危急遮断滑阀仍旧关闭，该手柄就一直保持在此
位置不变，等待下一次的遥控复位指令。

      三、机械超速遮断系统与 ETS系统的联动原理

      机械超速遮断系统，也可认为是更上一级的保护，即当OPC 超速保护系统、
电气超速遮断系统（ETS ）均不起作用时，由机械超速遮断系统行使保护机组的
任务。因此，它的动作转速应整定得比电超速遮断的转速略高，一般为（111 ％
一112 ％）n0.

      机械超速遮断系统使用的润滑油与EH系统的抗燃油互不相干，它与危急遮
断安全油系统的唯一联系是隔膜阀。因此，它没有独立的液压执行机构，而是在
该系统动作、使隔膜阀的上部油压消失时，依靠压力弹簧的张力，打开隔膜阀，
卸去危急遮断总管上的安全油，使快速卸载阀动作而实现停机。

      第四节 ETS的新发展

      前述ETS 介绍的引进型300MW 机组DEH ，包括ETS ，实际上是西屋公司早
期推出的系统。近年来我国也直接从西屋公司引进了一批机组，在这些机组上采
用的ETS 系统，从总的思想上来看，与前述引进型300MW 机组上采用的ETS 无太
大差别，但有一些变化。新系统有两个重要特点：一是跳闸逻辑不是采用硬继电
器电路实现，而是由WDPF的DPU 用软件组态而成；相应的其ETS 盘及CRT 界面也
有变化。另一个特点是，在电气超速逻辑中增加了114 ％跳闸功能。这里作一介
绍，可供参考。

      一、ETS 逻辑

      西屋ETS 监视的参数：

      1 ）汽轮机超速；

      2 ）高压缸排汽温度高；

      3 ）推力轴承被磨损；

      4 ）轴承润滑油压低；

      5 ）冷凝器真空低；

      6 ）抗燃油（EH）压力低；

      7 ）轴承振动值过高；

      8 ）排汽缸蒸汽温度过高。

      另外，也有一个遥控接口，可接受外部其它跳闸指令，实现紧急停机。

      ETS 逻辑如图9 －13. 该系统同样使用了双通道的方式，使得在线试验成
为可能，而且在试验过程中仍然具备保护作用。但轴承振动高跳闸和排汽温度高
跳闸这二者只有单通道概念，不能进行在线试验，这两个跳闸条件在西屋原始设
计中是没有的，系按中方要求加上去的。轴承振动是监测7 个径向轴承在X 轴和
Y 轴上的双向振幅，只要有一个轴承的双向振幅均超过跳闸极限即引发跳闸。排
汽温度高跳闸是在位于两侧低压缸排汽处的温度开关同时动作时触发。

      图9 －13紧急跳闸系统逻辑图

      当跳闸条件消失之后，跳闸电磁阀不能自动复位，必须通过以下三种方式
才能使之复位（通电）：

      （1 ）按下ETS 操作盘上的RESET TEST TRIP 按钮；

      （2 ）在DEH 手操盘上按LATCH 按钮；

      （3 ）或者通过CRT 上的ETS 图形选择试验跳闸复位功能。

      对于机组真正的跳闸只能由（2 ）来复位，而（1 ）和（3 ）都是对试验
操作进行复位，不能复位完全的跳闸。

      1.EH油压低保护

      对EH油压低保护，冷凝器低真空保护和轴承油压低保护，都分别两次使用
了二取一逻辑，确保动作的可靠。下面仅以EH油压低保护为例，介绍其保护动作
逻辑。

      EH油压低保护装置，共有四只压力开关63－1/LP~63-4/LP，经节流孔与自
动停机跳闸母管相联，采用双通道对称结构。除四个压力开关以外还有两只电磁
阀，两个压力表和四只针形阀，用于试验。

      在正常情况下，EH油压高于跳闸极限值，四只压力开关（63－1/LP~63 －
4/LP）的触点都闭合，没有EH油压低信号。若没有其它跳闸信号，则TRIP1A，TRIP1B，
TRIP2A和TRIP2B四只继电器带电，其常开触点1A，1B，2A和2B的闭合接通了20－
1/AST ，20－3/AST ，20－2/AST 和20－4/AST 电磁阀的电源，阻塞了图9 －1
中的泄油通道，保持AST 母管油压正常。

      当63－1/LP和63－3/LP任何一个反映低EH油压时，生成EH油压低信号LP1.

      当63－2/LP和63－4/LP任何一个反映低EH油压时，生成EH油压低信号LP2.

      也就是说每个通道中的两个压力开关采用二取一逻辑。当实际EH油压值低
于整定值时，在每个通道中只要有一只压力开关动作，就能生成LP信号，当LP1
或LP2 生成后，在图9 －13的每个通道中又会引起两个跳闸继电器失电，而只要
每个通道中有一个跳闸继电器动作，就能引起该通道泄油阀接通。这里再一次使
用了二取一逻辑。综合而言，当每个通道中至少有一个压力开关发出EH油压低信
号时，才能够确保泄掉AST 母管中的油压，实现自动停机。

      这种设计除了能够实现自动停机外，还能满足在线试验的要求。下面再来
看看在线试验的过程，以通道1 为例，可以通过遥控按钮打开常闭试验电磁阀20
－1/LPT ，也可以就地手动缓慢开启逆止阀639 ，使相应的油路中的油压缓慢下
降（由于节流阀的存在，试验不会影响到AST 母管油压），当该油路中的压力低
至压力开关63－1/LP和63－3/LP的整定值以下时，其触点断开，生成 LP1. 在图
9 －1 的停机通道中断开了跳闸继电器TRIP1A和TRIP1B的电源，从而使图9 －1
中的跳闸电磁阀20－1/AST 和20－3/AST 失电，开通（常开电磁阀）。在通道1
进行试验时，另一油路的试验电磁阀20－2/LPT 被闭锁，不可同时进行试验，但
此时如果真的出现EH油压低的问题，则另一油路上的压力开关63－2/LP和63-4/LP
也会因感受到低油压信号而动作，从而使TRIP2A和TRIP2B继电器失电，造成通道
2 跳闸电磁阀失电泄油，使机组完成停机保护，也就是说，即使在进行试验的过
程中，也同样能起到保护作用。

      关于试验结果的确认是由63－1/ASP 和63－2/ASP （图9 －1 ）两只压力
开关来完成的。正常情况下AST 母管压力大于2000Psig，而回油压力近似为0Psig
，调整上下游节流孔的大小可使中间点的压力（即压力开关处）约为1000Psig
，当进行通道1试验时，中间点将与AST 母管相通，压力将升至2000Psig，以此说
明通道1 试验成功；当试验通道2 时，中间点与回油相通，压力将降至0Psig.因
此，63－1/ASP 和63－3/ASP 的动作情况可检验试验是否成功。

      以上以EH油压为例分析了油压低保护动作和在线试验的过程，冷凝器真空
保护和轴承润滑油压保护与EH油压保护具有完全相同的跳闸逻辑，而且使用的是
相同结构的试验块，故不再叙述。

      2.电超速保护

      电超速保护是在机组实际发生超速时由电气信号触发机组跳闸的一种手段，
不要与超速保护控制（OPC ）及快关控制（CIV ）混淆。它采用三个独立的速度
传感器测量汽轮机转速（见图9 －3 ），测得的转速信号首先进行中值选择，然
后将该值与超速跳闸设定值比较，通常情况下，设定值为额定转速的110 ％，即
当转速中值超过3300RPM 时，两个通道同时失电使机组跳闸。在进行机械超速跳
闸试验时，电超速保护的定值会提高到额定转速的114 ％，这样，既不会妨碍机
械超速脱扣试验（约110 ～112 ％），又对机组的实际超速加了一道保护屏障。

      图9 －14 ETS电气超速跳闸信号形成

      电超速保护也可以进行在线试验，每次只能选择一个通道，将一个超过电
超速跳闸定值的模拟信号（3301）取代实际转速中值信号，从而触发被试验通道
的跳闸。需特别注意的是，在单通道电气超速跳闸模拟试验过程中，由于实际转
速被3301代替，图9 －14中的超速状态就产生了，既然是进行单通道试验，就只
能使一个通道跳闸，所以逻辑将使另一个跳闸通道闭锁。这时如果真的出现汽轮
机超速的情况，甚至转速高达114 ％额定转速以上，另一通道也不会跳闸，机组
的超速保护功能只能由其它的方式来实现（例如机械超速跳闸的动作），这与以
前讲到的低油压，低真空等试验是不同的。

      一般情况下，电气超速跳闸保护应该时刻投入，也就是在ETS 操作盘上的
钥匙开关应置于“NORMAL”位置。如前所叙，当要进行机械超速跳闸试验时，可
将该开关扳至“INHIBIT ”方式，则跳闸定值自动地由原来的110 ％升至114 ％
额定转速。

      我们知道，汽轮机上共装有六只转速传感器，当ETS 的转速信号出现质量
问题时，由OPC 模件三取二逻辑选中的转速信号（参见第六章）会切至ETS 逻辑，
以保证超速保护的可靠性，当ETS 转速信号质量恢复后，至少连续30秒钟内质量
可靠，才重新切回到ETS 选择的转速中值信号。如果所有转速信号全部存在质量
问题且持续时间超过5 秒钟，则机组请求跳闸（图9 －13中的OS1 或OS2 信号包
括了两层含义： 1，超速状态；2 ，转速信号质量坏5 秒钟后。）。

      3.推力轴承磨损保护

      在汽轮机转子推力盘的附件装有一个小的圆环，由位移传感器监视着圆环
的位置变化，它所反映的正是推力盘的轴向位移。

      在机组运行中，一些异常情况的出现可能引起推力过大或油膜破坏，造成
推力瓦块乌金磨损甚至烧熔，例如，负荷大幅度突变，高中压缸水冲击，叶片结
垢造成通流面积减少，真空下跌使容积流量减少等，都会引起推力轴承过负荷，
润滑油系统故障也系统会引起油膜破坏。推力瓦块的磨损或烧熔，会使转子窜动，
造成汽轮机内部转动部件与静止部件之间的轴向间隙消失，使动静部件之间发生
磨擦和碰撞，从而造成设备损坏的严重事故，例如叶片断裂，大轴弯曲等。

      西屋轴向位移保护系统中共有四只位移传感器，用于测量汽轮发电机转子
朝调速器方向和发电机方向两侧的轴向位移，四只传感器布置成两个通道，PU/RP1A
和PU/RP1B 与1 通道TSI 转子位移监视器相连，PU/RP2A 和PU/RP2B 与2 通道TSI
转子位移监视器相连，每个通道上的两只传感器同时检测到轴向位移超过跳闸极
限时，该监视通道上的触点（TBW1或TBW2）闭合，只要有一个触点闭合，即可使
汽轮机ETS 母管上的两个通道同时失压，实现机组跳闸。

      二、紧急跳闸系统操作盘及CRT 画面

      （一）操作盘

      紧急跳闸系统与操作员之间的联系除了ETS 图形画面外还配备了一只硬接
线盘，硬盘主要用于系统监视和执行一些手动功能，其外型如图9 －15所示，功
能有以下三类：

      图9 －15紧急跳闸系统盘面布置图

      A ：指示灯

      盘面上共有13只指示灯，图中以双线框表示，它们分别是：

      1.电源监视――两路13V 直流供电系统中只要有一路故障该灯点亮。

      2.转速通道监视――转速通道的三取二逻辑出现故障或者其输入/ 输出卡
件故障时该灯点亮。

      3.试验监视――以上谈到对ETS 的很多逻辑可以进行在线试验，当某种试
验正在进行时，该灯点亮。

      4. EH 油压报警――在EH油系统中的四只压力开关中有一只以上检查到油
压低于压力定值时该灯点亮。

      5.润滑油压力报警――功能与EH油压报警相同。

      6.低真空报警――功能与EH油压报警相同。

      7.推力轴承报警――当两只推力轴承磨损传感器中至少一只表明位移过大
时，该灯点亮。

      8.遥控跳闸报警――遥控跳闸输入请求机组跳闸时该灯点亮。

      9.超速跳闸报警――出现超速现象时点亮。

      10. 第一通道跳闸――在第一通道存在跳闸条件，引起20－1/AST 或20－
3/AST 电磁阀失电时点亮，由63－1/ASP 和63－2/ASP 两只压力开关来印证（参
见图9 －2 ）。

      11. 第二通道跳闸――与通道1 跳闸情形相似。

      12. 高压排汽温度监视――当高压缸排汽温度传感器信号故障或某I/O 卡
故障时该灯点亮。

      13. 高压排汽温度报警――灯亮表明高压缸排汽温度过高。

      B ：按钮

      1.灯试按钮――按下后点亮所有指示灯，检验灯光是否完好。

      2.试验跳闸复位按钮――这个按钮只能用于复位跳闸试验后的跳闸通道，
前已叙及，当对某个通道的跳闸条件进行时，即使跳闸条件已经消除，该通道也
不能自行复位，必须等到按下RESET TEST TRIPS按钮之后才会复位。当然也可以
在ETS 画面上复位，这是由跳闸闭锁功能决定的。

      3.汽轮机跳闸按钮――这是一只带有保护罩的红色按钮，在异常情况下打
开保护罩按下此按钮就可使汽轮机紧急停机，保护罩是为了防止误动作，汽机跳
闸后该按钮的背景灯光也点亮。

      C ：超速跳闸钥匙开关

      这个开关位于危急遮断盘的左下方，它有两个固定位置，左侧为投入（IN
SERVICE ）位置，正常情况下应置于此位置，并把钥匙卸下来存放到安全的地方。
右侧位置为闭锁状态，当置于此位置时，电超速保护动作的定值被抬高到较高水
平（约114 ％额定转速），只有在机组每次进行真实的超速操作以校验其机械超
速跳闸系统的动作情况时，才将该钥匙开关置于闭锁（INHIBIT ）位置，试验结
束后应立即返回投入位置。

      （二） ETS画面

      ETS 与操作员的另一接口就是通过WDPF的CRT 图形画面，关于WDPF薄膜盘
的基本操作已在第四章中作过介绍，这里仅就与ETS 相关的画面及由此产生的操
作进行简单说明。

      进入ETS 画面通常有三种途径，一是使用薄膜键盘上的功能键直接调出画
面；二是在Westation CRT 上选择CUSTOM GRAPIC 调出用户画面菜单选项；三是
在屏幕上部的POKE FIELDS 区通过翻页进入所需画面。

      ETS 画面如图9 －16所示，显示所有紧急跳闸系统的输入状态和四只跳闸
电磁阀20－1 ～4/AST 的状态（振动跳闸和排汽缸温度高跳闸是后加上去的，也
应该显示在画面上）。该画面上还有一幅简化的紧急跳闸控制块框图，上面包括
四只跳闸电磁阀，两只OPC 保护电磁阀和两只ASP 压力开关等，通过这幅画面，
操作员能对全部跳闸条件及电磁阀状态一目了然。

      图9 －16 ETS CRT画面

      除此之外，紧急跳闸系统画面上还有一个报警信息行，用于显示跳闸系统
中出现的非常情况，它们的内容及所代表的含义是：

      UNIT TRIPPED――表明汽轮机处于跳闸。

      TRIP CHANNEL1 ――通道1 触点输出产生跳闸信号并由压力开关证实。

      TRIP CHANNEL2 ――通道2 跳闸，同上。

      OVERSPEED TRIP INHIBITED――表明电气超速跳闸被禁止。

      TEST IN PROGRESS――表明某个通道正在进行跳闸试验。

      POWER SUPPLY FAILED ――表明某只13V 电源故障。

      SPEED INPUT FAILED――表明转速三取二逻辑故障。

      （三）试验

      以上谈到的紧急跳闸系统画面也可用于每个通道的跳闸条件的在线试验，
试验一般按通道进行，依次闭锁两个通道上的跳闸电磁阀，在不停机的情况下检
验其跳闸功能。

      西屋建议在每次启动前都要试验所有跳闸功能，以后每个月进行一次检验。
在试验过程中遵循下列原则：

      1.在同一时间只能对一个通道进行试验，而且要进行试验的通道只有“TEST
OFF ”栏背光明亮而其它项目均无背光时，才表明允许试验，否则不能进行试验
（见图9 －16）。

      2.被选择的试验项目在试验开始后背景显示变为红色，试验结束后应进行
复位，否则选择其它试验项目无效。

      3.如果存在着某个跳闸条件，则不允许进行试验。

      4.当所有试验完成之后，重新选择“TEST OFF”位置，避免误操作而启动
了某项试验。

      下面我们以第一通道的某一个试验项目――EH PRESSURE 为例来说明试验
过程和步骤，其它功能的试验，以及通道2 的试验均与此相似。

      1.在通道1 上选择EH PRESSURE 项目（参见图9 －16），选择的方法是将
鼠标移至该位置确认，此时其背景显示变为黄色。

      2.实验通道1 的结果是使20－1 和3/AST 电磁阀失电动作，但你若不想使
两只阀同时遮断，则可使用TEST LOCKOUT按钮（这里的所谓“按钮”是指CRT 画
面的一个显示框，不是硬的按键，以下同），将某只电磁阀闭锁，试验时不动作。

      3.选择位于中上部的START TEST按钮，则试验开始，表征试验正在进行的
标志是EH PRESSURE 的背景显示由黄变红。

      4.试验使得通道1 中油压传感器产生一个虚拟的跳闸信号（只有超速跳闸
试验和高压缸排汽温度高试验例外），在“跳闸系统状态”画面上可以看到传感
器送来的触点输入信号。

      5.当现场传感器送来模拟的跳闸条件时，ETS 将使通道1 中的20－1 和3/AST
遮断。如果在上述第二条中指定了某个电磁阀闭锁，则此时显示为“LOCK OUT”，
不会“TRIP”，这在跳闸系统状态画面上可见。

      6. 20 －1 和3/AST 电磁阀在试验中是否动作，可由阀后的压力开关63－
1/ASP 来确认，如果通道1 电磁阀开通则压力开关处的油压会升高。

      7.在试验过程中可随时用“RESET TEST TRIP ”按钮来清除跳闸条件，以
及在试验之后用来复位，如果电磁阀没有立即复位，需再次选择RESET TEST TRIP
，直至20/AST 电磁阀复位。

      注意遥控跳闸条件不允许进行试验。在全部试验完成之后，重新回到TEST
OFF 状态。