一次汽轮机超速事故的思考！

汽轮发电机组保护（ETS保护）是火电厂设备保护的重要组成部分，作为高转速设备，汽轮发电机组的安全稳定运行牵一发而动全身。目前，汽轮机发电机组的保护主要涉及转速、位移、温度以及辅机设备运行状况几个方面。而在汽轮机和发电机之间，汽轮机和锅炉之间（单元制机组）也设计有保护，我们着重探讨一下汽轮机和发电机之间的保护，也就是所谓的“机跳电”和“电跳机”保护。

先说电跳机，这个原理很简单，在发电机主保护动作之后，电气侧会发信号至汽轮机ETS保护系统，触发ETS保护动作，汽轮机主汽门和调门关闭，汽轮机跳闸。其中发电机主保护包括失磁、失步、定子接地等，这些保护动作之后，都会将动作信号通过统一的通道发至汽轮机侧，从而触发汽轮机保护动作。如果大家仔细观察过自己的保护系统就会发现，ETS保护动作信号同样会触发发电机保护动作信号，所以我们会看到汽轮机跳闸时，ETS保护动作画面中发电机主保护动作信号也会触发，只不过首出不是它而已。

不过，这个过程在很多人眼里存在争议，很多人反对ETS保护动作信号触发发电机保护，从而解列发电机。我们重新梳理这个过程，ETS保护动作之后，信号一路到了电气侧去解列发电机，一路到了汽机侧去关闭主汽门、调门、抽汽逆止门等，单元制机组也回来传到锅炉侧。

这样就会有一个问题，解列发电机的过程是纯电信号在传输，而关闭主汽门等除了电信号作用到电磁阀以外，还需要泄去建立起的油压或者气压，相关阀门机械部分动作从而关闭。这样就会出现一个问题，电信号传输肯定是要优先于其它的，这样在发电机解列的时候，可能主汽门、调门或者逆止门尚未关闭，甚至出现卡涩的情况。这样在甩负荷之后，仍然有进汽，汽轮机出现超速甚至飞车。

我最近就遇到这样一起事故，虽然事故原因暂时不能判断是否是进汽门或者抽汽门关闭迟缓造成，但是ETS动作直接解列发电机理论上的确存在汽轮机超速的可能。这里必须要提到我们的甩负荷试验，甩负荷试验过程中，我们是不打闸汽轮机的，转速在飞升到OPC动作转速的时候，关闭调门和逆止门，等到转速恢复到目标转速，调门重新打开。一般我们做甩负荷试验，首先是做50%甩你负荷，在转速飞升不超过额定转速的105%的情况下，再做100%甩负荷试验。

从我最近遇到的事故分析，事故过程中主汽门和调门都是关闭的，抽汽逆止门也正常关闭，转速仍然飞升超过110%。这里面有两个方面的原因，一个是某个进汽门或者抽汽门关闭不严，造成甩负荷后仍然进汽，从而超速；另一个是该汽轮机本身设计存在缺陷，无法达到甩负荷时的安全需要。由于该汽轮机是新机型，正常甩负荷试验也未做，所以暂时无法判断具体原因。单从事故期间的曲线判断，各进汽门和抽汽门的关闭都正常，所以汽轮机本身缺陷也是值得思考的部分。

这期间，有人提出ETS保护动作信号不应该直接解列发电机，应使用主汽门关闭信号和程序逆功率保护信号解列发电机。我询问了一些大的集团公司，包括电科院和设计院，的确有一些机组是这样的设计，但是目前国内主流的设计还是ETS保护动作直接解列发电机，在电力质监的时候也是这样的要求，这个设计应该经得起考验。

这里需要普及一下，什么是程序逆功率保护？所谓程序逆功率保护，是指电气保护装置检测实际功率达到功率额定值-1%，且主汽门关闭信号来，延时1s，解列发电机。与之相对应的另一个名词是逆功率保护，当电气保护装置检测到发电机负荷达到额定值-1%时，延时60S，解列发电机。这两个保护差了两个字，意义也有两个不同。程序逆功率保护需要主汽门关闭信号来，延时时间短，而逆功率保护不需要主汽门关闭信号，延时时间长。在一定程度上，逆功率保护是程序逆功率时间上的延伸。不过，仔细分析的话，程序逆功率是为了保护发电机，避免发电机变电动机。而逆功率保护，则是为了保护汽轮机。

我们可以详细解释一下这个过程，正常情况下汽轮机在蒸汽推动下旋转，带动发电机做功，功率的流向是由汽轮机指向发电机的。而当主汽门突然关闭，汽轮机失去新蒸汽，且发电机未解列的情况下，发电机就变成电动机，带动汽轮机转动，功率的流向就由发电机向汽轮机，也就是从电网上吸收功率。由于没有蒸汽流入汽轮机，汽轮机的转动将会使内部形成严重的鼓风摩擦，容易造成叶片过热变形，尤其会使末级叶片受到严重损害。

所以，逆功率保护存在的情况下，可以减少汽轮机免受鼓风摩擦之苦。在二十五项反措中，也有相关规定，“机组停机时，应先将发电机有功、无功功率减至零，检查确认有功功率到零，电能表停转或逆转以后，再将发电机与系统解列，或采用汽轮机手动打闸或锅炉手动主燃料跳闸联跳汽轮机，发电机逆功率保护动作解列。严禁带负荷解列。”

这个规定，不同的人会有不同的解读，有人认为这个规定是给机组正常停运用的，也有人认为异常停机也应该遵守。如果异常停机也应该遵守，那么ETS动作直接解列发电机的设计就明显违反规定。不过，目前我看到的情况是，很多设计都是ETS动作直接解列发电机。

使用逆功率或者程序逆功率解列发电机还是ETS直接解列发电机，一个有可能对叶片造成损伤，一个有可能造成飞车。两者权衡取其轻，但是两者都不轻。我曾经有过一个设想，就是设备厂家需要给出发电机和汽轮机在逆功率情况下多长时间不会造成损害，只要能计算出这个时间，我们就可以设置逆功率保护的延时动作时间，问题也可以迎刃而解。不过，一般的汽轮机厂很难给出这个时间，纯粹的理论推算需要综合多个方面的因素，一些金属材质不好的机组也有可能几秒钟就会致命损害。

关于这个问题，希望大家多多留言，给出自己的看法。

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