第十章热工信号及保护

1、 授课教师授课教师: 毛忠国毛忠国二零零九年八月二零零九年八月六盘山六盘山电厂电厂300MW机组培训班热控授课提纲机组培训班热控授课提纲 第十章 热工信号系统及热机保护 热工信号系统及热机保护是热工自动化技术的重要组成部分。反映了机组自动化水平的高低，它们的功能是：当运行参数异常时发出报警信号，提醒运行值班人员注意，并采取必要干预措施，而当设备异常或参数达到危险值时，保护装置工作，以保证设备及人身安全。 第一节 热工信号系统的作用和分类一、热工信号系统的作用 当热力设备的运行参数达到或超过规定值（越限）或着设备发出异常现象时所发出的报警信号，称为热工信号，其作用是通过声响、灯光及颜色等信号指示

2、设备的运行状态；报导设备在运行中的异常和报警情况；提醒运行值班人员注意，采取主要的措施，使热工参数恢复正常，因此热工信号对提高机组运行的安全性和经济性、改善运行人员的劳动条件，具有十分重要作用。 二、热工信号系统的分类 热工信号根据其用途和性质可分为： .状态信号 一般由信号指示灯用来表示热力系统中设备的当前状态。在由构成的大机组热控系统上，由操作员站的图形显示以下不同颜色来指示被监控设备的当前状态。例如：以红色表示设备的“运转”或“开启”，以绿色表示设备的“停止”或“关闭”。运行人员通过这些信息，随时了解当前机组设备的运行状况。 .越限报警信息 热力系统中所有设备应该运行在正常状态下。热力系

3、统中的介质参数必须保持在一定的安全范围之内，参数安全规定值可以有值、值、甚至值。一旦设备状态发生变化，运行介质参数（例如，汽温、汽压、液位等）超出规定范围。则及时发出报警信号，如“主蒸汽压力高”、“除氧器水位低”等等，以提醒运行值班人员密切关注报警工况，采取有效措施。 .趋势报警信号 一些专门报警装置或系统，具有智能化处理功能，它们对有些热力系统中的参数变化速率和报警信息“恶化”方向予以比较处理，向运行人员提供报警变化趋势信息，指示参数变化速率为运行人员提供操作指导。 .跳闸报警 当设备运行工况恶化到危及机组运行安全或设备本身安全时，保护装置将发出跳闸指令，以保护设备和机组安全同时报警系统发出

4、声光报警信息，指示故障点或故障设备名称。 第二节 热机保护 一、热机保护的目的 在机组运行中，如果某些热工参数已达到了极根限值，而运行人员不能及时排除或者处理不了，甚至操作失误，或者自动装置失灵无法处理事故时，都有可能使事故进一步扩大，直接危及机组和人身安全。例如，汽轮机的轴向位移太大，会严重损坏汽轮机； 汽轮机的转速太高，会造成飞车事故；锅炉汽包水位太高或太低，会造成满水或缺水事故；锅炉如果发生灭火，又不能及时切除送入炉膛的燃料，则会造成炉膛爆炸事故，等等。这不仅会造成重大的经济损失，还有可能发生人身伤亡事故。为此，在机、炉等主要设备上都装有各种相应的保护装置。例如，锅炉装有安全门，在汽压过

5、高时自动顶开；汽轮机装有危急保安器在转速过高时自动停机。 但是，仅依靠一些机械装置对机组实行安全保护是远远不够的，还必须装有可靠的自动保护装置，并根据热工信号越限值的不同，实行相应的热工保护：进行局部操作的保护、改变机组运行方式的保护、停止机组运行的跳闸保护。其中，跳闸保护是机组保护的最高手段，在热工信号达到极限值有可能危及人身及设备安全时，保护装置动作，自动紧急停机、停炉，以防止事故扩大，确保安全。 除热工保护外，大型机组还设有较完善的连锁保护装置，主要用于锅炉、汽轮机、发电机等主机间，给水泵、送风机、引风机等辅机间的连锁保护。例如，锅炉事故停炉时，就会连锁汽轮机脱扣、发电机跳闸，以保护主设

6、备；工作给水泵事故跳闸时，备用给水泵会自动投入，尽量缩小故障范围。所以热工保护常通过连锁作用来实现，保护与连锁即相互关联又难以区分。 随着机组容量的增大，运行情况的瞬息万变，操作项目的趋势增多，影响机组安全运行的因素很多，处理事故的过程更加复杂，因此，热机保护更显得重要。保护装置的任何误动作或拒动作，都会造成巨大损失，所以准确、实时、可靠的保护装置和系统是大型机组启动和安全运行的关键，并已成为电厂自动化的重要组成部分。为此，大型机组设置了一此专用自动保护系统和装置，如炉膛安全监控系统，简称系统；汽轮机监视保护装置，简称装置，为大机组的安全运行发挥了重要作用。二、热机保护技术 在热工保护中常用的

7、控制技术是定值控制和联锁控制两种。 定值控制是热工保护系统对热力系统中的介质参数进行监测，当介质参数达到和超越限值时，热工开关量变送器输出一个触点信号，驱动控制电路执行保护功能。定值保护控制分如下两种情况。 .定值启、停设备控制 如汽轮机润滑油系统，系统中有两台交流油泵和一台直流油泵。正常时有一台交流油泵维持润滑油压力，当发生润滑油压力下降到某一规定值时，保护系统将启动另一台交流油泵并列运行。当润滑油压力继续下降到规定低限值时，保护系统将启动直流泵并列运行。 .定值跳闸保护 例如，降氧器低水位保护系统中设有低值、低值和低值保护定值。当水位低于值，低于值时，保护系统发出除氧器低水位报警提示信号；

8、当水位低于值时，表明给水系统出现严重故障，危及锅炉供水，保护系统直接输出跳闸信号，通过机组联锁保护系统，迫使机组停止运行。 联锁控制是指生产过程中具有先后次序，或交叉关联的设备。按照工艺保护要求构成逻辑联系。在这些设备中的任一联系结点上设备发生故障时，即形成逻辑联锁反应，从而实现工艺系统的自动保护控制。例如，由于汽包水位波动超出规定极限值时，将引起紧急停炉保护动作，主燃料切断保护信号（）将迫使送风机、引风机、一次风机、磨煤机、给水泵、汽轮机、发电机相继跳闸，停止机组运行。 三、热机保护的内容 .汽机保护 （）汽机本体安全监视系统监视项目有： 振动、转速、差胀、偏心率、轴向位移、零转速等。 （）

9、汽机事故跳闸系统跳闸和保护内容如下： 超速跳闸、油压低跳闸、轴承润滑油压低跳闸、凝汽器真空低跳闸、轴向位移大停机、汽机防进水保护、轴承振动保护、发电机主保护动作、轴瓦及推力瓦钨金温度超过极限值、高压缸排汽温度超过极限值、透平压比低于极限值、手动跳闸等。 .锅炉本体保护 当发生下列条件之一时，锅炉主燃料跳闸（）。 （）两台引风机停 （）两台送风机停 （）两台一次风机停 （）风量 （）汽包水位高值（三取二） （）汽包水位低值（三取二） （）炉膛压力高（三取二） （）炉膛压力低（三取二） （）炉膛火焰消失 （）燃料消失 （）电源消失 （）手动 .发电机定子冷却水断水保护 发电机定子冷却水消失时，延时

10、后跳发电机，关主汽门停机。 .锅炉、汽机、发电机之间的联锁关系 （）锅炉，跳汽机、发电机；发电机解列，跳汽机、锅炉；汽机跳闸，跳发电机、锅炉。 （）在硬手操作台上设有规程规定的手动跳闸按钮，以备紧急事故情况下跳锅炉、汽机、发电机。.重要保护回路冗余设计 （）汽机采用双通道原理，可在线试验。汽机设多个跳闸电磁阀，采用“二或一与”逻辑，即可防止误操作和误动作，又可防止拒动作。 （）重要的一次信号如炉膛压力、汽包水位等均采用三取二逻辑。 .辅机保护 （）除氧器水位、压力保护 （）高、低加水位保护 第三节 锅炉系统的热工保护 锅炉的热工保护设置取决于锅炉参数，热力系统构造特点，所选用设备的结构和运行方

11、式等诸因素。本节主要介绍汽包水位高低保护、主蒸汽压力保护、再热器保护和炉膛安全保护。 一、汽包水位保护 汽包水位保护是指水位高、水位低保护。因为汽包水位过高或过低都会影响机组的安全运行。通常，由给水自动调节系统将汽包水位维持在允许的范围内。当水位由于某种原因达到保护的定值时，保护系统将采取不同的措施，确保锅炉的安全。通常，汽包水位保护的定值分汽包水位高值、值和值。（对应的汽包水位分别为、和）；汽包水位低值、值和值（分别为、和）。 1.汽包水位高保护 在实际使用中，汽包水位个保护定值的组合使用有多种形式。例如在有些锅炉上，当水位升高到高值时，保护系统发出水位高预报警信号，以引起运行人员注意，当水

12、位继续升高到高值时，高值和高值的“与”条件成立，保护系统自动打开事故放水门。水位高值信号同时作为水位高值信号的“与”条件。若水位继续升高到高值时，则保护系统发生紧急停炉指令，强迫停止锅炉运行。在水位达到高值放水后，若水位恢复到高值以下，表明水位恢复正常，则保护系统立即关闭事事放水门，以免汽包水位继续下降。图0表示了这一保护动作过程。.汽包水位低保护图0是汽包水位低保护系统。 当水位低值和低值相继出现时，开备用给水门，当水位低和低同时出现时，说明汽包水位已低到极限程度，保护系统立即发出紧急停炉指令。 当水位在低、低、低或高、高、高值时，保护系统均向信号系统发出报警信息，向运行人员明示异常部位。

13、有些锅炉系统上、水位高限值或低限值紧急停炉保护，常采用误动率和拒动率较小的“三取二”信号法。如图0所示。 二、主汽压力保护 主汽压力保护是指主汽压力高保护。因为主汽压力升高不仅会降低金属的使用寿命，压力过高还会有爆炸的危险。为了确保锅炉安全运行，各种类型的锅炉均装有安全门，大型机组还装设主汽压力高保护装置，保护定值一般也分主汽压力高值、值和值。当主汽压力升至高值或向值时，该保护装置动作，或停几台给粉机，降低燃烧强度，使汽压下降，同时打开过热器向空排汽门，放掉部分蒸汽，以泄压；或自动投入高压旁路系统，排放多余的蒸汽。在汽压下降过程中，为稳定燃烧，还需要应投油助燃。当负荷下降过快或者汽轮发电机组大

14、幅度甩负荷，使汽压骤然上升到高值时，自动打开过热器安全门，对空排汽，以防损坏锅炉设备。 三、再热器保护 再热器保护分为再热器壁温高保护和再热器汽温控制两个方面。 .再热器壁温高保护对于中间再热式机组来说，再热器壁温高保护是很重要的。在锅炉点火启动阶段，受热面被加热，再热器管道中的积水被蒸发，并且再热器的部分或全部管道中几乎没有蒸汽流量，仅仅受到微量蒸发出来的蒸汽所冷却，其冷却能力是很差的，因而管壁温度接近烟气温度。一般来说，在启动升压阶段，锅炉的蒸发量小于额定值的，不能有效保证再热器管壁温度在安全范围。此外，在汽轮机冲转前，过热器、再热器的通汽流量受到旁路系统限制；汽轮机冲转后又受到汽轮机流通

15、量的限制，因而再热器管道中的蒸汽通流量受到运行工况的影响和限制，如果通流量较小，就会使再热器壁温升高。再者，在某些事故情况下，例如中压调门关闭，旁路门关闭等都会使再热器中蒸汽流量骤减而升温。因此对再热器避温升高应该有必要的保护措施。 图0是锅炉点火启动时的再热器保护原理框图。当烟温超过规定限值时，应停运若干个油燃烧器，并及时调整风量，降低烟温。若烟温继续升高，超过高限值，则切断主燃料（），迫使紧急停炉。在锅炉启动成功后，再热器中有足够的蒸汽流通量，该项保护可手动切除。 图0是某国产亚临界中间再热式机组上的再热器事故保护逻辑。有以下几种情况将发生动作以保护再热器。（）汽机跳闸时燃料量，并且锅炉热

16、负荷，则动作。（）汽机跳闸时燃料量额定值，并且发生中压调门与低压旁路门同时关闭，或者发生主汽门和高压旁路门都关闭，则动作。 （）发电机并网后发生中压调门和低压旁路门都关闭，或者发生主汽门和高压旁路门同时关闭，则动作。 （）发电机尚未并网，但油燃烧器个投入运行，并且发生中压调门和低压旁路门关闭，或者高压旁路门和主汽门都关闭，则动作。 .再热汽温控制 在机组运行过程中，有效地控制再热汽温是保护再热器的重要要手段，通常再热汽温通过改变煤粉燃烧器的上、下摆动角度来控制的。再热汽温低时可使燃烧器的摆角上仰，而再热汽温偏高时则将燃烧器的摆角下倾。 在再热器管道上，还设计有事故喷水控制。由于喷水调节再热汽温

17、会降低机组的经济性，因此，正常运行时一般不用喷水来调节再热汽温。但是当再热汽温超过允许的限值时就不得不使用喷水减温来保护再热器。 四、炉膛燃烧安全保护 炉膛运行安全监控保护主要有以下任务： （）在锅炉的启、停和运行过程中，控制轻、重油枪的正常进、退和点火，实现对磨煤机、给煤机等制粉设备的启、停操作，监视各层燃烧器的火焰运行情况。发现异常，则退出油枪或停止制粉设备投用。 （）防止炉膛爆炸。当发生危及组安全和锅炉安全的严重事故时，则产生跳闸信号，切断主燃料，防止在炉膛内积存可燃爆的气粉混合物。在发生后，维持炉内通风，并进行跳闸后的炉膛吹扫，清除炉膛和尾部烟道中的可燃混合物，以防炉膛爆炸。在每次点火

18、前，都必须进行炉膛吹扫，以确保炉内无可燃混合物。 （）对强制循环汽包炉，必须保证炉水循环泵的正常运行。台炉水泵中至少应有台运行。如果不能维持最后台炉水泵的运行，则发出信号，强迫紧急停炉。 第四节 汽轮机系统的热工保护 大型汽轮机系统的热工保护有：本体机械参数监控、防进水保护、辅机保护和紧急跳闸保护。 一、汽轮机本体监控保护 对大型汽轮机的机械和热工参数的监视，常配置专用系统(TSI系统,已在DAS中讲过)。 二、汽轮机防进水保护 随着机组容量的增大，汽轮机本体结构也越加复杂，发生汽轮机进水、进冷汽的事故可能性也增大。一旦发生汽轮机进水、进冷汽就造成汽轮机大轴弯曲、叶片损坏等严重后果。因此，必须

19、采取防止汽轮机进水的保护措施。 可能造成汽机进水的相关系统有：（）主蒸汽管道和疏水系统；（）再热蒸汽管道和疏水系统；（）再热减温系统；（）抽汽管道和疏水系统；（）汽轮机汽封管道和疏水系统；（）主蒸汽减温喷水系统；（）汽轮机疏水系统；（）给水加热器管道和疏水系统。 三、辅助系统与保护 .推力瓦温度监视 为了能使汽轮机各道轴承正常工作，必须建立合适的润滑油温度，并监视轴承的工作温度。润滑油的温度过高，会使油的粘度下降，引起轴承油膜不稳定甚至被破坏；油温过低，就建立不起正常的油膜。这两种情况都会引起机组的振动，甚至烧坏轴瓦。 润滑油温度通过调节冷油器的出口温度来维持正常运行值，而轴承的工作状况通过测

20、量推力瓦块的温度来监视。 对于轴承温度高监视保护，在不同的机组上采用不同的策略。例如有的机组上，在推力轴承回油温度高于和支持轴承同油温度高于时报警，两者均高于时发出停机信息。 .轴承润滑油压低保护 润滑油压力过低，将使汽机各轴承的油腊受到破坏，严重时可能会使支持轴瓦和推力轴瓦的乌金瓦面熔化，使汽机轴向位移增大，动、静部分发生摩擦和碰撞，损坏机组。因此，必须采取低油压保护措施。 润滑油压力保护分两个阶段。首先，在运行中，当润滑油压力降低到规定值时，由油压联锁控制回路启动辅助油泵（交流油泵或直流油泵），以恢复润滑油压力；第二，如果润滑油压力下降到极限值时，低油压保护回路动作，迫使汽轮机主汽门关闭，

21、停止汽轮机运行。 .凝汽器真空低保护 凝汽器真空不仅影响汽轮机的运行经济性，而且对机组的安全影响也很大。所以，必须进行低真空保护。运行中无论何种原因引起凝汽器真空下降，且超过规定的低限值时，都应首先降低汽轮机负荷。例如，一般情况下，机组在额定负荷下运行时，真空不低于。若真空下降了，则应发出报警信号，若继续下降，应启动备用循环水泵和备用抽汽泵；如果真空值下降到以下，应采取减负荷措施。真空下降到时，负荷应降到零，真空下降到时，应关闭主汽门，立即停机。 四、汽机紧急跳闸保护系统（） .的主要功能 汽轮机紧急跳闸保护系统（ ），简称，是汽轮发电机紧急情况下的安全保护系统。当发生下列情况之一时，将使危急

22、遮断电磁阀失磁，迫使的调节抗然油泄压而停机。（）汽轮机电超速；（）轴向位移大；（）汽轮机润滑油压力低；（）油压力低；（）凝汽器真空低；（）用户要求的遥控脱扣保护。 上述（）（）项保护功能是由各自通道接受控制继电器或逻辑开关触点信号直接引发保护动作的。而第（）项所包含的保护内容，则由用户根据机组各系统的联锁保护来确定。通常包含以下保护项目。（）汽轮机手动停机；（）主燃料跳闸（）；（）锅炉手动停炉；（）发电机跳闸；（）高压缸排汽压力高限；（）汽轮机振动大；（）直流电源故障。 以上信号源自各个保护系统，“手动停机”和“手动停炉”信号由操作员在运行操作台上手动完成。它们通过外部继电器信号组合后送入的遥控接口用户要求的遥控脱扣保护信号接入，它们当中，任何一个参数超越极限值，就将驱使送出紧急停机跳闸指令，泄放油压，关闭汽轮机的所有进汽阀门，迫使汽轮机紧急跳闸，以保障设备安全。第五节 单元机组的热工保护 对大型机组来讲，大多保护任务由系统来实现。当