燃机保护系统

燃气轮机保护系统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。 燃料控制阀，通过电气信号关闭。简介简介简介伺服阀的三线圈表决：<R>、<S>、<T>的输出通过伺服阀实现三个电流的叠加。每个输出电流量分别受到限制，以便两个输入信号电流之和可以抵消第三个信号的异常电流。简介对于伺服输出，三个独立电流信号驱动三线圈伺服执行机构，用磁通量叠加的方法把它们相加。如感测到伺服驱动器出现故障，通过自灭功能，断开自灭式继电器触点，保证保护控制卡件的安全。简介4-20mA输出表决通过2/3电流共用电路叠加三个4-20mA信号，把三个信号表决出一个值。感测到4-20mA出现故障，断开自灭式继电器触点。简介继电器触点输出的硬件表决系统故障需遮断停机时，<R>、<S>、<T>三个输出信号要求三个独立的继电器的触点经适当连接完成2/3表决。Rwn=(R*S+S*T+T*R)2/3硬件表决可以克服由于任意一个控制器出现故障而造成机组的停机，提高燃机的可利用率。主要用于干触点和电磁线圈输出表决简介主要用于保护模块的遮断输出表决。遮断油系统功能：控制系统或保护系统打开或关闭燃料的进口。正常启动或停机过程中，需给燃料截止阀提供液压信号；采用双燃料系统的发电机组，通过其选择切换所需燃料系统。主要部件进口节流孔板位于遮断油系统进口管线处，润滑油母管油经其进入遮断油系统。限制从润滑油系统进入遮断油系统的润滑油流量。保证机组故障时不使轮机润滑油流量减小过多；保证正常运行能为遮断装置提供足够油流量。遮断油系统遮断油系统超速遮断一些机组在遮断油主管路上设置机械超速遮断装置。机械装置设在辅助齿轮箱上，借助超速螺栓而动作；通过限位开关用以发出机组被遮断信号。同时设置手动遮断推杆和复位杆。超速机构动作，遮断油系统保持泄油状态，直到推动手动推杆复位。手动遮断装置手动两位阀门。机组正常运转，阀门常关。机组故障，可手动打开阀门泻放。遮断油系统节流孔板和止回阀组件遮断油母管分为液体燃料遮断油和气体燃料遮断油两个支路；每个支路设置节流孔板和止回阀组件，用以限制支路遮断油流量；机组正常运行时，遮断油经节流孔板和止回阀组件节流孔为每个支路建立正常遮断油压，维持燃料截止阀打开；装在遮断油主管路上的遮断装置动作时，节流孔板和止回阀组件正向导通而打开，加速遮断油泻放，截止阀迅速关闭，切断燃料停机。遮断油系统遮断油压力开关遮断油支路分别配备液体燃料压力开关63HL和气体燃料压力开关63HG。遮断装置动作时，遮断油压力下降到压力开关设定值或其他故障引起遮断油压下降至压力开关设定值，压力开关动作，发出遮断油压低信号至MarkVI主保护系统。体燃料速比/截止阀作为调整p2压力的压力调节阀。借以根据转速信号TNH自动调整气体燃料控制阀前的天然气p2压力。作为气体燃料截止阀；机组故障遮断时，通过遮断油压或液压油压的泄压迅速关闭，以此切断机组气体燃料供应。遮断油系统气气体燃料泻放中继阀遮断油压控制的两位三通阀；机组正常运行时中继阀状态中继阀处于左位工作状态，气体燃料压力调节系统伺服阀输出控制油压可调节速比阀开度，使调节阀前气体燃料压力满足给定值要求。故障遮断时中继阀状态机组故障遮断时，遮断油压下降，中继阀在弹簧作用下处于右位工作状态，控制油压被切断，存留在气体燃料速比/截止阀液压缸内的油经过中继阀泄放掉，使其迅速关闭，切断机组气体燃料供给。遮断油系统遮断油系统MARKVI保护系统的遮断机组出现超速、超温、振动过大等故障时，MARKVI主保护系统会发出L4逻辑信号置零，经继电器驱动模块2/3硬件表决以后，使机组遮断主保护继电器4X失电，导致液体燃料泄放阀20FL和气体燃料泄放阀20FG的电磁线圈失电，泄放遮断油，关闭液体燃料截止阀和气体燃料速比/截止阀，机组遮断停机。遮断油系统机组遮断时，节流孔板和止回阀组件起重要作用止回阀处于关闭状态，节流孔板流动阻力大，使得泄放阀打开泄放遮断油；更迅速的泄放掉液体燃料和气体燃料泄放中继阀液压缸中的遮断油，加快故障期间截止阀的关闭速度，以便更快切断燃料，减少因故障的扩大化。引入节流孔板和止回阀组件，使截止阀时间常数减小，使机组遮断时动态过程的超调量减小。动态过程时间缩短，有利于机组安全可靠运行，提高机组故障期间的应变能力。遮断油系统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。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。燃机超速保护燃机超速保护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；作为电子超速保护系统后备，整定值比电子超速系统略高一些（112%）。遮断动作独立于轮机控制盘，不管电子超速保护起作用，只要达到设定值，都将引起跳机。危急遮断器(超速螺栓)：飞锤式危急遮断器由撞击子、壳、弹簧及调整螺母等组成；撞击子重心与旋转轴中心偏离6.5mm；燃机超速保护燃机超速保护转速低于飞出转速时，离心力小于弹簧力，飞锤不动作；弹簧力使其维持在安装座上。转速升高至飞出转速时，作用在撞击子上的离心力超过弹簧力时，撞击子向外甩出，一旦甩出即走完全部行程，行程由限位衬套凸肩限制；飞出后撞击脱扣杠杆，危急遮断机构动作，切断燃料，机组遮断；转速降低，飞锤离心力将减小。离心力低于弹簧力，飞锤复位；弹簧力可以调整，借以调整遮断轴转速。燃机超速保护遮断器动作试验手动试验：了解危急遮断器机构动作情况。可在机组运行状态或静止时的挂闸状态，手动脱扣。通常在机组启动、停机和实际进行超速试验前先进行此项试验。超速试验把机组转速升至动作转速，检查遮断器的动作转速、动作情况是否符合运行要求。一般在下列情况下进行超速试验：新安装机组或设备大修以后；调节和保安系统经过拆动重装后；运行2000h后；停机1个月以后在启动时。超速遮断机构：紧靠超速螺栓组件，装在辅助齿轮箱上。实质为液压泄放阀。保护动作时，撞击子向外飞出撞击脱扣杠杆机构使危机遮断器动作，引起遮断油路中遮断阀解脱，泄放遮断油。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。燃机超速保护燃机超速保护Mark-VI电子超速保护系统在<Q>控制机和<P>保护模块中独立完成；磁性传感器（77NH）送来的轮机转速信号（TNH）与超速给定值（TNKHOS）进行比较，当TNH达到给定值时，超速遮断信号（L12H）传送至主保护电路，切断燃料而停机。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。燃机超速保护燃机超速保护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。燃机超速保护MARKVI控制系统<R>、<S>、<T>控制器三重冗余结构从转速传感器来的信号输入至TTUR端子板，经由VTURI/O卡表决，再通过TRPG输出遮断信号驱动遮断电磁线圈。<P>独立保护模块同样采用三重冗余结构，另外三个转速传感器接受转速信号的输入，传送至TPRO端子板，在送至VPRO卡，经表决后再通过TREG完成由<X>、<Y>、<Z>冗余保护电磁线圈输出信号的硬件表决，以此从它供电的另一端来遮断电磁线圈。燃机超速保护主超速遮断通过TPRG端子板输出，而紧急超速遮断通过TREG端子板输出，在它们协同作用下驱动三个电磁线圈；每个电磁线圈正极连接到TREG，而负极连接至TRPG，以此实现他们的协同动作。通过独立的保护模块<P>完成保护功能包括超速保护和同期检查功能。从电压互感器等传感器接受输入信号，执行同期检查保护。<P>保护处理器、手动遮断按钮以及用户其他的遮断信号也都需要都过<P>保护模块的VPRO通过继电器表决后，经由TRPG端子板输出遮断信号。燃机超速保护燃机超速保护磁性测速传感器和超速给定值跨接器(BergJump)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继电器驱动器切断燃油截止阀线圈电源。燃机超速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。燃机超温保护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。燃机超温保护燃机超温保护超温保护算法：TTKOT3超温报警线温控基准线TTRX向上平移TTKOT3常数(13.9°C)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1A<B，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。燃机超温保护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常数之和所确定的值时，比较器2输入A>B，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A<B，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A>B，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。燃机超温保护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30-125°F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。燃烧监测保护压气机排气温度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。燃烧监测保护燃烧监测保护Mark-V燃烧监测保护排气热电偶故障报警

S1/Sallow>K2，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/Sallow>K2，产生燃烧故障报警。排气温度分散度过高遮断。燃烧监测保护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：K1<S1/Sallow<K2，说明热电偶工作正常，所测量到的排气温度分散度超出允许值，发出报警和条件遮断信号L60SP1。S2/Sallow>K1=1，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A>B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。燃烧监测保护第二种条件遮断S1/Sallow>K2=4.0。比较器2的输入A>B输出报警和条件遮断信号L60SP2。S2/Sallow>K1=1.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3A>B，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。燃烧监测保护报警或遮断

S3/Sallow>K3=0.85时，S4/Sallow>K1=1，认为燃烧不正常。比较器4A>B，输出报警逻辑信号L60SP4，连续报警9秒不退出报警状态则输出逻辑遮断信号L60SPZ，机组遮断停机。燃烧监测投入条件①机组转速达14HS(95%)②主保护L4已建立③自动停机程序L94X未被选择燃烧监测保护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0°C与110°C之间。稳态工作偏置值为0°C，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0°C。

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。燃烧监测保护熄火保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检测到火焰并且能够稳定2s以上，机组点火成功，启动程序继续；点火10s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。熄火保护火焰检测器方块图熄火保护火焰检测器工作原理铜阴极火焰检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。探测器短路指示存在火焰；断路时指示没有火焰。熄火保护2）频率型火焰检测器火焰传感器的击穿电压为紫外光强度的单值函数。电容充电到达击穿电压所需时间与火焰强度成反比。测量传感器交替通断的信号的频率，如超出给定频率值，则确定火焰建立。传感器开路或短路后，测量频率为零，指示没有火焰。熄火保护振动保护的功能：对燃机本身的影响

有可能造成压气机或透平叶片产生断裂或转子与外壳、转子与静子发生碰擦。对电子测速元件的影响机组振动大，磁钢和齿轮间隙忽大忽小，可能会引起数据转换的失误，出现丢转速现象。使得转速控制系统的依据失准。在超速保护系统中，实际转速较指示转速高更加危险。对轴承和轴系的影响

振动过大会影响轴承和轴承油膜的稳定性。对危急遮断器的影响

概率小，是危急遮断器误动作原因之一振动保护Mark-VI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。输出连接到TVIB端子板，再送至<Q>模块VVIB模拟量I/O处理卡，与给定报警和遮断整定值比较，发出报警和遮断机组的命令。电磁式传感器

根据电磁感应原理制作。可分为可变气隙式、动圈式和动铁式等类型振动保护振动保护振动保护接近度传感器

非接触式间隙测量传感器。激励电源产生高频电流在探头端头形成高频交变磁场，基于交变磁场电涡流原理测量涡流探头与被测金属表面之间的距离变化。在一定范围内间隙大小与涡流损失成正比。静态测量间隙的变化；

包括推力轴承磨损、转子轴向位移、汽缸膨胀等。振动测量:通过物体间相对运动的最大到最小间隙测量得出位移变化量。通常以水平45°夹角正交安装两个位移型振动传感器。主轴转角位置矢量测量；借助于鉴相器的编码功能，可以确定转子不平衡量和需要配重的位置，在现场完成动平衡工作，并可以绘制轴心轨迹。振动保护Mark-VI振动保护系统振动保护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<RST>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A<B，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。

振动保护对于位移型传感器，功能与速度型振动传感器基本相同；所有探头的输入连接、保护功能的算法一般配置在汽轮机MARK-VI的****.M6B文件中，与速度型传感器不同。送至HLTH1输入端的逻辑信号为FALSE或探头指示出现故障，发出L39VFnX或L39VFnY的探头故障报警。振动保护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2A>B，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A<B，L39VA=0，报警解除。

对于位移型振动传感器测量，安装在1-4号轴承的4对位移型振动探头其中任意一个大于0.127mm都将出现振动大报警。为消除偶然因素影响，增加一定的延时后发出L39VAnA振动大报警。振动保护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3A>B，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L39VTA=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_CPB使寄存器复位，机组才能重新启动。

对于位移型振动传感器，位于各个轴承的8对