CN212003274U - 用于汽轮机的自动保护控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于汽轮机的自动保护控制***，自动保护控制***包括自动启动保护逻辑装置，自动启动保护逻辑装置包括：控制模块；超速保护模块，超速保护模块与控制模块逻辑性连接；低转速保护模块，低转速保护模块与控制模块逻辑性连接；转子粘滞保护模块，转子粘滞保护模块与控制模块逻辑性连接，所述控制模块根据从超速保护模块、低转速保护模块和转子粘滞保护模块中至少一个接收到的逻辑指令来控制汽轮机停机。借助该自动保护控制***能够对汽轮机存在风险的情况进行准确判断，能够更全面地避免汽轮机可能出现的故障情况，从而使汽轮机能够更安全地运行，并且更好地保护汽轮机操作人员以及周边工作人员的安全。

Description

用于汽轮机的自动保护控制***

技术领域

本实用新型涉及一种用于汽轮机的自动保护控制***，具体而言涉及用于SST150型汽轮机的自动保护控制***。

背景技术

汽轮机作为驱动设备通过将蒸汽的热能转变成动能，以使机器进行工作。汽轮机通常具有超速保护功能，该超速保护功能避免机组转速超过汽轮机最大连续转速而使汽轮机跳闸。但是对于其余的转速范围并未考虑设置保护模块，这在一定程度上降低了汽轮机机组的安全性。

汽轮机具有调速阀，该调速阀用于控制蒸汽的进气量，蒸汽的进气量决定机器的转速。但是如果阀出现故障，例如阀在预定的开度、例如30％的开度下，转子并未达到预定的转速，这可能由于发生阀被卡住而造成的。此时如果用力继续打开阀门，阀可能从卡住部位越过，直接跳转到更大的、例如65％的开度下，那么此时蒸汽的进气量突然增大，温度骤然升高，由此引起转速也迅速提高，这将导致汽轮机有飞车的风险。由此也可能对操作人员以及汽轮机机组周边工作人员造成人身危险。

此外，例如在汽轮机的调速阶段中，在没有其他干预的情况下转速开始下降，如果转速下降到最小连续转速以下，此时说明管路、阀门等部件发生故障。由此也会使机组受到损坏并且使操作人员或周边工作人员处于危险之中。

而迄今为止，这些情况都只能靠操作人员的经验来人为的判断。这根据操作人员的经验有时是不可靠的。而如果操作人员经验不足，则会带来更大的财产和人员损失。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，在现有技术中的汽轮机的自动保护控制***仅具有超速保护功能，而忽略了汽轮机低速运行或汽轮机开始启动时可能出现的各种风险。

本实用新型提供了一种用于汽轮机的自动保护控制***，借助该自动保护控制***能够对汽轮机存在风险的情况进行准确判断，能够更全面地避免汽轮机可能出现的故障情况，从而使汽轮机能够更安全地运行，并且更好地保护汽轮机操作人员以及周边工作人员的安全。

另外，本实用新型的用于汽轮机的自动保护控制***无需增加新的设备，仅在现有的汽轮机所用的装置的基础上加入新的功能模块，由此没有增加新的设备成本，是成本有利的。

本实用新型提供了一种用于汽轮机的自动保护控制***，所述自动保护控制***包括自动启动保护逻辑装置，所述自动启动保护逻辑装置包括：

控制模块；

超速保护模块，所述超速保护模块与所述控制模块逻辑性连接，在汽轮机运转过程中所述超速保护模块接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且所述超速保护模块根据该当前转速的信号确定转子的当前转速是否大于第一预定转速，所述超速保护模块在确定转子的当前转速大于第一预定转速时将停机操作指令发送给所述控制模块；

低转速保护模块，所述低转速保护模块与所述控制模块逻辑性地连接，在汽轮机运转过程中所述低转速保护模块接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且所述低转速保护模块根据该当前转速的信号在确定转子的转速大于等于汽轮机最小连续转速之后转子的转速小于等于比所述汽轮机最小连续转速更小的第二预定转速长达预定时间时将停机操作指令发送给所述控制模块；

转子粘滞保护模块，所述转子粘滞保护模块与所述控制模块逻辑性地连接，在汽轮机启动过程中所述转子粘滞保护模块接收表示所述汽轮机的调速阀的当前开度的信号和表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且所述转子粘滞保护模块根据调速阀的当前开度的信号和转子的当前转速的信号以及调速阀的开度与转子的转速的预设匹配关系在确定调速阀从开度为零改变为预定的开度且转子的转速小于与预定的开度匹配的第三预定转速时将停机操作指令发送给所述控制模块，

所述控制模块根据从所述超速保护模块、所述低转速保护模块、所述转子粘滞保护模块中至少一个接收到的停机操作指令控制汽轮机停机。

根据本方案，在用于汽轮机的自动启动保护逻辑装置中首次集成了低速保护模块和转子粘滞保护模块，这相比于现有技术中由操作人员通过经验判断是否发生机器故障更为精确，提高了机器的安全性能并且更为有利地保护了操作人员以及现场人员。

此外，低速保护模块和转子粘滞保护模块的加入并未给现有技术中的汽轮机带来任何的增加的成本，从而实现了成本有利的设计。

根据一种实施方式，所述自动启动保护逻辑装置包括多个探测装置和调速阀开度控制器，所述多个探测装置中的每个探测装置都探测转子的当前转速并且得到表示转子的当前转速的信号，所述多个探测装置分别与所述超速保护模块、所述低转速保护模块和所述转子粘滞保护模块连接并且所述超速保护模块、所述低转速保护模块和所述转子粘滞保护模块从所述探测装置中的至少两个探测装置接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号，所述调速阀开度控制器控制调速阀的开度并且得到表示调速阀的开度的信号，所述调速阀开度控制器与所述转子粘滞保护模块连接并且所述转子粘滞保护模块从所述调速阀开度控制器接收表示所述汽轮机的调速阀的当前开度的信号。由此可通过探测装置和调速阀开度控制器探测到机器的运行情况以及对机器的控制情况，从而能够进行对比分析。通过设置多个探测装置，可在即便有一个探测装置发生故障时，也可通过其他的探测装置探测转子转速，从而判断转子转速是否大于预定转速或小于预定转速。由此确保探测的准确性。

根据一种实施方式，所述自动启动保护逻辑装置是用于SST150型汽轮机的自动启动保护逻辑装置。

根据一种实施方式，所述低转速保护模块是与所述控制模块逻辑性地连接、在汽轮机运转过程中接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且根据该当前转速的信号在确定转子的转速大于等于所述汽轮机最小连续转速之后转子的转速小于等于0.98倍的所述汽轮机最小连续转速的第二预定转速长达预定时间时将停机操作指令发送给所述控制模块的低转速保护模块。由此可在最佳时间点判定停机，从而避免机器失控造成人力和财力的损失。

根据一种实施方式，所述低转速保护模块是与所述控制模块逻辑性地连接、在汽轮机运转过程中接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且根据该当前转速的信号在确定转子的转速大于等于所述汽轮机最小连续转速之后转子的转速小于等于比所述汽轮机最小连续转速更小的第二预定转速长达5秒时将停机操作指令发送给所述控制模块的低转速保护模块。由此可精确地判定停机时机。

根据一种实施方式，所述转子粘滞保护模块是与所述控制模块逻辑性地连接、在汽轮机启动过程中接收表示所述汽轮机的调速阀的当前开度的信号和表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且根据调速阀的当前开度的信号和转子的当前转速的信号以及调速阀的开度与转子的转速的预设匹配关系在确定调速阀从开度为零改变为30％的开度且转子的转速小于50转/秒的第三预定转速时将停机操作指令发送给所述控制模块的转子粘滞保护模块。在汽轮机启动过程中，当调速阀打开到开度为30％时，而转子速度低于50转/秒时，判定为可能阀或管路出现故障。

根据一种实施方式，所述超速保护模块是与所述控制模块逻辑性连接、在汽轮机运转过程中接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且根据该当前转速的信号确定转子的当前转速是否大于第一预定转速、在确定转子的当前转速大于汽轮机最大连续转速的1.11倍时将停机操作指令发送给所述控制模块的超速保护模块。由此可在转子转速超过汽轮机最大连续转速时，在最佳时间点判定停机，从而避免机器失控造成人力和财力的损失。

根据本方案，在用于汽轮机的自动启动保护逻辑装置中首次集成了低速保护模块和转子粘滞保护模块，这相比于现有技术中由操作人员通过经验判断是否发生机器故障更为精确，提高了机器的安全性能并且更为有利地保护了操作人员以及现场人员。

此外，低速保护模块和转子粘滞保护模块的加入并未给现有技术中的汽轮机带来任何的增加的成本，从而实现了成本有利的设计。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

其中，

图1为汽轮机运行的过程曲线图，

图2为根据本实用新型的一个优选实施方式的用于汽轮机的自动保护控制***的自动启动保护逻辑装置的工作原理图。

附图标记列表

B10 自动启动保护逻辑装置

S 控制模块

M1 超速保护模块

M2 低转速保护模块

M3 转子粘滞保护模块

S100 第一阶段

S200 第二阶段

S300 第三阶段

S400 第四阶段

Vmin 汽轮机最小连续转速

Vmax 汽轮机最大连续转速

V 转速

t 时间

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

本实用新型提供了一种用于汽轮机的自动保护控制***，该自动保护控制***具有自动启动保护逻辑装置B10，该自动启动保护逻辑装置尤其是用于诸如由西门子公司生产的型号为SST150的汽轮机的自动启动保护逻辑装置。

在此参考图1阐述汽轮机启动的过程。汽轮机通常通过使高温高压的蒸汽喷射到安装在转子上的叶片上，从而使叶片转动，从而使转子旋转。汽轮机设有调速阀，调速阀的开度(即调速阀的打开程度，通常用百分比表示)用于改变蒸汽的进气量，基于调速阀改变进气量使得能够改变转子旋转的速度。

图1示出了为汽轮机运行的过程曲线图。横轴表示时间t，单位为分钟，纵轴表示汽轮机的转子的转速V，单位为转/分钟。在该曲线图中仅示例性地示出了汽轮机运行过程中的三个阶段。在第一阶段S100中调速阀被打开，转子开始转动并且转子的速度例如从0转/分钟上升到1000转/分钟，转速升至1000转/分钟之后的平稳运行阶段，这通常也称为暖机。在第二阶段S200中汽轮机的调速阀继续打开，转子转速按曲线进行几段式不同速率继续上升，直至上升到汽轮机最小连续转速，该汽轮机最小连续转速Vmin在此例如为6880转/分钟。在第三阶段S300中，汽轮机的转子转速从汽轮机最小连续转速Vmin上升到汽轮机最大连续转速Vmax。在此汽轮机最大连续转速Vmax例如为10320转/分钟。而在第四阶段S400中，汽轮机的转子转速超过汽轮机最大连续转速Vmax。汽轮机最小连续转速Vmin和汽轮机最大连续转速Vmax也称为汽轮机最小调速转速和汽轮机最大调速转速，汽轮机最小连续转速Vmin和汽轮机最大连续转速Vmax在汽轮机投入使用之前就可确定。但是不同的汽轮机可具有不同的汽轮机最小连续转速和汽轮机最大连续转速。

图2示出了根据本实用新型的一个优选实施方式的用于汽轮机的自动保护控制***的自动启动保护逻辑装置的工作原理图。

参考图2，自动启动保护逻辑装置B10主要包括控制模块S、超速保护模块M1、低转速保护模块M2和转子粘滞保护模块M3。此处作为示例具体描述自动启动保护逻辑装置B10中的各模块的工作原理，给出的数值仅是示例性的，这些数值可以根据具体应用而变化。用于汽轮机的自动启动保护逻辑装置B10设有用于探测汽轮机的转子的当前转速的探测装置11和控制调速阀的开度的调速阀开度控制器12。

超速保护模块M1与控制模块S逻辑性地连接，在汽轮机运转过程中，超速保护模块M1接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且超速保护模块M1根据该当前转速的信号确定转子的当前转速是否大于第一预定转速，超速保护模块M1在确定转子的当前转速大于第一预定转速时将停机操作指令发送给控制模块S。结合图1和图2来看，超速保护模块M1涉及图1中的第四阶段S400，即，转子的转速大于汽轮机最大连续转速Vmax的阶段。在超速保护模块M1中，超速保护模块M1从探测装置11接收表示汽轮机的转子的当前转速的信号。在汽轮机运转过程中，当转子转速上升到汽轮机最大连续转速Vmax并继续上升且大于汽轮机最大连续速度的1.11倍时，此时超速保护模块根据接收到的表示汽轮机的转子的当前转速的信号判断为机器故障，并发出停机的操作指令给控制模块S。控制模块S接收到该指令之后，控制汽轮机停机。在此，将第一预定转速设定为汽轮机最大连续转速Vmax的1.11倍。该数值为示例性的，当然也可根据实际应用设定为其他数值。由此，通过超速保护模块使得能够在机器不受控地增大转速时及时地关停机器，以防造成人力和财力的损失。

低转速保护模块M2与控制模块S逻辑性地连接，在汽轮机运转过程中低转速保护模块M2接收关于汽轮机的转子的当前转速的信号并且低转速保护模块M2根据该当前转速的信号在确定转子的转速大于等于汽轮机最小连续转速Vmin之后转子的转速小于等于比汽轮机最小连续转速更小的第二预定转速长达预定时间时将停机操作指令发送给控制模块S。结合图1和图2来看，低转速保护模块M2涉及图1中的第三阶段S300，即，转子转速已大于汽轮机最小连续转速Vmin。在低转速保护模块M2中，低转速保护模块M2从探测装置11接收表示汽轮机的转子的当前转速的信号。在汽轮机运转过程中，当转子转速已经大于或等于汽轮机最小连续转速时并且在此期间并未对汽轮机进行任何操作来影响转子转速，但是转子转速开始降低，进而降低到小于汽轮机最小连续转速Vmin且达到该汽轮机最小连续转速Vmin的0.98倍并且这种情况持续5秒时，此时低转速保护模块根据接收到的表示汽轮机的转子的当前转速的信号判断为机器故障，并发出停机的操作指令给控制模块。控制模块S接收到该指令之后，控制汽轮机停机。该机器故障可能的原因为例如机器失去控制等。在上述情况下该汽轮机最小连续转速Vmin的0.98倍为第二预定转速。该数值为示例性的，当然也可根据实际应用设定为其他数值。由此，通过低转速保护模块使得能够在机器运行阶段出现速度过低时及时地关停机器，以防造成人力和财力的损失。

转子粘滞保护模块M3与控制模块S逻辑性地连接，在汽轮机启动过程中转子粘滞保护模块M3接收表示汽轮机的调速阀的当前开度的信号和表示汽轮机的转子的当前转速的信号并且转子粘滞保护模块M3根据调速阀的当前开度的信号和转子的当前转速的信号以及调速阀的开度与转子的转速的预设匹配关系在确定调速阀从开度为零改变为预定的开度且转子的转速小于与该预定的开度匹配的第三预定转速时将停机操作指令发送给控制模块S。结合图1和图2来看，转子粘滞保护模块M3涉及图1中的第一阶段S100，即，调速阀开始打开，汽轮机进行暖机阶段。在转子粘滞保护模块M3中，转子粘滞保护模块M3从探测装置11接收表示汽轮机的转子的当前转速的信号并且从调速阀开度控制器12接收表示调速阀的当前开度的信号。在汽轮机启动过程、即暖机过程中，在调速阀打开到一定程度时，例如当调速阀从开度为零打开到开度为30％时，此时转子转速例如应至少为1000转/分钟。但是例如由于机器故障或进气口故障或阀故障而导致转子转速低于50转/分钟。此时转子粘滞保护模块3根据调速阀的当前开度的信号和转子的当前转速的信号以及调速阀的开度与转子的转速的预设匹配关系判断为机器故障，并发出停机的操作指令给控制模块S。控制模块S接收到该指令之后，控制汽轮机停机。在这种情况下，第三预定转速为50转/分钟。该数值为示例性的，当然也可根据实际应用设定为其他数值。由此，通过转子粘滞保护模块使得能够在机器启动阶段出现速度过低时及时地关停机器，以防造成人力和财力的损失。

用于汽轮机的自动启动保护逻辑装置B10设有多个探测装置11和调速阀开度控制器12。在此所述多个探测装置11中的每个探测装置都探测转子的当前转速并且得到表示转子的当前转速的信号，所述多个探测装置11分别与所述超速保护模块M1、所述低转速保护模块M2和所述转子粘滞保护模块M3连接并且所述超速保护模块M1、所述低转速保护模块M2和所述转子粘滞保护模块M3从所述探测装置11中的至少两个探测装置接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号。调速阀开度控制器12可控制调速阀的开度，其中，调速阀开度控制器输出关于调速阀开度的信号给调速阀。所述调速阀开度控制器12控制调速阀的开度并且得到表示调速阀的开度的信号，所述调速阀开度控制器12与所述转子粘滞保护模块M3连接并且所述转子粘滞保护模块M3从所述调速阀开度控制器12接收表示所述汽轮机的调速阀的当前开度的信号。

在本实用新型中例如设有三个探测装置。在此即便有一个探测装置发生故障也可通过另两个探测装置探测转子转速，从而可判断转子转速是否大于等于预定转速或小于预定转速。由此确保探测的准确性。因此，优选地，设置至少两个探测装置。

本实用新型中的自动启动保护逻辑装置B10首次集成了低速保护模块和转子粘滞保护模块，这相比于现有技术中由操作人员通过经验判断是否发生机器故障更为精确，提高了机器的安全性能并且更为有利地保护了操作人员以及现场人员。

低速保护模块和转子粘滞保护模块的加入并未给现有技术中的汽轮机带来任何的增加的成本，从而实现了成本有利的设计。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于汽轮机的自动保护控制***，其特征在于，所述自动保护控制***包括自动启动保护逻辑装置(B10)，所述自动启动保护逻辑装置包括：

控制模块(S)；

超速保护模块(M1)，所述超速保护模块(M1)与所述控制模块(S)连接，在汽轮机运转过程中所述超速保护模块(M1)接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且所述超速保护模块(M1)根据该当前转速的信号确定转子的当前转速是否大于第一预定转速，且在确定转子的当前转速大于第一预定转速时将停机操作指令发送给所述控制模块(S)；

低转速保护模块(M2)，所述低转速保护模块(M2)与所述控制模块(S)地连接，在汽轮机运转过程中所述低转速保护模块(M2)接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且所述低转速保护模块(M2)根据该当前转速的信号确定转子的转速是否在大于等于汽轮机最小连续转速(Vmin)之后变为小于等于比所述汽轮机最小连续转速(Vmin)更小的第二预定转速长达预定时间，且在确定转子的转速在大于等于汽轮机最小连续转速(Vmin)之后变为小于等于比所述汽轮机最小连续转速(Vmin)更小的第二预定转速长达预定时间时将停机操作指令发送给所述控制模块(S)；

转子粘滞保护模块(M3)，所述转子粘滞保护模块(M3)与所述控制模块(S)连接，在汽轮机启动过程中所述转子粘滞保护模块(M3)接收表示所述汽轮机的调速阀的当前开度的信号和表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号并且所述转子粘滞保护模块(M3)根据调速阀的当前开度的信号和转子的当前转速的信号以及预设的调速阀的开度与转子的转速的匹配关系确定调速阀从开度为零改变为预定的开度时转子的转速是否小于与所述预定的开度匹配的第三预定转速，且在确定调速阀从开度为零改变为预定的开度时转子的转速小于与所述预定的开度匹配的第三预定转速时将停机操作指令发送给所述控制模块(S)，

所述控制模块(S)根据从所述超速保护模块(M1)、所述低转速保护模块(M2)、所述转子粘滞保护模块(M3)中至少一个接收到的停机操作指令控制汽轮机停机。

2.根据权利要求1所述的用于汽轮机的自动保护控制***，其特征在于，所述自动启动保护逻辑装置(B10)包括多个探测装置(11)和调速阀开度控制器(12)，所述多个探测装置(11)中的每个探测装置探测转子的当前转速并且得到表示转子的当前转速的信号，所述多个探测装置(11)分别与所述超速保护模块(M1)、所述低转速保护模块(M2)和所述转子粘滞保护模块(M3)连接并且所述超速保护模块(M1)、所述低转速保护模块(M2)和所述转子粘滞保护模块(M3)分别从所述探测装置(11)中的至少两个探测装置接收表示所述汽轮机的转子的当前转速的信号，所述调速阀开度控制器(12)控制调速阀的开度并且得到表示调速阀的开度的信号，所述调速阀开度控制器(12)与所述转子粘滞保护模块(M3)连接并且所述转子粘滞保护模块(M3)从所述调速阀开度控制器(12)接收表示所述汽轮机的调速阀的当前开度的信号。

3.根据权利要求1所述的用于汽轮机的自动保护控制***，其特征在于，所述自动启动保护逻辑装置(B10)包括用于SST150型汽轮机的自动启动保护逻辑装置。

4.根据权利要求1所述的用于汽轮机的自动保护控制***，其特征在于，所述低转速保护模块(M2)确定转子的转速是否在大于等于汽轮机最小连续转速(Vmin)之后变为小于等于作为所述汽轮机最小连续转速(Vmin)的0.98倍的转速的第二预定转速长达预定时间。

5.根据权利要求1所述的用于汽轮机的自动保护控制***，其特征在于，所述低转速保护模块(M2)确定转子的转速是否在大于等于汽轮机最小连续转速(Vmin)之后变为小于等于比所述汽轮机最小连续转速(Vmin)更小的第二预定转速长达为5秒的预定时间。

6.根据权利要求1所述的用于汽轮机的自动保护控制***，其特征在于，所述转子粘滞保护模块(M3)确定调速阀从开度为零改变为为30％的预定的开度时转子的转速是否小于与所述为30％的预定的开度匹配的为50转/秒的第三预定转速。

7.根据权利要求1所述的用于汽轮机的自动保护控制***，其特征在于，所述超速保护模块(M1)确定转子的当前转速是否大于作为汽轮机最大连续转速(Vmax)的1.11倍的第一预定转速。

Images