CN113738455A - 用于涡轮机的超速保护的保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种保护系统和保护方法。该保护系统用于涡轮机的超速保护。该保护系统包括：控制涡轮机的动力源阀门的打开或关断的跳闸块；包括N个第一开关的第一开关组；包括N个第二开关的第二开关组；第一超速保护装置，被配置为：接收第一转速信号组；基于第一转速信号组来产生第一控制信号组，每个第一控制信号用于控制一个第一开关的闭合或断开；第二超速保护装置，被配置为：接收第二转速信号组；基于第二转速信号组来产生第二控制信号组，每个第二控制信号用于控制一个第二开关的闭合或断开。本发明通过两个超速保护装置以及两组开关，能够可靠且高效地实现涡轮机的超速保护。

Description

用于涡轮机的超速保护的保护系统

技术领域

本发明的实施例涉及工业领域，并且具体地，涉及保护系统，该保护系统和保护方法用于涡轮机的超速保护。

背景技术

随着工业技术的飞速发展，涡轮机被广泛应用于石化、电力、冶金、建材等各种工业领域。为了确保涡轮机的可靠运行，通常需要监控涡轮机的转子转速。例如，在电厂运行过程中，涡轮机的转子超速是要避免的危急工况，否则可能导致人身或设备损害。因此，如何有效地实现涡轮机超速保护成为需要解决的问题之一。

发明内容

考虑到现有技术的上述问题，本发明的实施例提供了用于涡轮机的超速保护的保护系统。

一方面，本发明的实施例提供了一种保护系统，所述保护系统用于涡轮机的超速保护，所述保护系统包括：

跳闸块，所述跳闸块被配置为控制涡轮机的动力源阀门的打开或关断，其中，当所述跳闸块被供电时使得所述动力源阀门打开，进而使得动力源接入所述涡轮机，当所述跳闸块被断电时使得所述动力源阀门关断，进而阻止所述动力源接入所述涡轮机；

第一开关组，所述第一开关组包括N个第一开关，其中，所述N个第一开关中的每个第一开关被配置为在闭合和断开之间切换以用于控制所述跳闸块的供电或断电，其中，所述N个第一开关中的至少M个第一开关共同断开使得所述跳闸块断电，N和M均是正整数，并且M小于或等于N；

第二开关组，所述第二开关组包括N个第二开关，所述N个第二开关中的每个第二开关被配置为在闭合和断开之间切换以用于控制所述跳闸块的供电或断电，其中，所述N个第二开关中的至少M个第二开关共同断开使得所述跳闸块断电；

第一超速保护装置，所述第一超速保护装置被配置为：接收第一转速信号组，所述第一转速信号组包括多个第一转速信号，每个第一转速信号用于指示所述涡轮机的转子转速；基于所述第一转速信号组来产生第一控制信号组，其中，所述第一控制信号组包括N个第一控制信号，每个第一控制信号用于控制所述第一开关组中的一个第一开关的闭合或断开；

其中，当所述第一超速保护装置基于所述第一转速信号组确定所述涡轮机的转子转速大于预定阈值时，所述第一超速保护装置产生用于指示所述N个第一开关断开的N个第一控制信号并将所述N个第一控制信号分别发送到所述N个第一开关，使得所述N个第一开关中的至少M个第一开关响应于所接收的第一控制信号断开，进而使得所述跳闸块断电，从而当第二超速保护装置失效时，关断所述涡轮机的动力源阀门；

所述第二超速保护装置，所述第二超速保护装置被配置为：接收第二转速信号组，所述第二转速信号组包括多个第二转速信号，每个第二转速信号用于指示所述涡轮机的转子转速；基于所述第二转速信号组来产生第二控制信号组，其中，所述第二控制信号组包括N个第二控制信号，每个第二控制信号用于控制所述第二开关组中的一个第二开关的闭合或断开；

其中，当所述第二超速保护装置基于所述第二转速信号组确定所述涡轮机的转子转速大于所述预定阈值时，所述第二超速保护装置产生用于指示所述N个第二开关断开的N个第二控制信号并将所述N个第二控制信号发送到所述N个第二开关，使得所述N个第二开关中的至少M个第二开关响应于所接收的第二控制信号断开，进而使得所述跳闸块断电，从而当所述第一超速保护装置失效时，关断所述涡轮机的动力源阀门。

在该实施例中，由两个超速保护装置基于转速信号来分别控制两个开关组，两个开关组均用于控制跳闸块的供电或断电，而跳闸块用于控制涡轮机的动力源阀门的打开或关断。这样，当发生涡轮机超速时，任一超速保护装置都能够使得其控制的开关组中的至少一定数量的开关断开，进而使得跳闸块断电，从而关断涡轮机的动力源阀门。由此，能够可靠且高效地实现对涡轮机的超速保护。

在一些实施例中，上述保护系统还包括：第一转速探头组，所述第一转速探头组包括多个第一转速探头，每个第一转速探头安装在所述涡轮机的外壳上，从而感测所述涡轮机的转子转速并产生指示所感测到的转子转速的第一转速信号，并且每个第一转速探头连接到所述第一超速保护装置，从而将所产生的第一转速信号发送给所述第一超速保护装置；第二转速探头组，所述第二转速探头组包括多个第二转速探头，每个第二转速探头安装在所述涡轮机的外壳上，从而感测所述涡轮机的转子转速并产生指示所感测到的转子转速的第二转速信号，并且每个第二转速探头连接到所述第二超速保护装置，从而将所产生的第二转速信号发送给所述第二超速保护装置。

在这样的实施例中，通过两组不同的转速探头来产生转速信号，能够更加准确地监测涡轮机的转速。

在一些实施例中，上述保护系统还包括：转速探头组，所述转速探头组包括多个转速探头，每个转速探头安装在所述涡轮机的外壳上，从而感测所述涡轮机的转子转速并产生指示所感测到的转子转速的转速信号，并且每个转速探头连接到所述第一超速保护装置和所述第二超速保护装置，从而将所产生的转速信号作为第一转速信号发送给所述第一超速保护装置，并将所产生的转速信号作为第二转速信号发送给所述第二超速保护装置。

可见，这种方式能够节省成本和工艺，另外可以适用于现场安装探头数量受到限制、工艺受限等场景。

在一些实施例中，所述跳闸块包括N个电磁阀，所述N个电磁阀分别连接到N条供电线路，所述N个电磁阀中的每个电磁阀由所述N条供电线路中的一条供电线路供电；所述第一开关组中的每个第一开关连接在所述N条供电线路中的一条供电线路上，并且所述每个第一开关的断开使得该第一开关连接的供电线路断开，进而使得该第一开关连接的供电线路所连接的电磁阀断电；所述第二开关组中的每个第二开关连接在所述N条供电线路中的一条供电线路上，并且所述每个第二开关的断开使得该第二开关连接的供电线路断开，进而使得该第二开关连接的供电线路所连接的电磁阀断电。

以这种方式，能够确保在发生涡轮机超速时可靠地触发超速保护动作。

在一些实施例中，当所述第一超速保护装置基于所述第一转速信号组确定所述涡轮机的转子转速大于所述预定阈值时，所述第一超速保护装置产生用于指示所述N个第一开关断开的所述N个第一控制信号并将所述N个第一控制信号发送到所述N个第一开关，使得所述N个开关中的至少M个第一开关断开，进而使得所述至少M个第一开关连接的至少M条供电线路断开，进而使得与所述至少M个第一开关连接的至少M条供电线路相连接的至少M个电磁阀断电，从而使得所述跳闸块断电，由此关断所述涡轮机的动力源阀门；

当所述第二超速保护装置基于所述第二转速信号组确定所述涡轮机的转子转速大于所述预定阈值时，所述第二超速保护装置产生用于指示所述N个第二开关的所述N个第二控制信号并将所述N个第二控制信号发送到所述N个第二开关，从而使得所述N个第二开关中的至少M个第二开关断开，进而使得所述至少M个第二开关连接的至少M条供电线路断开，进而使得与所述至少M个第二开关连接的至少M条供电线路相连接的至少M个电磁阀断电，从而使得所述跳闸块断电，由此关断所述涡轮机的动力源阀门。

通过这种机制，能够确保涡轮机超速保护的可靠性和安全性。

在一些实施例中，M大于N/2。

在一些实施例中，所述涡轮机是蒸汽轮机、燃气轮机或水轮机。

附图说明

通过结合附图对本说明书的实施例的更详细的描述，本说明书的实施例的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本说明书的实施例中，相同的附图标记通常代表相同的元素。

图1是根据一些实施例的用于涡轮机超速保护的保护系统的示意性框图。

图2是用于涡轮机超速保护的保护系统的一个示例的示意性框图。

图3是根据一些实施例的用于涡轮机超速保护的保护方法的示意性流程图。

附图标记列表：

100：用于涡轮机超速保护的保护系统

102：第一超速保护装置 104：第二超速保护装置

106：第一开关组 108：第二开关组

120：跳闸块 140：涡轮机

200：用于涡轮机超速保护的保护系统

202：第一超速保护装置 204：第二超速保护装置

A1、B1、C1：第一控制信号 A2、B2、C2：第二控制信号

S1、S2、S3：第一开关 S4、S5、S6：第二开关

L1、L2、L3：供电线路

220：跳闸块

221、222、223：电磁阀 210、212、214：转速探头

302：利用第一超速保护装置接收用于指示涡轮机的转子转速的第一转速信号组

304：利用第一超速保护装置基于第一转速信号组来产生第一控制信号组

306：利用第二超速保护装置接收用于指示涡轮机的转子转速的第二转速信号组

308：利用第二超速保护装置基于第二转速信号组来产生第二控制信号组

310：利用跳闸块控制涡轮机的动力源阀门的打开或关断

具体实施方式

现在将参考各个实施例讨论本文描述的主题。应当理解的是，讨论这些实施例仅是为了使得本领域技术人员能够更好地理解并且实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离权利要求书的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个实施例可以根据需要，省略、替换或者添加各种过程或组件。

如本文中使用的，术语“包括”以及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其它实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其它的定义，无论是明确的还是隐含的，除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。

无论在何种工业领域中，涡轮机的转子超速都是一种危急工况。当发生涡轮机的转子超速时，期望通过涡轮机超速保护手段在短时间内触发保护动作，减小或遏制由于超速而可能引起的危害。

鉴于此，本发明的实施例提供了一种用于涡轮机超速保护的技术方案。下面将结合具体实施例进行描述。

应理解，本文提到的涡轮机可以包括蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机等需要超速保护的各种类型的涡轮机。

图1是根据一些实施例的用于涡轮机超速保护的保护系统的示意性框图。

如图1所示，用于涡轮机超速保护的保护系统100可以包括跳闸块120、第一超速保护装置102、第二超速保护装置104、第一开关组106、第二开关组108。

跳闸块120可以用于控制涡轮机140的动力源阀门的打开或关断。例如，当跳闸块120被供电时使得动力源阀门打开，进而使得动力源接入涡轮机140。当跳闸块120被断电时使得动力源阀门关断，进而阻止动力源接入涡轮机140。比如，对于蒸汽轮机来说，动力源可以是蒸汽，进汽阀门(即动力源阀门)的打开和关断可以由跳闸块120控制安全油来实现。当跳闸块120被供电时，可以使得安全油经由高压油路打开蒸汽轮机的动力源阀门，进而使得蒸汽从进汽阀门进入蒸汽轮机，由此驱动蒸汽轮机运转。当跳闸块120被断电时，可以使得安全油泄压，从而使得进汽阀门关断，导致蒸汽轮机停机。

第一开关组106和第二开关组108均可以在闭合和断开之间切换，从而控制跳闸块120的供电或断电。

具体而言，第一开关组106可以包括N个第一开关。N个第一开关中的每个第一开关可以被配置为在闭合和断开之间切换以用于控制跳闸块120的供电或断电。具体地，N个第一开关中的至少M个第一开关共同断开使得跳闸块断电，这可以理解为一种投票制机制，确保可靠性和容错性。此处，N和M均是正整数，并且M小于或等于N。

第二开关组108与第一开关组106不同。第二开关组108可以包括N个第二开关。N个第二开关中的每个第二开关可以被配置为在闭合和断开之间切换以用于控制跳闸块120的供电或断电。同样地，N个第二开关中的至少M个第二开关共同断开使得跳闸块120断电。

在本发明的实施例中，当第一超速保护装置102或第二超速保护装置104中的一个超速保护装置失效时，第一超速保护装置102或第二超速保护装置104中的另一个超速保护装置可以使得跳闸块120断电，从而关断涡轮机140的动力源阀门。此处，超速保护装置失效可以是指超速保护装置不能起到超速保护作用。比如，当涡轮机140的转子转速大于预定阈值时，超速保护装置无法使得至少M个开关断开(例如，可能由于无法产生指示开关断开的控制信号，可能由于传输控制信号的线路出现故障等等)，进而使得跳闸块断电来关断涡轮机140的动力源阀门。这种情况可以认为超速保护装置失效。

具体而言，第一超速保护装置102可以接收用于指示涡轮机140的转子转速的第一转速信号组，并且可以基于第一转速信号组来产生第一控制信号组。

第一转速信号组可以包括多个第一转速信号，每个第一转速信号用于指示涡轮机140的转子转速。

第一控制信号组可以包括N个第一控制信号。第一控制信号组中的每个第一控制信号可以用于控制第一开关组106中的一个第一开关的闭合或断开。

具体地，当第一超速保护装置102基于第一转速信号组确定涡轮机140的转子转速大于预定阈值时，第一超速保护装置102产生用于指示N个第一开关断开的N个第一控制信号并将N个第一控制信号发送到N个第一开关，使得N个第一开关中的至少M个第一开关断开，进而使得跳闸块120断电，从而关断涡轮机140的动力源阀门。此处，在正常情况下，N个第一开关都将断开。但是在一些情况下，可能出现某种故障，导致某些第一开关并不能正常断开，为了保证一定的容错性，当至少M个第一开关断开时，跳闸块120将断电。

此处，预定阈值可以是根据实际经验、涡轮机的类型、现场应用等适当的因素来预先确定的，此处不作限制。

另外，类似于第一超速保护装置102，第二超速保护装置104可以接收用于指示涡轮机140的转子转速的第二转速信号组，并且可以基于第二转速信号组来产生第二控制信号组。

第二转速信号组可以包括多个第二转速信号，每个第二转速信号用于指示涡轮机140的转子转速。

第二控制信号组可以包括N个第二控制信号。第二控制信号组中的每个第二控制信号可以用于控制第二开关组108中的一个第二开关的闭合或断开。

具体地，当第二超速保护装置104基于第二转速信号组确定涡轮机140的转子转速大于预定阈值时，第二超速保护装置104产生用于指示N个第二开关断开的N个第二控制信号并将N个第二控制信号发送到N个第二开关，使得N个第二开关中的至少M个第二开关断开，进而使得跳闸块120断电，从而关断涡轮机140的动力源阀门。同样，在正常情况下，N个第二开关都将断开。但是在一些情况下，可能出现某种故障，导致某些第二开关并不能正常断开，为了保证一定的容错性，当至少M个第二开关断开时，跳闸块120将断电。

从上述可知，在本文的实施例中，在用于涡轮机超速保护的系统中采用了双超速保护装置、双开关组的结构。任何一套超速保护装置和其控制的开关组都能够在涡轮机的转子转速超速(即大于预定阈值)时使得涡轮机的动力源阀门关断，从而导致涡轮机停机。

另外，第一超速保护装置102和第二超速保护装置104可以是相同的。

例如，第一超速保护装置102可以包括多个监视卡，每个监视卡可以处理一个转速信号，从而产生一个响应结果。第一超速保护装置102还可以包括继电器。各个监视卡产生的响应结果可以经过继电器处理，得到N个第一控制信号。

第二超速保护装置104可以采用与第一超速保护装置104相同的结构来实现。例如，第二超速保护装置104可以包括多个监视卡以及继电器。此处不再赘述。

可见，在本文的技术方案中，由两个超速保护装置基于转速信号来分别控制两个开关组，两个开关组均用于控制跳闸块的供电或断电，而跳闸块用于控制涡轮机的动力源阀门的打开或关断。这样，当发生涡轮机超速时，任一超速保护装置都能够使得其控制的开关组中的至少一定数量的开关断开，进而使得跳闸块断电，从而关断涡轮机的动力源阀门。由此，能够可靠且高效地实现对涡轮机的超速保护。

通常，两个超速保护装置同时拒动的概率可以认为是0，因此即便其中一个超速保护装置失效拒动，另一个超速保护装置仍然可以正常动作，从而降低超速保护拒动的风险。

在本文中，关于转速信号，可以采用各种方式来采集。

例如，在一些实施例中，保护系统100可以包括第一转速探头组和第二转速探头组。

第一转速探头组可以包括多个第一转速探头，每个第一转速探头安装在涡轮机140的外壳上，从而感测涡轮机140的转子转速并产生指示所感测到的转子转速的第一转速信号。每个第一转速探头连接到第一超速保护装置102，从而将所产生的第一转速信号发送给第一超速保护装置102。

第二转速探头组可以包括多个第二转速探头，每个第二转速探头安装在涡轮机140的外壳上，从而感测涡轮机140的转子转速并产生指示所感测到的转子转速的第二转速信号。每个第二转速探头连接到第二超速保护装置104，从而将所产生的第二转速信号发送给第二超速保护装置104。

在这样的实施例中，通过两组不同的转速探头来产生转速信号，能够更加准确地监测涡轮机的转子转速。

再例如，在一些实施例中，保护系统100可以包括转速探头组。该转速探头组可以包括多个转速探头，每个转速探头安装在涡轮机140的外壳上，从而感测涡轮机140的转子转速并产生指示所感测到的转子转速的转速信号。每个转速探头连接到第一超速保护装置102和第二超速保护装置104，从而将所产生的转速信号作为第一转速信号发送给第一超速保护装置102，并将所产生的转速信号作为第二转速信号发送给第二超速保护装置104。

具体而言，一组转速探头可以同时为两个超速保护装置提供转速信号。例如，通过并接的方式，将一组转速探头同时连接到两个超速保护装置。

这样，该组转速探头可以向第一超速保护装置102发送指示所感测到的转子转速的该组转速信号作为第一转速信号组。另外，该组转速探头可以向第二超速保护装置104发送指示所感测到的转子转速的该组转速信号作为第二转速信号组。

可见，这种方式能够节省成本和工艺。另外，在一些场景中，这种方式可能更加适用，例如，对于现场安装探头数量受到限制、工艺受限等场景。

在具体实现时，转速探头可以安装到涡轮机的适当位置，比如涡轮机的外壳等。

在一些实施例中，跳闸块120可以通过电磁阀来实现。例如，跳闸块120可以包括N个电磁阀，这N个电磁阀可以分别连接到N条供电线路。N个电磁阀中的每个电磁阀可以由N条供电线路中的一条供电线路来供电。

那么，第一开关组106中的每个第一开关可以连接在N条供电线路中的一条供电线路上。每个第一开关的断开可以使得该第一开关连接的供电线路断开，进而使得该供电线路所连接的电磁阀断电

第二开关组108中的每个第二开关可以连接在N条供电线路中的一条供电线路上。每个第二开关的断开可以使得该第二开关连接的供电线路断开，进而使得该供电线路所连接的电磁阀断电

在实现时，第一开关组中的一个第一开关可以与第二开关组中的一个第二开关串联在一条供电线路中。因此，对于一条供电线路来说，无论是连接在其上的第一开关断开还是连接在其上的第二开关断开，都会使得这条供电线路断开，从而导致该供电线路连接的电磁阀断电。

以这种方式，能够确保在发生涡轮机超速时可靠地触发超速保护动作。

在涡轮机正常运行时，第一开关组和第二开关组都是闭合的，使得跳闸块被正常供电。

在一些实施例中，为了确保可靠性、安全性和容错性，可以采用适当的投票制逻辑来实现跳闸块对动力源阀门的控制。这种投票制逻辑通常可以认为是一种容错机制，比如常见的三取二逻辑机制。下面将结合具体示例来描述。

例如，如前所述，当涡轮机140的转速大于预定阈值时，第一控制信号组可以使得第一开关组106中的至少M个开关断开，或者第二控制信号组可以使得第二开关组108中的至少M个开关断开。由此，可以将N个电磁阀中的至少M个电磁阀断电。此处，M为小于或等于N的正整数且大于预定值。也就是说，当N个电磁阀中的大于或等于某个数量的电磁阀断电时，将使得跳闸块120断电。例如，在一些实施例中，M可以大于N/2。比如，如果N为3，M可以为2，表示三取二逻辑。

具体地，当第一超速保护装置102基于第一转速信号组确定涡轮机140的转子转速大于预定阈值时，第一超速保护装置102产生的第一控制信号组可以使得至少M个第一开关断开，这样使得至少M个第一开关连接的至少M条供电线路断开，进而使得与至少M条供电线路相连接的至少M个电磁阀断电，从而使得跳闸块120断电，由此关断涡轮机140的动力源阀门。

跳闸块对动力源阀门的这种控制可以取决于跳闸块的具体实现结构。例如，对于蒸汽轮机来说，跳闸块可以与用于打开动力源阀门的安全油的油路关联。比如，跳闸块中的每个电磁阀可以通过一定的方式与安全油的无压回油管路连接。当各个电磁阀被供电时，这些电磁阀可以切断安全油的无压回油管路，使得安全油可以经由高压油路到达动力源阀门，从而打开动力源阀门。另一方面，为了确保安全性、可靠性和容错性，至少达到某个数量的电磁阀(比如，在本文中，M个电磁阀)在断电时就可以使得无压回油管路接通，此时安全油进入无压回油管路，即安全油被泄压，进而使得动力源阀门关断。此处，可以理解的是，当M个电磁阀断电时，可以认为整个跳闸块断电。因此，M个电磁阀断电，使得跳闸块断电，进而关断涡轮机的动力源阀门。

可以理解的是，上面的描述并非对跳闸块的具体实现进行限制。本文的跳闸块可以采用各种适用的机制来实现。

当第二超速保护装置104基于第二转速信号组确定涡轮机140的转子转速大于预定阈值时，第二超速保护装置104产生的第二控制信号组可以使得第二开关组108中的至少M个第二开关断开，这样使得至少M个第二开关连接的至少M条供电线路断开，进而使得与至少M条供电线路相连接的至少M个电磁阀断电，从而使得跳闸块120断电，由此关断涡轮机140的动力源阀门。

在一种实现方式中，N可以为3，M可以为2。因此，保护系统100的保护逻辑可以采用三取二逻辑机制来实现。在其它实现方式中，还可以采用其它的逻辑机制，本文对此不作限定。

从上述可以看出，超速保护装置通过发出控制信号来控制连接在跳闸块的电磁阀的供电线路上的开关，因此上述用于控制开关的控制信号可以被认为形成跳闸回路(tripline)。

在一些实施例中，为了确保超速保护的可靠性，超速保护装置本身可以具有跳闸回路自检模式。在跳闸回路自检模式被开启的情况下，超速保护装置可以自主地产生针对其控制的开关组的转速测试信号。相应地，跳闸块可以产生状态反馈信号。状态反馈信号可以被传送回超速保护装置。基于状态反馈信号，超速保护装置可以判断跳闸块的反馈状态是否正常。因此，这种自检模式可以认为是针对跳闸回路的自检模式。

然而，如果第一超速保护装置102和第二超速保护装置104的跳闸回路自检模式都被开启，那么两个超速保护装置可能同时针对不同的跳闸回路进行自检，由此可能引起多个跳闸回路断电，从而可能导致跳闸块断电，进而使得涡轮机的动力源阀门关断。这将引起保护误动作，可能带来不必要的损失。

为了避免这种情况，在本文的实施例中，第一超速保护装置102可以被配置为关闭跳闸回路自检模式。第二超速保护装置104可以被配置为基于外部指令来进行跳闸回路测试。

例如，第二超速保护装置104可以基于来自外部检测装置的外部指令，产生针对第二开关组中的每个第二开关的转速测试信号。相应地，跳闸块120可以响应于这些转速测试信号，产生状态反馈信号，并且将状态反馈信号输出到外部检测装置，以便由外部检测装置确定跳闸块的反馈状态是否正常。

例如，在一种实现方式中，外部检测装置可以是分散控制系统(DistributedControl System，DCS)或可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)系统。

为了便于理解本文的技术方案，下面将结合具体示例进行描述。应当理解的是，以下示例仅是为了帮助本领域技术人员更好地理解本文，而并非对本文的技术方案的范围进行限制。

图2是用于涡轮机超速保护的保护系统的一个示例的示意性框图。

在图2的示例中，保护系统200可以包括三个转速探头210、212和214。例如，三个转速探头210、212和214可以安装在涡轮机140的外壳上的不同位置处。此外，三个转速探头210、212和214可以连接到第一超速保护装置202和第二超速保护装置204。

三个转速探头210、212和214可以分别感测涡轮机140的转子转速，以产生三个转速信号。具体而言，每个转速探头可以产生其所感测到的转子转速的一个转速信号。

第一超速保护装置202可以从三个转速探头210、212和214接收三个转速信号，经过一系列内部逻辑运算之后产生第一控制信号A1、B1和C1。

例如，在一种实现方式中，第一超速保护装置202可以包括三个监视卡以及继电器。每个监视卡可以接收一个转速信号。每个监视卡可以分别基于相应的转速信号来产生响应结果。三个监视卡产生的三个响应结果可以经由继电器处理，从而产生第一控制信号A1、B1和C1。这三个第一控制信号也可以被称为三个跳闸回路。

第二超速保护装置204也可以从三个转速探头210、212和214接收上述三个转速信号，经过一系列内部逻辑运算之后产生第二控制信号A2、B2和C2。这三个第二控制信号也可以被称为三个跳闸回路。

第二超速保护装置204可以采用与第一超速保护装置202类似的方式来实现，此处不再赘述。例如，第二超速保护装置204也可以包括三个监视卡以及继电器。

第一超速保护装置202产生的第一控制信号A1、B1和C1可以用于控制第一开关S1、S2和S3的闭合或断开。例如，第一控制信号A1可以控制开关S1的闭合或断开，第一控制信号B1可以控制开关S2的闭合或断开，第二控制信号C1可以控制开关S3的闭合或断开。

第二超速保护装置204产生的第二控制信号A2、B2和C2可以用于控制第二开关S4、S5和S6的闭合或断开。例如，第二控制信号A2可以控制开关S4的闭合或断开，第二控制信号B2可以控制开关S5的闭合或断开，第二控制信号C2可以控制开关S6的闭合或断开。

跳闸块220可以用于控制涡轮机140的阀门的开启或关断。例如，跳闸块220可以通过电磁阀来控制涡轮机140的阀门的开启或关断。

比如，在图2的示例中，跳闸块220可以包括三个电磁阀221、222和223。三个电磁阀可以各自通过一条供电线路来供电。例如，电磁阀221可以通过供电线路L1来供电，电磁阀222可以通过供电线路L2来供电，电磁阀223可以通过供电线路L3来供电。

第一开关S1、S2和S3和第二开关S4、S5和S6可以串联在跳闸块220的三条供电线路中。例如，开关S1和S4可以串联在供电线路L1中，开关S2和S5可以串联在供电线路L2中，开关S3和S6可以串联在供电线路L3中。

这样，每条供电线路中的任一开关的断开都可以使得相应的电磁阀断电。为了确保安全性和可靠性，此处可以采用三取二逻辑来实现控制。

例如，当第一超速保护装置202确定涡轮机140的转速超过预定阈值时，第一超速保护装置202产生用于指示第一开关S1、S2和S3断开的第一控制信号A1、B1和C1。在正常情况下，第一控制信号A1、B1和C1可以使得第一开关S1、S2和S3都断开，从而导致电磁阀221、222和223都断电。但是在某些故障情况下，第一开关S1、S2和S3可能未必都能断开，但是只要其中的两者断开，就能导致电磁阀221、222和223中的两者断电，从而使得跳闸块整体断电，将涡轮机140的动力源阀门关断。

当第二超速保护装置204确定涡轮机140的转速超过预定阈值时，第二超速保护装置204产生的第二控制信号A2、B2和C2可以使得第二开关S4、S5和S6中的两者或三者断开，同样导致电磁阀221、222和223中的两者或三者断电。

此时，由于电磁阀221、222和223中的两者或三者断电，因此使得跳闸块220断电，进而使得涡轮机的动力源阀门关断，从而切断涡轮机的动力源，由此使得涡轮机停机。

在正常情况下，第一超速保护装置202和第二超速保护装置204的动作可以是一致的。

比如，当涡轮机正常运行时，第一开关S1、S2和S3和第二开关S4、S5和S6都是闭合的，使得跳闸块220被正常供电，这样涡轮机的动力源阀门都是打开的。

当涡轮机的转速超过预定阈值时，第一开关S1、S2和S3和第二开关S4、S5和S6的断开也是相对应的。例如，S1和S4同时断开，S2和S5同时断开，S3和S6同时断开。

如前所述，两个超速保护装置同时拒动的概率可以认为是0，因此即便其中一个超速保护装置失效拒动，另一个超速保护装置仍然可以正常动作，从而降低超速保护拒动的风险。

在一种实现方式中，第一超速保护装置202和第二超速保护装置204可以采用BARUN GMBH公司的E16A356/E16A 323/E15A346等来实现。

在一些实施例中，第一超速保护装置202和第二超速保护装置204可以具有自检模式。例如，两个超速保护装置可以具有针对跳闸回路的自检模式。

如前所述，为了避免两个超速保护装置同时执行跳闸回路自检模式引起保护误动作，可以将其中一个超速保护装置的跳闸回路自检模式关闭，而将另一个超速保护装置配置为基于外部指令执行跳闸回路测试。例如，此处假设将第一超速保护装置202的跳闸回路自检模式关闭，将第二超速保护装置204配置为基于外部指令来执行跳闸回路测试。

比如，对于通过BARUN GMBH公司的E16A356实现的超速保护装置来说，可以通过设置参数P03.01的取值来配置超速保护装置的跳闸回路模式。当参数P03.01取值为0时，跳闸回路自检模式被关闭；当参数P03.01取值为2时，基于外部指令来进行跳闸回路测试。

在进行跳闸回路测试时，可以通过外部指令来控制第二超速保护装置204产生针对第二开关组的转速测试信号。这样跳闸块220产生相应的状态反馈信号。状态反馈信号可以被输出到DCS或PLC系统中，以确定跳闸块220的反馈状态是否正常。判断逻辑可以与自检模式下的逻辑是一致的。

图3是根据一些实施例的用于涡轮机超速保护的保护方法的示意性流程图。

如图3所示，方法300可以包括如下步骤。

在步骤302中，可以利用第一超速保护装置接收第一转速信号组。第一转速信号组包括多个第一转速信号，每个第一转速信号用于指示涡轮机的转子转速。

在步骤304中，可以利用第一超速保护装置基于第一转速信号组来产生第一控制信号组。

第一控制信号组可以包括N个第一控制信号。第一控制信号组中的每个第一控制信号可以用于控制第一开关组中的一个第一开关的闭合或断开。第一开关组可以包括N个第一开关。N个第一开关中的每个第一开关可以被配置为在闭合和断开之间切换以用于控制跳闸块的供电或断电。N个第一开关中的至少M个第一开关共同断开可以使得跳闸块断电。此处，N和M均是正整数，并且M小于或等于N。

在步骤306中，可以利用第二超速保护装置接收第二转速信号组。第二转速信号组包括多个第二转速信号，每个第二转速信号用于指示涡轮机140的转子转速。

在步骤308中，可以利用第二超速保护装置基于第二转速信号组来产生第二控制信号组。

第二控制信号组可以包括N个第二控制信号。第二控制信号组中的每个第二控制信号可以用于控制第二开关组中的一个第二开关的闭合或断开。第二开关组可以与第一开关组不同。第二开关组可以包括N个第二开关。N个第二开关中的每个第二开关可以被配置为在闭合和断开之间切换以用于控制跳闸块的供电或断电。N个第二开关中的至少M个第二开关共同断开使得跳闸块断电。

在步骤310中，可以利用跳闸块控制涡轮机的动力源阀门的打开或关断。例如，当跳闸块被供电时使得动力源阀门打开，进而使得动力源接入涡轮机。当跳闸块被断电时使得动力源阀门关断，进而阻止动力源接入涡轮机。

具体而言，当第一超速保护装置基于第一转速信号组确定涡轮机的转子转速大于预定阈值时，第一超速保护装置产生用于指示N个第一开关断开的N个第一控制信号并将N个第一控制信号分别发送到N个第一开关，使得N个第一开关中的至少M个第一开关响应于第一控制信号断开，进而使得跳闸块断电，从而关断涡轮机的动力源阀门。

当第二超速保护装置基于第二转速信号组确定涡轮机的转子转速大于预定阈值时，第二超速保护装置产生用于指示N个第二开关断开的N个第二控制信号并将N个第二控制信号发送到N个第二开关，使得N个第二开关中的至少M个第二开关响应于第二控制信号断开，进而使得跳闸块断电，从而关断涡轮机的动力源阀门。

可见，在本发明的实施例中，当第一超速保护装置或第二超速保护装置中的一个超速保护装置失效时，第一超速保护装置或第二超速保护装置中的另一个超速保护装置使得跳闸块断电，从而关断涡轮机的动力源阀门。

在一些实施例中，方法300可以还包括：利用第一转速探头组进行以下操作：感测涡轮机的转子转速，以产生指示所感测的转子转速的第一转速信号组；向第一超速保护装置发送第一转速信号组。第一转速探头组包括多个第一转速探头，每个第一转速探头安装在涡轮机的外壳上并且连接到第一超速保护装置。

方法300可以还包括：利用第二转速探头组感测涡轮机的转子转速，以产生指示所感测的转子转速的第二转速信号组；向第二超速保护装置发送第二转速信号组。第二转速探头组包括多个第二转速探头，每个第二转速探头安装在涡轮机的外壳上并且连接到第二超速保护装置。

在一些实施例中，方法300可以还包括：利用转速探头组进行以下操作：感测涡轮机的转子转速，以产生指示所感测的转子转速的转速信号组；向第一超速保护装置发送指示所感测的转子转速的转速信号组作为第一转速信号组；向第二超速保护装置发送指示所感测的转子转速的转速信号组作为第二转速信号组。该转速探头组包括多个转速探头，每个转速探头安装在涡轮机的外壳上并且连接到第一超速保护装置和第二超速保护装置。

在一些实施例中，在步骤310中，利用跳闸块包括的N个电磁阀来控制涡轮机的动力源阀门的打开或关断。

具体而言，N个电磁阀分别连接到N条供电线路，N个电磁阀中的每个电磁阀由N条供电线路中的一条供电线路供电。

第一开关组中的每个第一开关连接在N条供电线路中的一条供电线路上，并且每个第一开关的断开使得该第一开关连接的供电线路断开，进而使得该第一开关连接的供电线路所连接的电磁阀断电。

第二开关组中的每个第二开关连接在N条供电线路中的一条供电线路上，并且每个第二开关的断开使得该第二开关连接的供电线路断开，进而使得该第二开关连接的供电线路所连接的电磁阀断电。

在一些实施例中，当利用第一超速保护装置基于第一转速信号组确定涡轮机的转子转速大于预定阈值时，第一超速保护装置产生的第一控制信号组中的至少M个第一控制信号使得第一开关组中的至少M个第一开关断开，使得至少M个第一开关连接的至少M条供电线路断开，进而使得与至少M个第一开关连接的至少M条供电线路相连接的至少M个电磁阀断电，从而使得跳闸块断电，由此关断涡轮机的动力源阀门。

当利用第二超速保护装置基于第二转速信号组确定涡轮机的转子转速大于预定阈值时，第二超速保护装置产生的第二控制信号组中的至少M个第二控制信号使得第二开关组中的至少M个第二开关断开，使得至少M个第二开关连接的至少M条供电线路断开，进而使得与至少M个第二开关连接的至少M条供电线路相连接的至少M个电磁阀断电，从而使得跳闸块断电，由此关断涡轮机的动力源阀门。

在一些实施例中，M可以大于N/2。

图3的实施例的具体细节可以参照前面关于图1-2所描述的内容，此处将不再赘述。

上文对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。

上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和单元都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或单元。上述各实施例中描述的装置结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些单元可能由同一物理实体实现，或者，有些单元可能分别由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。

在整个本说明书中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。

以上结合附图详细描述了本公开内容的实施例的可选实施方式，但是，本公开内容的实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开内容的实施例的技术构思范围内，可以对本公开内容的实施例的技术方案进行多种变型，这些变型均属于本公开内容的实施例的保护范围。

本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (7)

1.一种保护系统(100)，所述保护系统(100)用于涡轮机(140)的超速保护，其特征在于，所述保护系统(100)包括：

跳闸块(120)，所述跳闸块(120)被配置为控制涡轮机(140)的动力源阀门的打开或关断，其中，当所述跳闸块(120)被供电时使得所述动力源阀门打开，进而使得动力源接入所述涡轮机(140)，当所述跳闸块(120)被断电时使得所述动力源阀门关断，进而阻止所述动力源接入所述涡轮机(140)；

第一开关组(106)，所述第一开关组(106)包括N个第一开关，其中，所述N个第一开关中的每个第一开关被配置为在闭合和断开之间切换以用于控制所述跳闸块(120)的供电或断电，其中，所述N个第一开关中的至少M个第一开关共同断开使得所述跳闸块(120)断电，N和M均是正整数，并且M小于或等于N；

第二开关组(108)，所述第二开关组(108)包括N个第二开关，所述N个第二开关中的每个第二开关被配置为在闭合和断开之间切换以用于控制所述跳闸块(120)的供电或断电，其中，所述N个第二开关中的至少M个第二开关共同断开使得所述跳闸块(120)断电；

第一超速保护装置(102)，所述第一超速保护装置(102)被配置为：

接收第一转速信号组，所述第一转速信号组包括多个第一转速信号，每个第一转速信号用于指示所述涡轮机(140)的转子转速；

基于所述第一转速信号组来产生第一控制信号组，其中，所述第一控制信号组包括N个第一控制信号，每个第一控制信号用于控制所述第一开关组(106)中的一个第一开关的闭合或断开；

其中，当所述第一超速保护装置(102)基于所述第一转速信号组确定所述涡轮机(140)的转子转速大于预定阈值时，所述第一超速保护装置(102)产生用于指示所述N个第一开关断开的N个第一控制信号并将所述N个第一控制信号分别发送到所述N个第一开关，使得所述N个第一开关中的至少M个第一开关响应于所接收的第一控制信号断开，进而使得所述跳闸块(120)断电，从而当第二超速保护装置(104)失效时，关断所述涡轮机(140)的动力源阀门；

所述第二超速保护装置(104)，所述第二超速保护装置(104)被配置为：

接收第二转速信号组，所述第二转速信号组包括多个第二转速信号，每个第二转速信号用于指示所述涡轮机(140)的转子转速；

基于所述第二转速信号组来产生第二控制信号组，其中，所述第二控制信号组包括N个第二控制信号，每个第二控制信号用于控制所述第二开关组(108)中的一个第二开关的闭合或断开；

其中，当所述第二超速保护装置(104)基于所述第二转速信号组确定所述涡轮机(140)的转子转速大于所述预定阈值时，所述第二超速保护装置(104)产生用于指示所述N个第二开关断开的N个第二控制信号并将所述N个第二控制信号发送到所述N个第二开关，使得所述N个第二开关中的至少M个第二开关响应于所接收的第二控制信号断开，进而使得所述跳闸块(120)断电，从而当所述第一超速保护装置(104)失效时，关断所述涡轮机(140)的动力源阀门。

2.根据权利要求1所述的保护系统(100)，其特征在于，所述保护系统(100)还包括：

第一转速探头组，所述第一转速探头组包括多个第一转速探头，每个第一转速探头安装在所述涡轮机(140)的外壳上，从而感测所述涡轮机(140)的转子转速并产生指示所感测到的转子转速的第一转速信号，并且每个第一转速探头连接到所述第一超速保护装置(102)，从而将所产生的第一转速信号发送给所述第一超速保护装置(102)；

第二转速探头组，所述第二转速探头组包括多个第二转速探头，每个第二转速探头安装在所述涡轮机(140)的外壳上，从而感测所述涡轮机(140)的转子转速并产生指示所感测到的转子转速的第二转速信号，并且每个第二转速探头连接到所述第二超速保护装置(104)，从而将所产生的第二转速信号发送给所述第二超速保护装置(104)。

3.根据权利要求1所述的保护系统(100)，其特征在于，所述保护系统(100)还包括：

转速探头组，所述转速探头组包括多个转速探头，每个转速探头安装在所述涡轮机(140)的外壳上，从而感测所述涡轮机(140)的转子转速并产生指示所感测到的转子转速的转速信号，并且每个转速探头连接到所述第一超速保护装置(102)和所述第二超速保护装置(104)，从而将所产生的转速信号作为第一转速信号发送给所述第一超速保护装置(102)，并将所产生的转速信号作为第二转速信号发送给所述第二超速保护装置(104)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的保护系统(100)，其特征在于，

所述跳闸块(120)包括N个电磁阀，所述N个电磁阀分别连接到N条供电线路，所述N个电磁阀中的每个电磁阀由所述N条供电线路中的一条供电线路供电；

所述第一开关组(106)中的每个第一开关连接在所述N条供电线路中的一条供电线路上，并且所述每个第一开关的断开使得该第一开关连接的供电线路断开，进而使得该第一开关连接的供电线路所连接的电磁阀断电；

所述第二开关组(108)中的每个第二开关连接在所述N条供电线路中的一条供电线路上，并且所述每个第二开关的断开使得该第二开关连接的供电线路断开，进而使得该第二开关连接的供电线路所连接的电磁阀断电。

5.根据权利要求4所述的保护系统(100)，其特征在于，

当所述第一超速保护装置(102)基于所述第一转速信号组确定所述涡轮机(140)的转子转速大于所述预定阈值时，所述第一超速保护装置(102)产生用于指示所述N个第一开关断开的所述N个第一控制信号并将所述N个第一控制信号发送到所述N个第一开关，使得所述N个开关中的至少M个第一开关断开，进而使得所述至少M个第一开关连接的至少M条供电线路断开，进而使得与所述至少M个第一开关连接的至少M条供电线路相连接的至少M个电磁阀断电，从而使得所述跳闸块(120)断电，由此关断所述涡轮机(140)的动力源阀门；

当所述第二超速保护装置(104)基于所述第二转速信号组确定所述涡轮机(140)的转子转速大于所述预定阈值时，所述第二超速保护装置(104)产生用于指示所述N个第二开关的所述N个第二控制信号并将所述N个第二控制信号发送到所述N个第二开关，从而使得所述N个第二开关中的至少M个第二开关断开，进而使得所述至少M个第二开关连接的至少M条供电线路断开，进而使得与所述至少M个第二开关连接的至少M条供电线路相连接的至少M个电磁阀断电，从而使得所述跳闸块(120)断电，由此关断所述涡轮机(140)的动力源阀门。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的保护系统(100)，其特征在于，M大于N/2。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的保护系统(100)，其特征在于，所述涡轮机(140)是蒸汽轮机、燃气轮机或水轮机。

Images