BN3500汽輪機監(jiān)測保護系統(tǒng)在某廠300 MW機組改造中的應(yīng)用

徐艷軍

(大唐湘潭發(fā)電有限責任公司，湖南湘潭411102)

1 概況

某廠300 MW汽輪發(fā)電機組于1998年投運。主機采用某公司的BN3300系統(tǒng)，用于采集和處理汽輪機組軸振、瓦振、軸向位移、差脹、熱膨脹、轉(zhuǎn)速等信號。因系統(tǒng)運行近12年，設(shè)備和電子元件老化，系統(tǒng)的可靠性降低，對機組安全運行產(chǎn)生了不利影響;同時，由于廠家已對BN3300系統(tǒng)進行了升級換代，該系統(tǒng)的部分設(shè)備已停止生產(chǎn)，當發(fā)生設(shè)備損壞時無備品更換，將制約機組正常運行。

進行TSI系統(tǒng)升級改造，將汽輪機TSI系統(tǒng)由BN3300系統(tǒng)更換為BN3500系統(tǒng)，將BN3300系統(tǒng)的TSI框架、模件和前置器及電渦流探頭進行更換，瓦振等探頭與BN3500系統(tǒng)相兼容的仍繼續(xù)使用。

2 BN3500系統(tǒng)升級配置方案

2.1 原系統(tǒng)配置及存在的問題

原系統(tǒng)共有37個測點，包括#1-#8瓦的瓦振及X，Y方向軸振，2個軸向位移與偏心安裝于#2，#3瓦間，低壓差脹安裝于#4，#5瓦間，高壓差脹、鍵相、2個零轉(zhuǎn)速、3個超速裝于機頭前箱內(nèi)，2個缸脹分別裝于前箱兩側(cè)。有3個3300框架，其中3個超速模塊單獨占用1個框架。模塊名稱分別為:電源3300/12、系統(tǒng)監(jiān)測3300/03、偏心鍵相器模塊3300/40、軸振動監(jiān)測模塊3300/16、瓦振動監(jiān)測模塊3300/16、缸脹監(jiān)測模塊3300/16、位移監(jiān)測模塊3300/20、零轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)速3300/50、超速3300/53。

《防止電力生產(chǎn)重大事故二十五項重點要求實施導則》(大唐集團制〔2009〕140號) “防止熱工保護失靈”一項中規(guī)定，所有重要的主輔機保護都應(yīng)采用3取2(或4取2)的邏輯判斷方式，保護信號必須是相互獨立的一次元件和輸入通道，原系統(tǒng)中軸向位移信號是采用2取2邏輯，不符合要求，加之存在設(shè)備老化問題，故TSI系統(tǒng)的升級改造勢在必行。

2.2 BN3500升級系統(tǒng)配置

2.2.1 框架、模件配置

新的BN3500框架沿用原BN3300機柜，把原3個3300框架升級為2個3500系統(tǒng)的標準框架，框架名為3500/05，模塊名稱分別為:電源3500/15、接口模塊TDI 3500/22、鍵相器模塊3500/25、軸振動監(jiān)測模塊3500/42M、瓦振動監(jiān)測模塊3500/42M、位移監(jiān)測模塊3500/42M、差脹/殼脹監(jiān)測模塊3500/45、零轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)速3500/50、偏心監(jiān)測模塊 3500/42M、3選 2超速保護 3500/53、3500/16通道繼電器模塊。新3500系統(tǒng)中有雙電源冗余設(shè)計，每個測點有標準4～20 mA輸出，系統(tǒng)可軟件組態(tài)各卡件參數(shù)，實現(xiàn)繼電器邏輯輸出，取消中間繼電器。

2.2.2 傳感器設(shè)備

利用這臺機組通流部分改造的機會，增加了1路軸位移信號，并將偏心移到了前箱內(nèi)。傳感器配置如下:3300XL的8 mm傳感器23套，用于軸振#1-#8軸X/Y振動，以及轉(zhuǎn)速 (2套)、偏心 (1套)、鍵相 (1套)、超速 (3套)探頭;3300XL的11 mm傳感器3套，用于軸位移;3300XL的25 mm傳感器1套，用于高壓差脹;3300XL的50 mm傳感器1套，用于低壓差脹;9200地震式8套用于瓦振;LVDT 2套用于熱膨脹。

渦流傳感器由探頭、延伸電纜、前置器組成。探頭和延伸電纜與以前相比有很大提高，探頭端部和主體之間、探頭與延伸電纜之間連接牢固。與原前置器相比，3300XL前置器有重大改進，由于設(shè)計精巧，它既可以采用導軌安裝，也可以采用傳統(tǒng)的面板安裝。采用了傳統(tǒng)的面板安裝，安裝基板均具有電絕緣性，不需要獨立的絕緣板。改進的抗輻射能力可以使它免受附近各種高頻無線電波的干擾。前置器上的彈簧定位端子帶使安裝更方便快捷，不需要特殊的安裝工具，連線也十分堅固可靠。3300XL探頭、延伸電纜和前置器都帶有防腐蝕的鍍金銅接頭，這些接頭只需用手指緊固 (接頭會自動“鎖住”)，特殊的機械鎖緊裝置能防止連接松動，接頭在安裝和拆卸時不需要特殊的工具。

2.3 模件組態(tài)以及輸出回路設(shè)置

BN3500系統(tǒng)調(diào)試軟件3500/01，安裝簡單，系統(tǒng)調(diào)試通過通訊電纜從PC和框架接口模塊(3500/22)連接。按TSI機箱框架實際槽位布置新建一個框架配置組態(tài)，該配置也可以直接從TSI框架接口模塊中上傳至PC上 (因為出廠前，TSI在廠內(nèi)已經(jīng)完成調(diào)試工作)。右鍵框架中任何一個模塊，即可對其進行組態(tài)，卡件右鍵OPTIONS，設(shè)置卡件參數(shù)，包括傳感器選型，測量類型，通道選擇等;卡件右鍵SETPOINTS設(shè)置報警停機值;卡件右鍵VERIFICATION為卡件通道顯示 (間隙電壓和間隙值)。當機箱框架模塊組態(tài)完成之后，從電腦下載到3500框架接口模塊中，也可以對單塊模塊組態(tài)進行下載，需要下載的模塊在組態(tài)下載界面中選定即可。

需要注意:高壓差脹監(jiān)測及軸位移監(jiān)測模塊設(shè)置顯示方向 (Upscale Direction)需和機組一致，不同方向會導致傳感器的間隙值不同，嚴重的會造成機組運行時磨損傳感器的結(jié)果，同時原高差量程范圍為-4～+12 mm，現(xiàn)模件量程跨度最多12 mm，所以只能設(shè)定為-4～+8 mm;超速組態(tài)是按組，即3個模塊成組組態(tài)，只用組態(tài)第1模塊，轉(zhuǎn)速設(shè)置齒數(shù)因通流改造更換了齒輪盤支架而相應(yīng)改為83齒;另模塊報警及跳機信號均設(shè)置了1～3 s不等的延時。

16通道繼電器輸出模塊設(shè)置包括報警信號和跳機信號，其中報警信號為:#1通道為軸振16取1，#2通道為瓦振8取1，#3通道為軸位移3取1，#4通道為偏心報警，#5通道為高壓差脹、低壓差脹2取1，#6通道為零轉(zhuǎn)速報警，#7-#12通道為備用通道。跳機信號:#13通道為軸振16取1跳機，#14通道為瓦振8取1跳機，#15通道為軸位移3取2跳機，#16通道為備用通道。

保護定值均按定值表設(shè)定。模件的模擬量由背板端子輸出至DCS，配置與原來一樣。超速模塊由模塊背面繼電器端子輸出報警及跳機信號。

3 遇到的問題及解決方法

3.1 42模件提供4通道振動及軸向位移的監(jiān)視，經(jīng)過改造后的軸向位移實現(xiàn)了3取2，達到“25項反措”的要求，相比于原有的3300系統(tǒng)在軸向位移方面有了更可靠的保護。

3.2 軸振16取1跳機及瓦振8取1跳機信號送至ETS系統(tǒng)后，又在ETS此2個信號的輸入端子上將DEH來的振動24取2(軸振16個、瓦振8個)報警分別與之串聯(lián)，避免了單點信號引起誤動，符合了“25項反措”的要求。

3.2 TSI機柜電源由熱工UPS電源供給，只有1路電源。當熱工UPS電源發(fā)生故障切換時，可能使TSI模件初始化。故增加了1路電氣備用UPS供電電源，由2路電源分別給TSI柜的2路電源模件供電，即使1路電源失去，另1路仍能保證機柜負荷，使TSI系統(tǒng)正常工作。TSI機柜用220 V交流供電時的最大電流為5 A，可將新增的電源電纜接至備用UPS饋線柜的10 A輸出端子。

3.3 為保證超速跳機信號的可靠性，在原來BN3500系統(tǒng)自帶的3塊獨立的模件3取2表決的同時，在外部采用硬接線的方式再次3取2，即在3塊超速模塊背板的繼電器輸出端子上各取2個作為跳機信號共形成6個信號，再在每2塊模塊上各取1個共形成3路3取2邏輯，3路相并后送信號至ETS跳機，以防止超速模件由于硬件繼電器誤動造成誤跳機。

3.4 TSI系統(tǒng)的安全接地是很重要的問題，系統(tǒng)采用高頻低壓交流電采樣，以前3300系統(tǒng)曾出現(xiàn)過接地不符合要求導致誤跳機事件，改造中整個系統(tǒng)絕對保證統(tǒng)一在TSI機柜單點接地，包括輸出到DCS去的4～20 mA信號，并且現(xiàn)場的每個信號均采用獨立的電纜單獨接地，保證了系統(tǒng)的可靠性。

4 改造的成效

(1)減少安裝和維護費用。減少電纜及接線費用、具有向下產(chǎn)品兼容性、減少備品備件種類和數(shù)量。

(2)增強可靠性。電源模塊的冗余配置、繼電器模塊的設(shè)置增強了系統(tǒng)的可靠性。

(3)提供更多的運行信息。BN3500可提供更多的信息，這些特性包括:幅值顯示、探頭間隙電壓、1x幅值和相位、2x幅值和相位、Nx幅值和相位等。

(4)通訊更為方便。每個框架都提供了22接口模件，可以通過串口 (RS232)或者網(wǎng)線(TCP/IP)與外部進行通訊，也可以通過該接口模件接入類似于TDM(振動分析平臺)做振動分析。

(5)保護投退更為方便可靠。改造后的3500系統(tǒng)在組態(tài)修改與保護投退方面更為方便可靠，可直接通過便攜式計算機連接修改，免去原3300短接端子，插拔模件的困擾，同時通過軟件設(shè)置可以大大減少現(xiàn)場安裝探頭的工作量 (主要針對軸向位移，高壓差脹、低壓差脹)，為熱控人員的安裝維護帶來方便。

〔1〕新華控制工程有限公司.BN3500汽輪機監(jiān)測保護系統(tǒng)改造項目TSI升級改造技術(shù)協(xié)議書〔R〕.2010.

〔2〕新華控制工程有限公司.BN3500技術(shù)方案說明書〔R〕.2010.