大型汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用

尚蕾

(東方電氣自動(dòng)控制工程有限公司，四川德陽，618000)

大型汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用

尚蕾

(東方電氣自動(dòng)控制工程有限公司，四川德陽，618000)

文章簡(jiǎn)述了汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展、應(yīng)用及重要性。以美國(guó)本特利公司的3 500系統(tǒng)和德國(guó)EPRO公司的MMS 6000系統(tǒng)兩種典型的汽輪機(jī)安全監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng) （TSI）為例，對(duì)其性能特點(diǎn)進(jìn)行分析比較，提出了各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，并提出了一種國(guó)產(chǎn)化TSI的解決方案和應(yīng)用實(shí)例。

汽輪機(jī)，安全監(jiān)視系統(tǒng)，發(fā)展，應(yīng)用

0 引言

隨著機(jī)組容量不斷增大，汽輪機(jī)參數(shù)也越來越高，如果缺乏合理的運(yùn)行維護(hù)，機(jī)組部件可能在接近設(shè)計(jì)極限值的工況下運(yùn)行，而任何超過設(shè)計(jì)極限的運(yùn)行都會(huì)造成機(jī)組部件的永久性損壞。同時(shí)，大功率機(jī)組為了提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效率，汽輪機(jī)級(jí)間間隙、軸封間隙設(shè)計(jì)較小，運(yùn)行中如操作不當(dāng)，很可能造成動(dòng)靜部件之間的摩擦，從而引起主軸彎曲，振動(dòng)過大，最嚴(yán)重的將導(dǎo)致超速飛車的特大事故。大功率機(jī)組一旦損壞，即使能修復(fù)，也將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。汽輪機(jī)安全監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng) （TSI）監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參量，保護(hù)機(jī)組安全。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，TSI系統(tǒng)逐步演變成了集信號(hào)采集、顯示、記錄、分析、控制于一身的智能監(jiān)控系統(tǒng)。

1 TSI的功能及發(fā)展

1.1 TSI的功能

TSI是一種能對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期、有效、準(zhǔn)確、連續(xù)監(jiān)測(cè)的多路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它可用來連續(xù)顯示機(jī)組的啟停和運(yùn)行狀態(tài)，為記錄儀表提供電流及電壓輸出信號(hào)，在被監(jiān)測(cè)的參數(shù)超出預(yù)置的設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警及停機(jī)信號(hào)。它也能提供故障診斷的各種測(cè)量數(shù)據(jù)。

在大型機(jī)組中，監(jiān)測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)是非常重要的。它不僅可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和電能質(zhì)量，為大型機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠保證，還能降低發(fā)電成本，改善勞動(dòng)條件。TSI系統(tǒng)能連續(xù)監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)的各種重要參數(shù)，例如:轉(zhuǎn)速、偏心、軸振、蓋 （瓦）振、軸位移、脹差、熱膨脹等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，幫助運(yùn)維人員判明機(jī)組故障，在這些故障引起嚴(yán)重?fù)p壞前能及時(shí)遮斷汽輪發(fā)電機(jī)組，保證機(jī)組安全。另外TSI監(jiān)測(cè)信息提供了動(dòng)平衡和在線診斷數(shù)據(jù)，運(yùn)維人員可通過診斷數(shù)據(jù)的幫助，分析可能的機(jī)組故障，幫助提出機(jī)組維修預(yù)案，使機(jī)組維修更有計(jì)劃性，提高汽輪機(jī)組的可用率。

1.2 TSI的發(fā)展

目前，在國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)組上安裝的TSI系統(tǒng)分國(guó)產(chǎn)設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備兩大類。其中國(guó)內(nèi)200 MW以上機(jī)組的TSI大多采用的是引進(jìn)型產(chǎn)品。主要包括美國(guó)本特利 （BN）公司7200、3300、3500系列；德國(guó)飛利浦 （EPRO）公司RMS 700、MMS 6000系列等；瑞士、德國(guó)、日本等公司的產(chǎn)品也有不少應(yīng)用。

其中，本特利公司的BN 3300系統(tǒng)是數(shù)字式儀表，其性能屬20世紀(jì)90年代初世界先進(jìn)水平，能與DCS通訊，可與故障診斷系統(tǒng)接口，但存在傳感器在寬范圍測(cè)量時(shí)不能保證精度 （分段靈敏度）、監(jiān)測(cè)板不能帶電插拔等問題。飛利浦公司的RMS 700系統(tǒng)為模擬監(jiān)測(cè)儀表，隨著電站自動(dòng)化水平的日益提高，存在著無通訊接口、只能通過4～20 mA與其他系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)、低轉(zhuǎn)速測(cè)量不準(zhǔn)、測(cè)量值顯示不直觀等問題。因此，目前國(guó)內(nèi)電廠主要運(yùn)行系統(tǒng)為本特利公司BN 3500，EPRO公司MMS 6000系統(tǒng)。

國(guó)產(chǎn)設(shè)備僅在一些小容量機(jī)組上應(yīng)用，主要有兩種類型:一種是類似BN 7200或飛利浦RMS 700的模擬分立式或組合式單元儀表；另一類是由科研院所開發(fā)的數(shù)據(jù)采集器加通用計(jì)算機(jī)的后臺(tái)式檢測(cè)分析系統(tǒng)，此類系統(tǒng)一般并接在進(jìn)口TSI系統(tǒng)的信號(hào)緩沖輸出上，作為進(jìn)口TSI系統(tǒng)的補(bǔ)充部分，僅具有數(shù)據(jù)采集、波形分析、計(jì)算分析等后臺(tái)功能，不具有TSI必須的標(biāo)準(zhǔn)輸出和監(jiān)視保護(hù)功能。

1.3 進(jìn)口TSI產(chǎn)品簡(jiǎn)介

以本特利BN 3500系統(tǒng)和EPRO公司的MMS 6000系統(tǒng)的性能特點(diǎn)作介紹和比較。

1.3.1 本特利BN 3500系統(tǒng)

BN 3500系統(tǒng)是在BN 3300系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一套智能化的汽輪發(fā)電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它由系統(tǒng)框架、監(jiān)測(cè)器模塊、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)等組成。能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)并顯示，同時(shí)可以存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)超限時(shí)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。該系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下:

（1）安裝維護(hù)費(fèi)用降低

·降低了電纜連接的費(fèi)用；

·與多數(shù)BN公司的產(chǎn)品兼容；

·改善了空間利用率；

·先進(jìn)的組態(tài)設(shè)計(jì)。通過軟件組態(tài)可以方便地對(duì)監(jiān)測(cè)器進(jìn)行選項(xiàng)，包括量程范圍、傳感器輸入、記錄儀輸出、報(bào)警延時(shí)、報(bào)警點(diǎn)設(shè)置、報(bào)警邏輯表決和繼電器組態(tài)的設(shè)置或修改；

·減少了備件的種類。如: 3500/42位移、速度、加速度監(jiān)測(cè)器可以完成幾種不同的功能，只需通過系統(tǒng)組態(tài)，即可成為軸振、軸向位移、偏心等監(jiān)測(cè)器。

（2）改進(jìn)了電廠控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性

·支持多個(gè)協(xié)議。一個(gè)獨(dú)立的3500框架，可同時(shí)為不同的系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，如:同時(shí)給DCS系統(tǒng)和DEH系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，并且支持使用不同的通訊協(xié)議；

·同步過程和振動(dòng)數(shù)據(jù)。振動(dòng)和過程數(shù)據(jù)同步顯示運(yùn)行時(shí)間，可把過程參數(shù)變化和機(jī)械振動(dòng)變化進(jìn)行相關(guān)處理，以便數(shù)據(jù)保存。

（3）增強(qiáng)了運(yùn)行信息

·豐富了操作人員獲取到的振動(dòng)相關(guān)信息。操作人員可以獲得的振動(dòng)信息，包括:1）通頻振幅 （4～20 mA信號(hào)）；2）探頭間隙電壓；3）1倍頻振幅和相位；4）2倍頻振幅和相位；5）非1倍頻振幅。上述信息可以通過BN 3500系統(tǒng)的通訊通路獲得，且可多點(diǎn)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，便于早期確認(rèn)機(jī)組存在的問題，及時(shí)采取相應(yīng)對(duì)策；

·以選項(xiàng)方式提供操作者顯示軟件，它可給運(yùn)行人員提供需要的所有信息。

（4）可進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信

·支持Windows。BN 3500系統(tǒng)運(yùn)行人員顯示軟件可以在任何版本的Windows環(huán)境下運(yùn)行，電廠中的任何Windows終端都可以觀察到數(shù)據(jù)。

·支持TCP/IP。提供以太網(wǎng)TCP/IP（傳輸控制協(xié)議和Internet協(xié)議）接口，能夠直接給控制系統(tǒng)、編程控制器或人機(jī)界面提供數(shù)據(jù)。

1.3.2 EPRO公司MMS 6000系統(tǒng)

MMS 6000系統(tǒng)是在飛利浦RMS 700系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一套計(jì)算機(jī)化的汽輪發(fā)電機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是EPRO公司最先進(jìn)的數(shù)字化智能型TSI。該系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下:

（1）采用冗余的工作電源配置，每個(gè)通道模塊都有兩個(gè)電源輸入，使系統(tǒng)更加安全可靠。

（2）系統(tǒng)將用于故障診斷的數(shù)據(jù)采集電路集成到每塊監(jiān)視器模塊中，省去了增加故障診斷功能時(shí)另配采集系統(tǒng)的開支，也使系統(tǒng)更加緊湊。

（3）新系統(tǒng)利用微處理器處理速度快、存儲(chǔ)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，每塊監(jiān)視器模塊中都存儲(chǔ)了最后一次完整的啟停機(jī)數(shù)據(jù)、模塊改變?cè)O(shè)定的次數(shù)、連續(xù)工作時(shí)間、模塊自檢狀況等，為操作人員了解機(jī)組運(yùn)行工況，分析事故原因提供可靠依據(jù)。

（4）MMS 6000軟件可對(duì)一次測(cè)量元件進(jìn)行線性補(bǔ)償 （對(duì)低壓脹差尤為重要）。

（5）模塊在硬、軟件設(shè)計(jì)上考慮到兼容特殊測(cè)量要求，適用各種類型汽機(jī)測(cè)量環(huán)、臺(tái)、斜面。1.3.3 BN 3500系統(tǒng)和MMS 6000系統(tǒng)比較

BN 3500系統(tǒng)和MMS 6000系統(tǒng)都各有其優(yōu)點(diǎn)，二者主要技術(shù)參數(shù)比較見表1。

1.3.4 國(guó)外TSI的優(yōu)缺點(diǎn)

通過上述分析和比較，以及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)各系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，可以得出以下結(jié)果:

1.3.4.1 國(guó)外TSI的優(yōu)點(diǎn)

（1）普遍采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊結(jié)構(gòu)。

（2）各模塊均內(nèi)置一片微控制器（MCU），實(shí)現(xiàn)模塊的自診斷、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、檢測(cè)報(bào)警等功能。

（3）通過上位機(jī)軟件組態(tài)代替通過跳線和電位器設(shè)置模塊參數(shù)的傳統(tǒng)方式，使組態(tài)更加便捷。

（4）通過RS 232/RS 485總線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，初步具備網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)系統(tǒng)功能。

（5）電源模塊采用雙重冗余結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性。

（6）硬件電路設(shè)計(jì)認(rèn)真，保護(hù)措施較全面，加工工藝優(yōu)良。

（7）傳感器可靠性高，穩(wěn)定性和一致性好。

1.3.4.2 國(guó)外TSI的不足

（1）組態(tài)軟件及上位機(jī)運(yùn)行軟件多為英文界面，操作方法復(fù)雜。

（2）TSI采集的有些數(shù)據(jù)模式不對(duì)外開放，其他診斷分析軟件利用困難。

（3）進(jìn)口TSI價(jià)格高，對(duì)企業(yè)或最終用戶運(yùn)行維護(hù)成本高。

2 國(guó)產(chǎn)化TSI的開發(fā)和應(yīng)用

2.1 國(guó)產(chǎn)化TSI的研制

國(guó)產(chǎn)化TSI起步較早，比如北京英華達(dá)的EN 9000，江陰三儀的QBJ汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)等，現(xiàn)以DF 2000系統(tǒng)做簡(jiǎn)單介紹，DF 2000系統(tǒng)是四川東方電氣自動(dòng)控制工程有限公司與成都東能自控技術(shù)工程有限公司聯(lián)合，于1995年開始研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)。

DF 2000可編程旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，應(yīng)用最新的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，是一個(gè)全功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn):

（1）該系統(tǒng)所有功能參數(shù)都可以通過DF 2000組態(tài)軟件來編程組態(tài)，安裝、調(diào)試操作符合我國(guó)技術(shù)人員使用習(xí)慣，具有使用方便和維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

（2）基于DSP的高性能數(shù)字處理技術(shù)，使傳感器與儀表測(cè)量電路的線性、頻響、溫漂和抗擾能力得到最大限度的改善，加上所有參數(shù)都是數(shù)字設(shè)定，使得系統(tǒng)測(cè)量精度更高，保護(hù)動(dòng)作更為精確可靠。

（3）多個(gè)框架可以通過總線互連成一個(gè)系統(tǒng)，RS 485接口支持Modbus協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)了DF 2000系統(tǒng)與DCS、PLC或其他控制系統(tǒng)的無縫連接。

（4）高通用性的硬件設(shè)計(jì)和豐富編程功能，使得每種監(jiān)測(cè)器可以適合多種應(yīng)用需要，用戶備件庫(kù)存可大大減少。

（5）數(shù)據(jù)采集、記錄、分析功能，讓運(yùn)維人員能獲取更多的過程信息，有更多的信息處理工具，從而能更準(zhǔn)確地掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，為設(shè)備安全高效運(yùn)行提供可靠保障。

2.2 DF 2000 TSI的應(yīng)用

DF 2000系統(tǒng)自1998年推出并投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行以來，目前已經(jīng)成功應(yīng)用于遼寧清河電廠、新疆天龍電廠等近40個(gè)電廠，該系統(tǒng)在各電廠中運(yùn)行穩(wěn)定，深得用戶好評(píng)。DF 2000系統(tǒng)外形圖如圖1所示。

3 結(jié)語

DF 2000系統(tǒng)自投運(yùn)以來，經(jīng)與本特利專用便攜式振動(dòng)儀測(cè)試數(shù)據(jù)的多次對(duì)比，測(cè)試數(shù)據(jù)吻合；十幾年來在全國(guó)各電廠的穩(wěn)定運(yùn)行表明，DF 2000系統(tǒng)與美國(guó)BN公司3500系統(tǒng)、德國(guó)EPRO公司MMS 6000系統(tǒng)性能基本相當(dāng)，滿足API 670標(biāo)準(zhǔn)的要求，是目前國(guó)內(nèi)性價(jià)比較高的旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，由于國(guó)內(nèi)外制造工藝和材料上的差距，國(guó)產(chǎn)化系統(tǒng)與國(guó)外公司TSI產(chǎn)品在穩(wěn)定性和一致性等方面存在一定的差距，這也是我國(guó)制造業(yè)普遍存在的問題之一。DF 2000系統(tǒng)可滿足我國(guó)大型汽輪機(jī)組對(duì)先進(jìn)TSI系統(tǒng)的要求。

[1]Bently Nevada,LLC.Bently 3500 M onitoring System-Rack Hardware Installation,Operations,and Maintenance Manual. 2002

[2]epro ELEKTRON IK&SYSTEMTECHN IK GmbH.epro MMS 6000 M anual.2004

[3]北京松源艾普科技有限公司.epro旋轉(zhuǎn)機(jī)械檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng). 2002

Development and Application of Turbine Supervisory Instrument System

Shang Lei
（Dongfang Electric Auto Control Engineering Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

This paper offers a brief introduction of the development,application and importance of turbine supervisory instrument system（TSI）.basing on two specific TSI:Bentley 3500 system（USA）and EPRO MMS 6000 system（Germany）,the performance of MMS 6000 and 3500 system are analyzed by comparing their advantages and disadvantages in detail.An application solution to TSI localization is presented in final.

turbine,turbine supervisory instrument system（TSI）,development,application

TK39

：A

：1674-9987（2014）01-0070-05

尚蕾 （1963-），女，高級(jí)工程師，主要從事汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試工作。