本特利3500系統(tǒng)在我廠TSI系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳東

摘 要：在發(fā)電生產(chǎn)的過程中，對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)具有至關(guān)重要的意義，而本特利公司生產(chǎn)的3500監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是目前國內(nèi)應(yīng)用的比較多的一套系統(tǒng)。該文主要介紹了本特利3500監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、主要功能，包括就地傳感器的類別、型號(hào)、數(shù)量和配套使用的附件，電子設(shè)備間的所有模塊及其型號(hào)以及框架組態(tài)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所使用的相關(guān)軟件。還介紹了TSI系統(tǒng)在西塞山發(fā)電有限公司的汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)方面實(shí)現(xiàn)的所有功能，簡(jiǎn)要分析了TSI系統(tǒng)控制的邏輯，系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的保護(hù)定值，在文章的最后部分，介紹了本特利3500監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在我廠使用的情況，包括的效果，以及幾次邏輯的改造和完善。

關(guān)鍵詞：TSI 本特利3500 邏輯 改造

中圖分類號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）12（c）-0037-02

汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用具有很重要的意義。汽輪機(jī)作為對(duì)發(fā)電廠整個(gè)生產(chǎn)過程具有決定性作用的主設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)需要被實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確地掌握。一套完整的TSI（汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）可以做到以下幾點(diǎn)。

（1）幫助確認(rèn)汽輪機(jī)正運(yùn)行在本身的設(shè)計(jì)和規(guī)范范圍之內(nèi)的信息。

（2）能夠?qū)ζ啓C(jī)機(jī)械狀態(tài)的信息進(jìn)行識(shí)別和描述。

（3）能夠?qū)ζ啓C(jī)機(jī)械狀態(tài)的變化或者惡化的情況較早做出預(yù)判。

1 我廠TSI系統(tǒng)簡(jiǎn)介

湖北西塞山發(fā)電有限公司一期#1、#2兩臺(tái)330MW汽輪機(jī)是由北京汽輪機(jī)電機(jī)有限公司按照法國ALSTOM公司技術(shù)生產(chǎn)的N330-17.75/540/540型、亞臨界一次中間再熱、單軸、三缸雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)監(jiān)視儀表系統(tǒng)（TSI）主要采用的是美國本特利內(nèi)華達(dá)公司生產(chǎn)的3500監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（軸位移和脹差監(jiān)測(cè)采用AMREIN公司的產(chǎn)品）。在本套系統(tǒng)中，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)主要參數(shù)的監(jiān)視，包括轉(zhuǎn)速、軸承振動(dòng)、偏心、汽缸膨脹等。兩臺(tái)機(jī)組分別于2004年7月和12月投產(chǎn)，3500監(jiān)測(cè)系統(tǒng)亦隨之投入使用。

本特利3500監(jiān)視系統(tǒng)是本特利公司最新的監(jiān)視系統(tǒng)，它采用積木式模塊方式，可在其框架內(nèi)安裝不同種類及數(shù)量的插件，完成各種測(cè)量。本特利3500系統(tǒng)與本特利3300系統(tǒng)不同，它沒有機(jī)柜內(nèi)的顯示面板，其測(cè)量數(shù)值通過上位機(jī)顯示及在DCS中顯示，大部分內(nèi)部設(shè)置都在軟件中完成。

1.1 硬件

就地一次設(shè)備主要包括以下幾部分。

振動(dòng)探頭16支：3300XL系列8mm，電渦流探頭，附8m延長電纜和3300系列8mm前置放大器；

轉(zhuǎn)速探頭6支：3300XL系列8mm，電渦流探頭，附8m延長電纜和3300系列8mm前置放大器；

SM-D型脹差監(jiān)視器3套；

SM-D型軸位移傳感器1套；

偏心探頭1支：型號(hào)及附件同振動(dòng)探頭；

鍵相探頭1支：型號(hào)及附件同轉(zhuǎn)速探頭。

電子間設(shè)備主要包括：框架組態(tài)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集/DDE服務(wù)器計(jì)算機(jī)、操作者顯示計(jì)算機(jī)以及模塊若干。

模塊統(tǒng)計(jì)：

3500/15 電源模塊 2塊

3500/20 框架接口模塊 1塊

3500/25 鍵相模塊 1塊

3500/42M 振動(dòng)、偏心模塊 5塊

3500/45 絕對(duì)膨脹模塊 1塊

3500/50 零轉(zhuǎn)速模塊 1塊

3500/53 轉(zhuǎn)速模塊 3塊

3500/33 16通道繼電器輸出模塊 2塊

3500/92 通訊接口模塊 1塊

3500面板圖見圖1。

1.2 軟件

在本特利3500汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)具有3個(gè)軟件包。

框架組態(tài)軟件，可對(duì)3500系統(tǒng)所有的模塊進(jìn)行組態(tài)。

DDE（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換）/數(shù)據(jù)采集服務(wù)器軟件：對(duì)來自于3500系統(tǒng)的全部靜態(tài)數(shù)據(jù)均可進(jìn)行采集和保存，同時(shí)還能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)輸出，主要是用于和第三方軟件的集成功能，比如加入到發(fā)電廠的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、某些人機(jī)操作界面或者是過程控制系統(tǒng)等。

操作員顯示軟件：可對(duì)本特利3500數(shù)據(jù)的采集軟件采集的信息進(jìn)行圖形顯示，主要包括監(jiān)視器通道值的條狀顯示、汽輪機(jī)鏈圖和相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)值、實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖、系統(tǒng)事件列表、當(dāng)前的報(bào)警信號(hào)列表等。

2 TSI系統(tǒng)功能

我廠的TSI系統(tǒng)主要對(duì)以下一些模擬量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（1）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，可對(duì)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行連續(xù)指示、記錄，發(fā)出報(bào)警和保護(hù)信號(hào)。有自檢功能。汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，在機(jī)組運(yùn)行過程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視，以防發(fā)生超速。

（2）零轉(zhuǎn)速測(cè)量。主要用于盤車啟停的自動(dòng)控制，兼有鍵相功能。

（3）軸承振動(dòng)。測(cè)量汽輪機(jī)軸和發(fā)動(dòng)機(jī)軸的相對(duì)振動(dòng)，包括X和Y兩個(gè)方向的振動(dòng)，每個(gè)方向需安裝一個(gè)傳感器。具體定義為：站在汽輪機(jī)高壓缸正前方，朝發(fā)電機(jī)看去，右側(cè)與水平面成45°的方向?yàn)閄向，左側(cè)與水平面成45°的方向?yàn)閅向。量程為0～250um，可對(duì)振動(dòng)值進(jìn)行連續(xù)指示、記錄、報(bào)警和保護(hù)。傳感器的數(shù)目由機(jī)組的軸承數(shù)來決定（包含發(fā)電機(jī)部分）。

（4）軸向位移。又叫串軸，指沿軸的方向上產(chǎn)生的位移。如果負(fù)荷、汽溫、頻率或者蒸汽流量發(fā)生變化，均可導(dǎo)致軸位移改變，對(duì)軸位移的測(cè)量。如果運(yùn)行中出現(xiàn)軸位移偏大，甚至報(bào)警，一般采用降負(fù)荷的方式，以減小軸位移，如果情況惡化則需直接停機(jī)處理。

（5）脹差。也叫相對(duì)膨脹，即轉(zhuǎn)子相對(duì)汽缸的膨脹，包括高壓缸脹差、中壓缸脹差和低壓缸脹差。監(jiān)測(cè)是為了避免運(yùn)行中，動(dòng)（轉(zhuǎn)子）靜（汽缸）部分發(fā)生相互碰撞，造成設(shè)備損壞，也具有連續(xù)指示、記錄、報(bào)警、保護(hù)及自檢功能。

（6）汽缸膨脹。也叫絕對(duì)膨脹，就地裝有兩個(gè)傳感器，分別用來測(cè)量高中壓缸左、右兩側(cè)的脹縮值。endprint

（7）鍵相。在轉(zhuǎn)子上開一個(gè)凹槽，并正對(duì)傳感器，軸做周期性的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凹槽就會(huì)周期性的經(jīng)過傳感器，由于測(cè)量面的突變，使得傳感器產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，將脈沖信號(hào)采集下來，就記錄下了每一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)，軸所在的位置。

（8）偏心。汽輪機(jī)軸在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，傳感器會(huì)分別記錄下軸距離傳感器最近和最遠(yuǎn)的一次，配合鍵相的凹槽所在的相位，就可以知道軸彎曲的方向。

3 TSI系統(tǒng)的控制邏輯

TSI系統(tǒng)所有測(cè)量參數(shù)達(dá)到停機(jī)值時(shí)，通過繼電器輸出模塊送至ETS系統(tǒng)（汽輪機(jī)危急遮斷保護(hù)系統(tǒng)），邏輯描述為：TSI超速（三選二）、振動(dòng)越限、軸位移越限的信號(hào)送至ETS系統(tǒng)，當(dāng)任一信號(hào)為1時(shí)，使之發(fā)出停機(jī)指令。

邏輯示意圖見圖2。

TSI系統(tǒng)各定值如下：

轉(zhuǎn)速：停機(jī)值為3292rpm；

軸位移（A路）：報(bào)警值為-0.5～+0.3mm停機(jī)值為-0.7～+0.5mm；

軸位移（B路）：報(bào)警值為-0.5～+0.3mm 停機(jī)值為-0.7～+0.5mm；

高中壓缸膨脹（左）：報(bào)警值為34.7mm；

高中壓缸膨脹（右）：報(bào)警值為34.7mm；

高壓缸脹差：報(bào)警值為-1.2～+6.6mm 停機(jī)值為-2.0～+7.4mm；

中壓缸脹差：報(bào)警值為-3.5～+6.0mm 停機(jī)值為-4.5～+7.0mm；

低壓缸脹差：報(bào)警值為-2.2～+8.0mm 停機(jī)值為-3.3～+9.1mm；

偏心：報(bào)警值為29.7μm。

振動(dòng)部分的有關(guān)情況將在第四部分詳細(xì)介紹。

4 3500系統(tǒng)在西塞山電廠中的使用和邏輯改造情況

自投產(chǎn)以來，兩套3500系統(tǒng)工作正常，TSI系統(tǒng)未發(fā)生信號(hào)大幅跳變、誤發(fā)及漏發(fā)情況，測(cè)量、顯示相當(dāng)穩(wěn)定，對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行起到了很好的監(jiān)測(cè)作用。其中振動(dòng)部分進(jìn)行了邏輯方面的進(jìn)一步完善。

我公司的TSI系統(tǒng)中，原振動(dòng)監(jiān)測(cè)參數(shù)為：轉(zhuǎn)速>2900rpm時(shí)，報(bào)警值為100μm，停機(jī)值為130μm；轉(zhuǎn)速<2900rpm時(shí)，報(bào)警值為140μm，停機(jī)值為180μm。

邏輯描述：當(dāng)轉(zhuǎn)速<2900rpm時(shí)，任意一軸承的X或Y向振動(dòng)達(dá)到高二值180μm則停機(jī)；當(dāng)轉(zhuǎn)速>2900rpm時(shí)，由于保護(hù)未投入，振動(dòng)保護(hù)不起作用。

原邏輯認(rèn)為：在轉(zhuǎn)速>2900rpm時(shí)，正常情況下振動(dòng)很難達(dá)到廠家給出的停機(jī)值，出現(xiàn)振動(dòng)大的情況下，可以要求運(yùn)行人員手動(dòng)打閘，所以保護(hù)未投入。

熱控專業(yè)安全性評(píng)價(jià)專家查評(píng)發(fā)現(xiàn)此問題，提出了整改建議：完善汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)邏輯，滿足機(jī)組運(yùn)行中振動(dòng)保護(hù)全程投入的要求。

我公司隨即按照專家組的建議，采取了相應(yīng)的整改措施：與北重聯(lián)系，明確機(jī)組振動(dòng)保護(hù)投入方案，報(bào)公司批準(zhǔn)，并分別利用06年4月的#1機(jī)組大修停機(jī)和06年10月的#2機(jī)組小修停機(jī)機(jī)會(huì)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，投入了機(jī)組振動(dòng)保護(hù)。

現(xiàn)改造后振動(dòng)監(jiān)測(cè)參數(shù)為：轉(zhuǎn)速>2900rpm時(shí)，報(bào)警值為120μm，停機(jī)值為140μm；轉(zhuǎn)速<2900rpm時(shí)，報(bào)警值為120μm，停機(jī)值為180μm。

邏輯描述：當(dāng)轉(zhuǎn)速<2900rpm時(shí)，任意一軸承的X或Y向振動(dòng)達(dá)到高二值180μm則停機(jī)；當(dāng)轉(zhuǎn)速>2900rpm時(shí)，任意一軸承的X和Y向振動(dòng)都達(dá)到高二值180μm，且同時(shí)另一軸承的X或Y向振動(dòng)達(dá)到高一值120μm，則延時(shí)5s停機(jī)。

改造后至今，TSI系統(tǒng)長期運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確，為汽輪機(jī)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。

5 結(jié)語

綜上所述，本特利3500系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度高，反映靈敏，而且組態(tài)界面友好，便于檢查和維護(hù)，在該廠的應(yīng)用中經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)，對(duì)提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益和保證機(jī)組主設(shè)備的安全的兩方面都起到了重要作用。

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