巧用萬用表判斷汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)儀表(TSI)的測量異常

周奕勤

(國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司,浙江寧波315800)

巧用萬用表判斷汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)儀表(TSI)的測量異常

周奕勤

(國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司,浙江寧波315800)

汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)儀表(TSI)顯示異常時,必須對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。介紹了汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)儀表各種測量參數(shù)的計算方法,并使用萬用表對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。

汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)儀表；軸向位移；軸振動；脹差 ；萬用表

火力發(fā)電廠的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械,如汽輪發(fā)電機(jī)組、汽泵、電泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備需要安裝監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)(TSI),以保證設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行。TSI所監(jiān)視的參數(shù)有軸向位移、脹差、軸振動、軸承振動等,當(dāng)這些被監(jiān)測的參數(shù)產(chǎn)生異常時,TSI系統(tǒng)會發(fā)出報警或跳機(jī)信號,對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)；因此TSI參數(shù)對于機(jī)組的安全運(yùn)行非常重要。當(dāng)TSI測量值異常時,首先會讓熱工技術(shù)人員判斷是機(jī)組本身的問題,還是TSI設(shè)備測量的問題。萬用表是熱工技術(shù)人員的常用工具,因此巧用萬用表對傳感器輸出信號進(jìn)行測量,并通過對不同的參數(shù)進(jìn)行一些必要的計算,對TSI測量進(jìn)行判斷是一套行之有效的方法。

1 利用萬用表測量數(shù)據(jù)的計算方法

TSI儀表監(jiān)視的參數(shù)很多,其原理都是從傳感器輸出電信號至監(jiān)視器,監(jiān)視器接受傳感器的信號,并在監(jiān)視器中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得出所監(jiān)視參數(shù)的測量值。介紹常見的幾種參數(shù)算法分析。

1.1 軸向位移

1.1.1 定義

軸向位移的定義為：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向串動,即轉(zhuǎn)子推力盤與止推軸承之間的相對位置。機(jī)組在運(yùn)行過程中,轉(zhuǎn)子的軸向串動必須保證在某一個允許的范圍之內(nèi),以保證機(jī)組轉(zhuǎn)子和定子之間不會產(chǎn)生軸向碰摩,確保機(jī)組運(yùn)行安全。軸向位移是監(jiān)視推力盤與止推軸承之間的相對位置,是TSI儀表的核心參數(shù)之一。因為高速旋轉(zhuǎn)中的汽輪機(jī),如果產(chǎn)生主軸串動,轉(zhuǎn)子和定子之間會產(chǎn)生劇烈的碰撞,造成機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞。

1.1.2 測量方式

軸向位移測量使用渦流傳感器。圖1為軸向位移測量示意圖,圖2為渦流傳感器輸出特性曲線。

圖1 軸向位移測量示意圖

圖2 渦流傳感器輸出特性曲線

1.1.3 測量計算方法

由圖2可見：渦流傳感器輸出從d1到d4是線性的,傳感器線性輸出的電壓范圍為-2～-20 V。

假定d0為渦流傳感器安裝零位,d2～-d3為軸位移測量的量程范圍,則輸出特性曲線直線段的斜率為傳感器輸出靈敏度S。V0為渦流傳感器的安裝間隙電壓,則軸向位移的測量值計算公式為：

式中：M為軸向位移的測量值；Vm為萬用表所測得的直流電壓；當(dāng)軸向位移遠(yuǎn)離為正時取“+”,遠(yuǎn)離為負(fù)時取“-”。

1.2 脹差

1.2.1 定義

對于汽輪發(fā)電機(jī)組,來自鍋爐的高溫、高壓蒸汽送入汽輪機(jī)的缸體,在汽輪發(fā)電機(jī)組啟停過程中,缸體和轉(zhuǎn)子都會產(chǎn)生熱膨脹伸縮,由于缸體和轉(zhuǎn)子的熱容量不同,缸體和轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生熱膨脹伸縮是不一樣的,脹差監(jiān)視器就是監(jiān)視機(jī)組的缸體和轉(zhuǎn)子之間因受熱不一樣而發(fā)生的相對膨脹差。所以機(jī)組在啟停過程中,缸體和轉(zhuǎn)子必須以同樣的比率受熱膨脹伸縮,如果受熱膨脹伸縮的比率不同,就可能發(fā)生缸體和轉(zhuǎn)子之間碰摩(即動靜碰摩),使機(jī)器受到損壞。

1.2.2 測量方式

脹差測量使用電渦流傳感器,其安裝方式有3種：

(1)單傳感器式脹差安裝方式。該安裝方式與軸向位移測量類似,但使用的傳感器線性范圍更大。

(2)斜面式脹差安裝方式。渦流傳感器的安裝見圖3,分3種類型。

圖3 斜面式脹差測量示意圖

(3)補(bǔ)償式脹差安裝方式(見圖4)。

圖4 補(bǔ)償式脹差測量示意圖

1.2.3 測量計算方法

脹差的計算方法根據(jù)傳感器的安裝方式不同而不同：

(1)單傳感器式脹差安裝方式與軸向位移計算方式類似。

(2)斜面脹差中：

①類型A為相加型。

被測主軸水平位移量為X,垂直位移量為Y,則

傳感器1測得的位移變化量為：

傳感器2測得的位移變化量為：

傳感器1的輸出電壓變化量為ΔU1,傳感器2的輸出電壓變化量為ΔU2；傳感器1的靈敏度為S1,傳感器2的靈敏度為S2。

因為脹差監(jiān)視器測量的是主軸水平方向的位移量X。根據(jù)式(2)、式(3)、式(4)可得出：

由式(5)得出：

根據(jù)圖2中的渦流傳感器輸出特性曲線,探頭1的安裝零位電壓為V01,萬用表測量傳感器1的輸出電壓為Vm1；探頭2的安裝零位電壓為V02,萬用表測量傳感器2的輸出電壓為Vm2；則相加型脹差的測量值計算公式為：

式中：當(dāng)脹差為被測面遠(yuǎn)離探頭1為正時取“+”,遠(yuǎn)離探頭1為負(fù)時取“-”。

②類型B為相減型。

被測軸水平位移量為X,垂直位移量為Y,則探頭1測得的位移變化量為：

探頭2測得的位移變化量為：

傳感器探頭1的輸出電壓變化量為ΔU1；傳感器探頭2的輸出電壓變化量為ΔU2；傳感器探頭1的靈敏度為S1；傳感器探頭2的靈敏度為S2。

因為脹差監(jiān)視器測量的是主軸水平方向的位移量X。根據(jù)式(8)、式(9)、式(10)可得出：

由式(11)得出：

根據(jù)圖2中的渦流傳感器輸出特性曲線,探頭1的安裝零位電壓為V01,萬用表測量傳感器1的輸出電壓為Vm1；探頭2的安裝零位電壓為V02,萬用表測量傳感器2的輸出電壓為Vm2；則相減型脹差的測量值計算公式為：

式中：當(dāng)脹差為被測面遠(yuǎn)離探頭1為正時取“+”,遠(yuǎn)離探頭1為負(fù)時取“-”。

③類型C為直斜型。

被測軸水平位移量為X,垂直位移量為Y,則探頭1測得的位移變化量為：

探頭2測得的位移變化量為：

可得出：

由式(11)得出：

根據(jù)圖2中的渦流傳感器輸出特性曲線,探頭1的安裝零位電壓為V01,萬用表測量傳感器1的輸出電壓為Vm1；探頭2的安裝零位電壓為V02,萬用表測量傳感器2的輸出電壓為Vm2；則直斜型脹差的測量值計算公式為：

式中：當(dāng)脹差為被測面遠(yuǎn)離探頭1為正時取“+”,遠(yuǎn)離探頭1為負(fù)時取“-”。

(3)補(bǔ)償式脹差通過兩個渦流傳感器分兩段進(jìn)行測量,量程的0%～50%通過位移探頭A進(jìn)行測量,50%～100%通過位移探頭B進(jìn)行測量(見圖4),其基本算法和軸向位移以及單傳感器式脹差一樣。

農(nóng)業(yè)支撐著我國長久以來的發(fā)展，雖然隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加的便利，但是種子儲藏管理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中還是非常的重要的。種子的儲藏管理技術(shù)并不是一成不變的，而是根據(jù)地區(qū)環(huán)境的不同采取更加合適的種子儲藏技術(shù)，這樣才能夠?qū)ΨN子進(jìn)行更好地保護(hù)。本文主要針對張家川縣的地理環(huán)境的特點對當(dāng)?shù)氐姆N子儲藏管理技術(shù)進(jìn)行分析與討論。

1.3 振動

1.3.1 重要性

汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速范圍一般為每分鐘幾千轉(zhuǎn),在高速旋轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)振動問題,過大的振動往往是造成機(jī)組損壞的主要原因,所以汽輪發(fā)電機(jī)組的振動參數(shù)是衡量汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行好壞的主要參數(shù)。

1.3.2 測量方式

振動的測量一般有三種方式：(1)主軸相對于軸承的振動,即主軸的相對振動,采用渦流傳感器進(jìn)行測量；(2)軸承振動,即軸承的絕對振動,采用磁電式速度傳感器或者壓電式速度傳感器測量；(3)主軸的絕對振動,即主軸相對于大地的振動,采用電渦流傳感器和磁電式速度傳感器的復(fù)合傳感器進(jìn)行測量。

1.3.3 振動測量計算方法

振動測量計算方法也是根據(jù)測量方式不同而不同：

主軸相對振動的測量值：

式中：S為傳感器靈敏度；Vm為萬用表所測量傳感器的輸出交流電壓(有效值)；M為測量值,μm。

(2)軸承振動。

軸承振動測量值可以有3種方式來進(jìn)行描述：

①振動的速度有效值。

式中：S為傳感器靈敏度；Vm為萬用表所測量傳感器的輸出交流電壓(有效值)；M為測量值, mm/s。

②振動的速度單峰值。

式中：S為傳感器靈敏度；Vm為萬用表所測量傳感器的輸出交流電壓(有效值)；M為測量值, mm/s。

③振動的位移峰值。

測量軸承振動的傳感器是速度式傳感器,傳感器的輸出信號與振動的速度成比例單值函數(shù),為了得到振動的位移值,必須對速度信號進(jìn)行積分。

式中：S為傳感器靈敏度；Vm為萬用表所測量傳感器的輸出交流電壓(有效值)；A為振動速度單峰值；W為振動的位移單峰值；R為機(jī)組轉(zhuǎn)速；M為測量值,mm/s。

將式(23)、式(24)代入式(25)得到：

(3)軸絕對振動。

主軸的絕對振動是主軸相對振動與軸承振動兩者之間的矢量和,因此不能簡單相加。需要使用雙二階相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償后進(jìn)行相加,比較復(fù)雜,需要進(jìn)行專題討論。

2 典型應(yīng)用實例

2.1 實例1

2013年5月23日1號機(jī)組在啟動時,利用相加型斜面式脹差,其量程為-4.0～+6.0 mm, 2個傳感器的靈敏度S1=S2=2.5 V/mm,斜面夾角為30°,定義傳感器1遠(yuǎn)離被測面為正。傳感器1安裝零位電壓V01為-7.0 V,傳感器2安裝零位電壓為-7.2 V。用萬用表測量傳感器1的輸出電壓Vm1為-13.5 V,傳感器2的輸出電壓Vm2為-14.0 V,代入式(7)得到測量值M= 5.32 mm。

觀察脹差監(jiān)視器的指示值是5.33 mm,在允許的誤差范圍內(nèi),說明儀表的測量是正確的,后來經(jīng)查脹差指示不準(zhǔn)確實是機(jī)組本體的問題。

2.2 實例2

2013年8月13日5號機(jī)組在正常運(yùn)行時,4號瓦儀表指示上下波動,似乎有干擾。實際使用的傳感器靈敏度為3.94 m V/(mm·s),用萬用表測量傳感器的交流輸出為15 m V,機(jī)組轉(zhuǎn)速為3 000 r/min,則代入式(26)計算得到測量值M=34μm。

經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)儀表柜的接線端子松動,重新接線后監(jiān)視器指示值是33μm,在允許的誤差范圍內(nèi)說明儀表的測量是正確的,機(jī)組也沒問題,是接線松動造成的。

3 結(jié)語

汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)儀表中最常見的幾個主要參數(shù)可以通過萬用表直接測量傳感器的輸出信號,計算出儀表應(yīng)該顯示的測量值。用計算出來的理論值和監(jiān)視儀表所顯示的值進(jìn)行比較：如果兩者一致,則說明監(jiān)視儀表的測量系統(tǒng)正確；如果兩者相差較大,則說明監(jiān)視儀表的測量系統(tǒng)可能有問題,需要進(jìn)一步處理。采用萬用表測量并計算的方法,可以對TSI儀表是否正常進(jìn)行快速判斷；而萬用表對于電廠熱工技術(shù)人員來說是最常見、最必不可少的工具。所以熟練掌握這套方法可以幫助電廠熱工技術(shù)人員快速地、有依據(jù)地處理現(xiàn)場TSI系統(tǒng)的技術(shù)問題。

［1］電力行業(yè)熱工自動化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.DL/T 1012-2006火力發(fā)電廠汽輪機(jī)監(jiān)視和保護(hù)系統(tǒng)驗收測試規(guī)程［S］.北京：中國電力出版社,2006.

［2］嚴(yán)可國,魏克嚴(yán),李植,等.大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測保護(hù)故障診斷系統(tǒng)［M］.北京：北京英華達(dá)電力電子工程科技有限公司,1994.

Judgment of Abnormal TSI Measurements Using Multimeter

Zhou Yiqin
(Guodian Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.,Ltd.,Ningbo 315800, Zhejiang Province,China)

It is necessary to judge relevant measured values when there is an abnormal display on the turbine supervisory instrumentation(TSI).An introduction is being presented to the calculation way of various TSI measurements,and to how to judge the measurements with multimeter.

TSI；shaft displacement；shaft vibration；differential expansion；multimeter

U463.23

A

1671-086X(2015)03-0216-04

2014-10-13

周奕勤(1968-),男,技師,主要從事發(fā)電廠熱工工作。

E-mail：13805886440@139.com

核電技術(shù)