火力發(fā)電廠汽輪機(jī)軸位移監(jiān)測系統(tǒng)異常分析

肖慶余

摘要：汽輪機(jī)軸位移測量參數(shù)，是火力發(fā)電廠中重要的監(jiān)測參數(shù)之一。利用軸位移測量裝置，對導(dǎo)致軸位移測量參數(shù)變化的各種因素進(jìn)行分析，產(chǎn)生誤差的原因包括傳感系統(tǒng)、被測面、安裝條件、汽輪機(jī)運(yùn)行工況、環(huán)境干擾等。針對下花園電廠軸位移存在的問題，提出解決方案。通過實踐，得出了一些軸位移安裝、運(yùn)行、維護(hù)經(jīng)驗，對目前各電廠軸位移測量存在的問題，提供了可供借鑒解決的方案。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)； 軸位移 ；測量；

中圖分類號：TK26 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（b）-0000-00

1 前言

現(xiàn)在300MW、600MW的火力發(fā)電機(jī)組，為了提高效率，汽輪機(jī)的動靜葉之間的間隙設(shè)計的都很小，其軸向間隙是靠轉(zhuǎn)子的推力盤及推力軸承固定的。[1]汽輪機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軸向間隙不當(dāng)，汽輪機(jī)動、靜部分就會磨損，轉(zhuǎn)子前后竄動，造成推力瓦塊溫度升高損壞，嚴(yán)重時就會損壞汽輪機(jī)大軸，造成嚴(yán)重事故。所以要對汽輪機(jī)的軸向間隙進(jìn)行監(jiān)視，一旦間隙達(dá)到危險值，就要停機(jī)，避免發(fā)生事故。然而在現(xiàn)場實際測量中，軸向位移測量受到很多因素的影響。

2 電渦流傳感器測量原理

傳感器系統(tǒng)的工作原理是電渦流效應(yīng)。當(dāng)接通傳感器系統(tǒng)電源時，前置器內(nèi)會產(chǎn)生一個高頻電流信號，該信號通過延伸電纜送到探頭頭部，在頭部周圍會產(chǎn)生一個交變磁場H1。如果在磁場H1范圍內(nèi)沒有金屬導(dǎo)體材料接近，則發(fā)射到這一范圍內(nèi)的能量會全部釋放；反之，如果有金屬導(dǎo)體材料接近探頭頭部，則交變磁場H1將在導(dǎo)體的表面產(chǎn)生電渦流場，該電渦流場也會產(chǎn)生一個方向與H1相反的交變磁場H2.由于H2的反作用，就會改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度和相位，即改變了線圈的有效阻抗。這種變化即與電渦流效應(yīng)有關(guān)，又與靜磁學(xué)效應(yīng)有關(guān)，即與金屬的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈幾何參數(shù)、勵磁電流頻率以及線圈到到金屬導(dǎo)體的距離等參數(shù)有關(guān)。 [2]

3 軸位移出現(xiàn)異常原因

3.1 被測體表面平整度對傳感器的影響

不規(guī)則的被測體表面，會給實際測量帶來附加誤差，因此對被測體表面應(yīng)該平整光滑，不應(yīng)存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷，一般要求位移測量被測表面粗糙度要求在0.4～1.6μm 。[2]

3.2 軸位移零位不準(zhǔn)

機(jī)組的軸位移機(jī)械安裝零位和監(jiān)測系統(tǒng)保護(hù)零位不統(tǒng)一。檢修后經(jīng)常發(fā)生機(jī)組因軸位移監(jiān)測系統(tǒng)傳感器的零位設(shè)置不當(dāng)，使系統(tǒng)測量誤差較大，檢修后機(jī)組的軸位移傳感器的零位設(shè)置直接影響到啟機(jī)后軸位移監(jiān)測系統(tǒng)能否正常工作。

軸位移定位基本是根據(jù)機(jī)組廠家設(shè)計的要求來定，我廠#3機(jī)組是將轉(zhuǎn)子推向工作面來定位零位。也有機(jī)組是將轉(zhuǎn)子推向非工作面來定零位；指示為0mm時的相對渦流傳感器的電壓根據(jù)前置放大器的輸出電壓定，有-10V、-12V等。

3.3 安裝不正確

安裝時出現(xiàn)支架松動、探頭與被側(cè)面不垂直、探頭與被側(cè)面間隙過大或過小產(chǎn)生測量誤差。另外測量面應(yīng)與軸是一個整體，這個測量面是以探頭的中心線為中心，寬度為1.5倍的探頭圓環(huán)。探頭安裝距離距止推法蘭盤不應(yīng)超過305㎜，否則測量結(jié)果不僅含軸向位移的變化，而且包含脹差在內(nèi)的變化，這樣測量的不是軸位移的真實值。另外如果探頭沒有固定在軸瓦上而是固定在前箱上，那么還應(yīng)考慮前箱的位移量。在安裝時，測量探頭與被測面保持垂直并安裝牢固，否則將出現(xiàn)測量誤差。這是在機(jī)組大小修時特別注意的問題。

3.4 測量系統(tǒng)元件故障

測量系統(tǒng)包括了探頭、延伸電纜、前置器、顯示儀表燈等。不論哪個中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)損壞都會引起測量誤差。因此為了軸位移保護(hù)系統(tǒng)可靠安全一般采用三選二停機(jī)。需要指出的是被測體也是傳感器的一部分，測量面參數(shù)會影響到傳感器的性能。

3.5 環(huán)境干擾對軸位移的影響

環(huán)境因素對軸位移的干擾因素很多，如電磁干擾、設(shè)備強(qiáng)電源干擾、信號電纜屏蔽多點(diǎn)接地等。對于環(huán)境干擾需要耐心細(xì)致的排查，及時和運(yùn)行人員溝通、查找相關(guān)歷史趨勢、現(xiàn)場實地做試驗等方式解決。

3.6 運(yùn)行工況的影響

通常汽輪機(jī)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子推力盤向發(fā)電機(jī)側(cè)緊靠推力軸承工作面，但有時在啟停和正常運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子可能發(fā)生前后竄動。向前傳動的原因有：（1）當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時，產(chǎn)生反向的軸向推力。（2）當(dāng)高壓軸封嚴(yán)重?fù)p壞，調(diào)節(jié)級葉輪前因凝汽器抽吸作用而壓力下降，出現(xiàn)反向軸向推力。向后竄動的原因有：（1）轉(zhuǎn)子軸向推力過大，推力軸承過負(fù)荷，推力盤與推力軸承間的油膜損壞，推力瓦塊五金燒熔。（2）潤滑油系統(tǒng)油壓過低，油溫過高，油膜損壞，推力瓦塊烏金燒熔。

4 測量系統(tǒng)的組成

測量系統(tǒng)包括了探頭、延伸電纜、前置器、顯示儀表燈等。前置器由高頻振蕩器、檢波器、濾波器、直流放大器、線性補(bǔ)償?shù)冉M成。檢波器將高頻信號解調(diào)成直流電壓信號，此信號經(jīng)低通濾波器將高頻的殘余波除去，再經(jīng)直流放大器，線性補(bǔ)償電路放大處理后，在輸出端得到與被測物體和傳感器之間的實際距離成比例的電壓信號。前置器（信號轉(zhuǎn)換器）的額定輸出電壓為 -4～-20V（線性區(qū)）。[3]

5 下花園發(fā)電廠#3機(jī)組軸位移出現(xiàn)的問題及處理

我廠#3機(jī)組為200MW凝氣式機(jī)組，軸位移探頭為瑞士vibro-meter電渦流傳感器，型號：TQ402。[4]軸位移系統(tǒng)有A、B、C三套探頭、延伸電纜、前置器及一臺軸系測量TSI裝置VM600，2014年2月9日發(fā)生一次B點(diǎn)顯示異常、報警缺陷，并在檢查分析過程中發(fā)現(xiàn)A、C點(diǎn)存在干擾問題，因該系統(tǒng)保護(hù)定值為三選二，+0.8或-1mm報警，+1.3或-1.1mm停機(jī)，所以此次異常給機(jī)組帶來了極大的安全隱患，直接危及到機(jī)組的安全運(yùn)行。

5.1 現(xiàn)狀調(diào)查

通過統(tǒng)計分析表1中可以看出，其中軸位移B點(diǎn)為固定不變值（之前已確定為探頭損壞），A、C點(diǎn)受到了異常干擾，特別是在潤滑油壓和2#軸瓦回油溫度變化時影響較大，因為該三套軸位移探頭及延伸電纜均處在#2軸瓦處的中箱位置，且內(nèi)部有大量流動的潤滑油。

現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)論：軸位移A、C干擾主要原因為受到了潤滑油高溫和流動沖刷振動的影響。

5.2 調(diào)查設(shè)備存在的問題及解決方案

通過檢查、核實，該廠各軸位移測量系統(tǒng)存在著較多的問題，總結(jié)如下：

5.2.1 探頭延伸電纜外皮接地：伸電纜接頭部位熱縮管老化，松動，部分延伸電纜接頭露出與汽輪機(jī)金屬部位接觸。

解決方案：在汽機(jī)本體專業(yè)人員的配合下將#3機(jī)#2軸瓦蓋打開，將所有延伸電纜舊的熱縮管去掉，清理接頭內(nèi)的積油，清理干凈后，延伸電纜接頭重新用耐油熱縮管縮封，防止熱縮管在高溫和潤滑油的浸泡下老化，外部采用絕緣帶纏繞。

5.2.2 軸系設(shè)備、機(jī)柜接地：用多種方法測量機(jī)柜接地情況，發(fā)現(xiàn)機(jī)柜與相鄰的繼電器柜相連，電阻只有1歐姆，與固定機(jī)柜的槽鋼相通。

解決方案：采用環(huán)氧樹脂板將機(jī)柜與繼電器柜隔開，在軸系TSI機(jī)柜底部墊絕緣膠皮將機(jī)柜與槽鋼，隔開。在軸系設(shè)備底部墊絕緣膠皮與機(jī)柜隔開。

5.2.3 三只探頭間的距離太近。

解決方案：將原探頭拆下后，經(jīng)過精確測量尺寸，在不影響其它部分的前提下，重新加工了一塊鋼板基座，按不小于探頭三倍直徑的距離上鉆眼。同時對損壞的B探頭進(jìn)行了更換，并對另兩只探頭認(rèn)真檢查，確認(rèn)良好后安裝回鋼板上，根據(jù)前置器輸出電壓進(jìn)行了靜態(tài)和頂軸零點(diǎn)調(diào)試，確認(rèn)無誤后緊固探頭螺母。

5.2.4 電纜敷設(shè)走向不規(guī)范，有部分電纜與動力電纜相距很近。

解決方案：重新拉不符合要求的電纜，信號電纜要遠(yuǎn)離其它動力電纜。電纜走走專用電纜槽盒，規(guī)范電纜走向，遠(yuǎn)離干擾源。

5.2.5 電磁干擾。通過分析歷史站趨勢數(shù)據(jù)及做大量的干擾試驗，排除了監(jiān)測參數(shù)實際越限報警，確定是軸系TSI系統(tǒng)存在干擾。最后通過試驗確定干擾源主要來自安全門保護(hù)上線圈失電時產(chǎn)生的長時間繼電器接點(diǎn)拉弧干擾和當(dāng)操作凝結(jié)水再循環(huán)到除氧器電動門時干擾，通過檢查凝結(jié)水再循環(huán)到除氧器電動門動力電纜與TSI電纜相距很近。

解決方案：重新布置電纜，遠(yuǎn)離TSI電纜。根據(jù)安全門控制回路的實際情況，對安全門控制回路進(jìn)行了改造，消除了接點(diǎn)拉弧現(xiàn)象。

處置效果：通過以上處置措施，軸位移A、B、C信號均沒有出現(xiàn)異常波動及干擾，始終保持同樣的正常變化趨勢，能夠真實準(zhǔn)確地反應(yīng)汽輪機(jī)軸位移量見表2，確保了機(jī)組的安全運(yùn)行。

表5-2軸位移監(jiān)測情況分析表

調(diào)查 調(diào)查 軸位移A點(diǎn) 軸位移B點(diǎn) 軸位移C點(diǎn) 潤滑油壓 #2瓦回油溫度

日期 時間 /（ mm） /（ mm） /（ mm） /（ MPa） /（℃）

2015-06-22 09：02：00 0.30 0.23 0.10 0.12 61.3

2015-06-22 10：02：00 0.28 0.21 0.09 0.12 61.4

2015-06-22 11：02：00 0.28 0.22 0.09 0.11 62.2

2015-06-23 09：02：00 0.29 0.22 0.09 0.12 61.4

2015-06-23 10：02：00 0.28 0.21 0.09 0.12 61.6

2015-06-23 11：02：00 0.29 0.22 0.09 0.12 61.8

6 結(jié)束語

對于下花園發(fā)電廠軸位移測量的問題，在其它電廠也有一定的普遍性和代表性，解決方法可供借鑒。由于本人知識面和技術(shù)水平的限制，可能還有一些在測量中的問題沒有發(fā)現(xiàn)。使軸位移系統(tǒng)能準(zhǔn)確監(jiān)測顯示在線數(shù)據(jù)，為運(yùn)行人員的操作監(jiān)視提供了可靠的判斷依據(jù)，為機(jī)組的穩(wěn)定安全提供了可靠的保證。需要指出的是影響軸位移測量因素很多，學(xué)習(xí)及應(yīng)用其它專業(yè)知識，如運(yùn)行、汽機(jī)專業(yè)系統(tǒng)理論，才能更全面、準(zhǔn)確的做出判斷。

參考文獻(xiàn)

[1]山西省電力工業(yè)局.發(fā)電廠集控運(yùn)行（高級工）.北京：中國電力出版社，1997，（169）：70～71

[2]郭義杰.某火力發(fā)電機(jī)組在開機(jī)過程中軸向位移異常的原因分析及處理.[J].河南電力，2015

[3]秦順富.汽輪機(jī)軸向位移保護(hù)系統(tǒng)改進(jìn)[J].四川電力技術(shù).1994（3）：9～12

[4]大唐下花園發(fā)電廠#3機(jī)組TSI系統(tǒng)安裝調(diào)試報告[R].2003