600 MW火電機組汽輪機TSI振動邏輯改造

陶 震，柏 楊，汪杰斌，穆 斌

(1.國投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242052；2.中電國際(蕪湖)發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 蕪湖 241009)

某發(fā)電公司1號機組為哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的CLN600—24.2/566/566型超臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、三缸、四排氣反動式雙背壓凝汽式汽輪機。高中壓部分采用三菱公司技術(shù)，低壓缸采用哈汽廠自主開發(fā)的新一代超臨界600 MW汽輪機技術(shù)。然而，機組的熱工邏輯和熱工保護(hù)信號的取信方式和配置還不完善，特別是汽輪機TSI系統(tǒng)的振動邏輯，因其單點信號的不可靠性，導(dǎo)致運行機組跳閘情況時有發(fā)生。

1 TSI結(jié)構(gòu)

1號機組配套使用德國epro提供的MMS6000系列保護(hù)測量監(jiān)測裝置，由主機和就地設(shè)備組成。

(1) 主機包括：轉(zhuǎn)速、健相模塊MMS6312,軸向位移模塊MMS6210,偏心模塊MMS6220，高壓相對膨脹模塊MMS6210,低壓相對膨脹模塊MMS6410,軸振模塊MMS6110,瓦振模塊MMS6120,熱膨脹模塊MMS6410,總線班框架MV600,組態(tài)軟件MMS6910,通訊模塊MMS6823和電源模塊QUINT PS。

(2) 就地設(shè)備包括：速度傳感器、電渦流傳感器(探頭)、延伸電纜和前置器。

2 TSI功能

通過監(jiān)測模件測量汽輪機運行時的相應(yīng)參數(shù)，當(dāng)被測參數(shù)達(dá)到設(shè)定的報警值或危險值時，模件相應(yīng)的報警指示燈亮，相應(yīng)的報警或危險繼電器動作，以達(dá)到保護(hù)轉(zhuǎn)動機械安全運行的目的。此外，模件還輸出模擬量信號到DCS，通過振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析汽輪機的運行狀態(tài)和振動原因。

3 TSI電渦流傳感器工作原理

TSI電渦流傳感器用于靜態(tài)和動態(tài)位移量的非接觸式測量，通過傳感器端部線圈與被測物體(導(dǎo)電體)的間隙變化來測量物體振動的相對位移和靜態(tài)位移，與被測物不發(fā)生直接的機械接觸，具有很寬的使用頻率范圍(0～10 Hz)。

電渦流傳感器的工作原理如下。在傳感器的端部有一線圈，通以頻率較高(一般為1～2 MHz)的交變電壓，如圖1所示。當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體，使導(dǎo)體的表面層感應(yīng)出一渦流ie，而ie所形成的磁通鏈又穿過原線圈，這樣原線圈與渦流“線圈”形成有一定耦合的互感，最終原線圈反饋一等效電感。而耦合系數(shù)的大小又與二者間的距離及導(dǎo)體的材料有關(guān)。當(dāng)材料一定時，耦合系數(shù)與距離d有關(guān)，d增加時，耦合減弱，等效電感增加。因此，可通過測定等效電感的變化來間接測定d的變化。

4 TSI系統(tǒng)故障原因分析與處理

4.1 TSI測量部分、機柜接地不規(guī)范引起的跳機

(1) 火電機組汽輪機振動邏輯在出廠時大多設(shè)計為單點跳閘。在機組運行或停機期間，振動測量信號常有突變(相對振動)現(xiàn)象，其原因多為傳感器與延伸電纜接頭接觸不良、絕緣沒有處理好等。若將汽輪機振動邏輯設(shè)計為單點跳閘，易導(dǎo)致跳機。

圖1 電渦流傳感器工作原理

(2) TSI系統(tǒng)中的每個電渦流傳感器對應(yīng)1根延伸電纜和1個前置器，三者構(gòu)成測量整體，如圖2所示。TSI系統(tǒng)有相應(yīng)的阻抗和特性曲線，一旦測量系統(tǒng)的曲線發(fā)生變化，會引起信號異常。傳感器頭部有1個線圈，當(dāng)前置器中高頻振動電流通過延伸電纜輸入該線圈時，會產(chǎn)生1個軸向磁場。當(dāng)被測金屬體靠近此磁場時，會切割磁力線產(chǎn)生電渦流，該電渦流的大小隨傳感器與被測體表面的距離大小而變化，并經(jīng)過延伸電纜送至前置器檢波、放大，轉(zhuǎn)化成電壓信號，即間隙電壓。當(dāng)有外部磁場影響該線圈時，振動間隙電壓就會產(chǎn)生異常變化，引起汽輪機振動測量信號異常，造成跳機。

圖2 同一軸承使用2套振動監(jiān)測設(shè)備

(3) 振動傳感器延伸電纜接頭與前置器因檢修后緊固程度不夠、機組長時間運行及氣候變化，可造成振動傳感器與延伸電纜接頭處出現(xiàn)氧化等，會導(dǎo)致汽輪機振動測量信號發(fā)生波動，這常發(fā)生在電渦流傳感器中。此外，在檢修安裝時，電渦流傳感器的接頭容易夾雜雜質(zhì)或油污，使振動傳感器的電阻值發(fā)生變化，從而改變測量系統(tǒng)的特性，引起振動信號波動。

(4) 測量回路中信號電纜的老化將造成測量信號的波動。傳感器的電纜應(yīng)遠(yuǎn)離高溫區(qū)域。將電纜穿入金屬蛇形軟管，可避免電纜高溫對測量信號穩(wěn)定性的影響，同時也可避免因輕微踩踏造成電纜破損引起的測量信號波動。

(5) 振動電纜接地必須正確、可靠。要求每套振動信號采用1根信號電纜，且振動信號電纜的屏蔽層在就地接線端應(yīng)絕緣浮空，接入機柜的振動信號電纜應(yīng)將屏蔽線接入TSI機柜接地母排上。

4.2 TSI振動安全可靠性技術(shù)要求

(1) 汽輪機TSI系統(tǒng)應(yīng)采用雙路冗余電源供電,并配置2塊電源模塊，以實現(xiàn)該電源裝置無隙切換。確保在失去任一路電源時，MMS6000系統(tǒng)均不需要初始化。初始化時，所有TSI信號輸出將達(dá)到最大值。

(2) 由于MMS6000系列電渦流傳感器與延伸電纜的中間接頭(為插拔件)存在設(shè)計缺陷，應(yīng)逐步將汽輪機TSI系統(tǒng)原帶有中間接頭的振動傳感器及延伸電纜更換為沒有中間接頭的振動傳感器，避免因振動傳感器中間接頭接觸不良、絕緣性能不好而引起的振動信號異常。

4.3 保護(hù)邏輯優(yōu)化

(1) 汽輪機振動信號跳閘繼電器采用2路(邏輯相“或”)輸出，當(dāng)任一繼電器動作時，接點閉合，輸出跳閘信號，防止保護(hù)拒動。

(2) 由于現(xiàn)場環(huán)境的影響，測量汽輪機的瓦振易受到外界信號干擾，造成測量信號失真。瓦振與相對振動的矢量和稱為汽輪機絕對振動，建議不使用汽輪機絕對振動作為跳閘輸出，只將汽輪機瓦振信號作為DCS顯示及報警使用。單獨使用汽輪機的相對振動信號作為跳閘輸出更加可靠。

(3) 大多數(shù)汽輪機在出廠設(shè)計時將TSI相對振動設(shè)計為單點跳閘，應(yīng)將TSI相對振動改為“任一軸承相對振動X方向達(dá)到報警值與Y方向危險值”或“任一軸承相對振動X方向達(dá)到危險值與Y方向報警值”的跳閘邏輯比較合適。

5 TSI振動邏輯修改

(1) 汽輪機振動原跳閘邏輯如圖3所示。汽輪機1～9號瓦X、Y方向共計18套振動跳機信號接點。首先將就地采集的電信號送至主機卡件，再由模塊判斷該信號是否達(dá)到跳機值。當(dāng)任一點信號達(dá)到跳機值，繼電器ZJ26、ZJ27動作并輸出3副干接點，其中繼電器ZJ26、ZJ27各輸出1副接點送至ETS跳閘，另1副接點送至DSC報警使用。

圖3 汽輪機振動跳閘邏輯(初始設(shè)計)

(2) 改造后的汽輪機振動跳閘邏輯如圖4所示。汽輪機每個軸承X、Y方向振動信號通過模塊輸出至報警繼電器和危險繼電器，每個繼電器輸出2副接點。再通過硬接線將每個瓦的軸承振動報警值與危險值相“與”，即任一軸承相對振動“X方向達(dá)到報警值與Y方向危險值”相“與”或“X方向達(dá)到危險值與Y方向報警值”相“與”。

6 TSI運行維護(hù)

(1)現(xiàn)場應(yīng)貼警示牌：嚴(yán)禁磁性物體靠近傳感器，嚴(yán)禁在靠近傳感器區(qū)域使用對講機或手機。

(2) TSI系統(tǒng)在大修期間時，應(yīng)將成套設(shè)備送至具有檢驗資格證的檢定單位進(jìn)行系統(tǒng)測試、檢驗，并出具合格的檢驗報告。運行期間，應(yīng)定期檢查振動等信號的歷史趨勢，若發(fā)生信號異常波動現(xiàn)象，應(yīng)引起相關(guān)部門高度重視，立即開票檢查處理，如檢查振動傳感器接頭是否松動，絕緣是否正常，雜質(zhì)是否清除干凈等。

(3) 在機組啟動前，應(yīng)進(jìn)行汽輪機TSI振動靜態(tài)試驗，對每套保護(hù)信號逐一確認(rèn)。

(4) 在安裝汽輪機TSI振動傳感器時，做好安裝調(diào)試記錄，明確記錄每個傳感器的安裝間隙電壓。

圖4 汽輪機振動跳閘邏輯(改造后)

7 結(jié)束語

根據(jù)目前大型機組振動監(jiān)測運行情況，大多數(shù)汽輪機在出廠后，已將振動邏輯修改為X、Y方向報警與危險值觸發(fā)ETS。本著“既要防止拒動，也要防止誤動”的原則，避免機組在實際運行中發(fā)生環(huán)境等因素而引起的誤動，保證TSI系統(tǒng)的可靠運行。通過設(shè)計合理的邏輯電路，及時對其進(jìn)行檢修和維護(hù)，使該發(fā)電公司取得了一定的成效，確保了安全生產(chǎn)。