汽輪機高中壓缸脹差信號負差大原因分析和優(yōu)化改進措施

陰玉清

（廣州發(fā)展電力科技有限公司，廣東 廣州 510000）

汽輪機監(jiān)視儀表（TSI）是一種連續(xù)監(jiān)視汽輪發(fā)電機軸系和氣缸的機械工作參數(shù)（包括轉(zhuǎn)速、振動、差脹、偏心、軸位移等）的系統(tǒng)，并在被測參數(shù)超出預(yù)設(shè)值時發(fā)出報警和停機信號。隨著機組容量的增大，汽輪機TSI系統(tǒng)，已成為汽輪機保護的重要組成部分，其參數(shù)測量的準(zhǔn)確性影響汽輪機的安全運行。

某電廠汽輪機監(jiān)視儀表（TSI）使用了EPRO MMS6000型監(jiān)測系統(tǒng)，其方便的軟件組態(tài)形式和可靠硬件質(zhì)量，將為電廠的安全運行提供了有力保障。TSI系統(tǒng)的信號有：轉(zhuǎn)速、軸位移，高中壓缸脹差、低壓缸脹差、軸振、蓋振、偏心、鍵相信號。其中，參與機組保護的信號主要有轉(zhuǎn)速（3支）、軸位移（2支），脹差（高、低差各1支）、軸振動（同一個軸裝有X向和Y向2支）信號，高、中壓缸脹差信號安裝在汽輪機前箱1號軸承處，低壓缸脹差裝在4#軸承處，因為高、低壓缸脹差信號只安裝有一組信號送至ETS保護系統(tǒng)進行汽輪機的安全保護，在機組的運行中測量參數(shù)出現(xiàn)異常，根據(jù)一支脹差信號無法判斷該探頭是否正常，為了保證汽輪機的安全，只能選擇停機進行處理。因此，經(jīng)過此次的異常處理后，專業(yè)組和TSI廠家共同提出方案對脹差信號進行優(yōu)化改造。

1 脹差探頭的測量原理

高、中壓缸脹差探頭和低壓缸脹差探頭屬于電渦流傳感器，電渦流傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，前置器中的高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場H1。當(dāng)被測金屬體靠近這一磁場，則在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流。與此同時，該電渦流場也產(chǎn)生一個方向與H1相反的交變磁場H2，由于H2的反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變，即改變了線圈的有效阻抗。這一變化與金屬體磁導(dǎo)率ξ、電導(dǎo)率σ、線圈的幾何參數(shù)T、激勵電流頻率ω、以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離D等參數(shù)有關(guān)。通常我們能做到控制ξ、σ、T、ω在一定的范圍內(nèi)不變，則線圈的阻抗就只與D有關(guān)的函數(shù)，雖然整個函數(shù)為非線性的，但是，可以選取其中它近似為線性的一段。于此通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化與頭部線圈與金屬導(dǎo)體之間距離D轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。輸出信號的大小隨探頭與被測面之間距離的變化而變化。正是根據(jù)這一原理，實現(xiàn)了汽輪機脹差信號、軸位移、振動等信號的測量。

圖1

2 脹差探頭的安裝

脹差探頭的安裝對探頭測量的準(zhǔn)確性也有很大的影響。在安裝差脹傳感器前，首先，要進行汽輪機轉(zhuǎn)子推軸定零位，把傳感器調(diào)整支架旋轉(zhuǎn)到合適位置，安裝傳感器時，應(yīng)使傳感器端面與被測面保持平行，測量前置器的輸出電壓，將零點間隙電壓定在-12V，鎖緊傳感器的鎖緊螺母，傳感器就安裝好了。

接下來，要離線采集傳感器的線性，調(diào)節(jié)手輪，先正向旋轉(zhuǎn)1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm，記錄此時前置器的電壓值，然后回零。然后再往負向旋轉(zhuǎn)，并記錄下電壓值。

用計算機連接脹差卡件，并把表中記錄的位移和電壓值輸入組態(tài)進行線性化。做好以后，對組態(tài)進行保存和備份。完成后，用上述的步驟調(diào)整手輪，再進行數(shù)據(jù)測量值的比對并記錄在表一中。在此過程中，檢查報警和停機值是否與設(shè)定值相一致。

最后，進行支架的固定，慢慢鎖緊螺母并微調(diào)手輪使得間隙電壓與零點電壓差值不超過0．05V。固定支架一定要有耐心，不能敷衍，因為脹差探頭安裝的質(zhì)量直接影響數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性。

3 存在的問題

在去年8月、9月、10月在機組運行的過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)2#汽輪機高中壓缸脹差信號負向增大，最大時達到5．0（高中壓缸脹差保護定值為：7mm）的現(xiàn)象，該信號在機組運行過程中慢慢增加（并非信號跳變），11月，運行人員對中壓供熱做出調(diào)整后，高中壓缸脹差信號維持在-1．8mm左右，未出現(xiàn)繼續(xù)下降。鑒于機組主要保護丟失，經(jīng)公司開專題會討論決定停機對高、中壓缸脹差信號進行校對，以此排除脹差探頭故障，為設(shè)備缺陷的進一步分析提供依據(jù)。

停機前經(jīng)過初步的分析判斷，導(dǎo)致高中壓缸脹差信號異常，熱控信號異常原因主要有：（1）安裝支架松動，導(dǎo)致零位發(fā)生變化；（2）中間接頭老化接觸不良；（3）探頭和前置器存在故障，導(dǎo)致信號測量異常；（4）探頭測量正常，探頭和測量面之間的距離發(fā)生變化。所以本方案是在停機時進行檢查確認高中壓脹差測量系統(tǒng)是否正常，以最終確定高壓缸脹差異常原因，從而制定下一步工作和要求。

經(jīng)過專業(yè)組會議討論決定，2#機汽缸缸溫在150℃度以上時，只對熱工測點的測量數(shù)據(jù)進行跟蹤，熱控專業(yè)無須對2#機TSI測量裝置進行檢查，待滿足開前箱條件時，熱控專業(yè)按照以下步驟對測點進行檢查：

第一步：熱控人員進行連接2#機的TSI軟件檢查高、中壓缸脹差信號通道輸出電壓值，確認通道輸出值與DCS顯示值一致。如果出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象，則需要首先檢查DCS通道，確保兩者一致后進行第二步。

第二步：開前箱后，檢查高、中壓缸脹差信號就地設(shè)備，檢查探頭安裝支架、固定螺栓安裝是否牢固和支架底座的焊點是否脫焊，如果螺栓牢固和焊點正常就可以進行第三步；如果有松動，說明該信號已經(jīng)不能準(zhǔn)確反應(yīng)脹差實際情況，經(jīng)熱控和汽機專業(yè)組及公司領(lǐng)導(dǎo)同意后可以拆除探頭，并檢查出現(xiàn)松動的原因，在回裝時避免再次出現(xiàn)相同問題。

第三步：檢查高、中壓缸脹差探頭的延長電纜的自鎖轉(zhuǎn)接頭，輕輕晃動脹差探頭延長線，看電壓信號是否穩(wěn)定，如果電壓信號穩(wěn)定可以進行第四步；否則，需要緊固延長電纜的中間接頭，緊固后觀察探頭輸出電壓值有變化，就可基本確定原因，并經(jīng)熱控和汽機專業(yè)組及公司領(lǐng)導(dǎo)同意后可以拆除探頭，在回裝時，安裝不帶中間接頭的脹差探頭。

第四步：通過在高、中壓缸脹差探頭與測量面之間放入塞尺的方法檢查探頭的線性是否正常，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，取三個厚度的塞尺放入（0．2mm、0．4mm、0．6mm），并記錄前置輸出電壓值變化情況，在DCS上會顯示減少或增加相應(yīng)的數(shù)值，如果顯示數(shù)值和塞尺數(shù)值基本一致，就可判斷測量系統(tǒng)正常，然后，進行第五步；如不對應(yīng)就可證明探頭和前置器的線性不良造成的測量誤差。

按步驟進行檢查至第四步后，發(fā)現(xiàn)脹差探頭自身異常，輸出的電壓與安裝時電壓不一致，拆除后，按照前面的安裝步驟，重新安裝新的脹差探頭，重新啟動汽輪機后，高壓缸脹差信號正常。

通過此次缺陷的處理，讓我們意識到脹差探頭在沒有備用的情況下，一旦探頭異常，只能停機處理，增加汽輪機運行的成本。鑒于此，熱控專業(yè)提出對該信號進行優(yōu)化改造，保證汽輪機保護信號的可靠性。

圖2

4 優(yōu)化改進措施

經(jīng)過這次事件，讓我們意識到汽輪機主保護測點尤其是安裝在汽輪機內(nèi)部的測點，設(shè)備的可靠性對汽輪機的安全運行有著很大的影響。鑒于此，在機組前箱增加一路備用的高中壓缸脹差探頭，探頭型號為：PR6426/010-110，前置器型號為：CON021/916-200，并在1#機組電子間原TSI機柜中增加一塊脹差檢測卡型號為：A6210。

信號送至DCS中顯示，并增加高中壓缸脹差大報警和跳機輸出繼電器。探頭的安裝方式如圖（脹差探頭的安裝方式）所示。新增加脹差信號2的安裝方式為與脹差探頭1相對安裝，重新設(shè)置卡件參數(shù)，保證兩路脹差信號的測量值保持一致。

因為新裝探頭2的安裝方向與原探頭1方向相反，因此，新加裝探頭2按照脹差探頭的安裝時，按照前面脹差探頭的安裝步驟進行探頭的線性采樣并做好記錄，采樣的過程中要注意，探頭1和探頭2的方向為相反方向，在將位移和電壓值輸入組態(tài)進行線性化的過程中，要注意兩個探頭的安裝方向相反。

新增高中壓缸脹差信號2作為備用和參考，在機組運行過程中，兩路信號保持一致。當(dāng)兩個信號出現(xiàn)較大的偏差時，說明其中一路信號已經(jīng)異常，可以退出保護對兩路信號進行檢查，兩個測點出現(xiàn)偏差時，說明其中一個點存在異常，需要進行檢查處理。當(dāng)測點1出現(xiàn)信號出現(xiàn)故障時，可以通過測點2對機組進行監(jiān)測，同時，報警通道接入機組的脹差大的保護通道中，保證機組在運行過程中主要保護不能退出。

改造后，經(jīng)過一段時間的觀察，兩個信號均正常，運行中兩個信號的偏差較小，為運行中汽輪機脹差信號的準(zhǔn)確性提供了判別的依據(jù)，使得汽輪機高壓缸脹差保護能夠正常投入，增強了汽輪機保護的可靠性。