火電廠汽輪機組TSI系統(tǒng)轉速測量回路異常分析

摘 要：介紹了火電廠汽輪機TSI系統(tǒng)MMS6000超速保護裝置及其邏輯構成，分析了超速保護信號異常波動的原因及解決方法，可為同類型設備提供參考借鑒。

關鍵詞：電渦流傳感器;前置器;轉速監(jiān)測模塊

0 引言

汽輪發(fā)電機組是一個高速旋轉的緊密系統(tǒng)，容量大，參數高，熱力系統(tǒng)復雜，且為了提高機組熱經濟性，汽輪機的級間間隙、軸封間隙設計得比較小。因此在汽輪機啟停和操作控制不當時，便會發(fā)生汽輪機動靜部件摩擦、葉片損壞、大軸彎曲、推力瓦燒壞、飛車等事故。

大唐石門發(fā)電有限責任公司1、2號機組汽輪機安全監(jiān)測儀表系統(tǒng)（TSI），采用德國Epro系列MMS6000系統(tǒng)，是一個可靠的多通道監(jiān)視系統(tǒng)，其可以連續(xù)測量汽輪機發(fā)電機組轉子和汽缸的轉子偏心、鍵相、軸振、瓦振、軸向位移、差脹、缸脹、轉速等重要參數的狀態(tài)，為計算機提供記錄與分析信號，還可以發(fā)出報警和停機保護信號，并提供用于機組故障診斷的各種測量數據。

1 汽輪機TSI系統(tǒng)超速保護組成部分

1.1 ? ?超速保護測量

盤車觸發(fā)齒輪共88齒，轉速傳感器沿轉子順時針徑向等距布置，形成連續(xù)脈沖鏈。在機器旋轉過程中，當齒盤的齒頂和齒底經過探頭時，探頭將周期性地改變輸出信號，即脈沖信號，模件接收到此脈沖信號后進行計數、顯示，與設定值3 180 r/min進行比較后，驅動繼電器接點輸出，具體情況如圖1所示。

1.2 ? ?渦流傳感器及前置器

渦流傳感器采用非鎧裝8 m延伸電纜，可通過傳感器端部線圈與被測物體（導電體）間的間隙變化來完成測量，它與被測物之間沒有直接的機械接觸。傳感器反饋回的電感電壓是有一定頻率（載波頻率）的調幅信號，經前置器檢波后，才能得到間隙隨時間變化的電壓波形。從前置器輸出的電壓是正比于間隙d的電壓，如圖2所示，它可分兩部分：一為直流電壓Vde，對應于平均間隙（或初始間隙）;一為交流電壓Vac，對應于機械量實際測量間隙。

1.3 ? ?MMS6312雙通道轉速測量模件

MMS6312雙通道轉速測量模件獨立配置、綜合使用，對輸入頻率范圍1～20 kHz的渦流、磁敏式傳感器進行轉速、零轉速、鍵相脈沖信號測量，并辨識汽輪機轉子旋轉方向。模件面板提供四路二進制輸出指示報警、危險信號。從轉速信號采集處理到超速保護動作系統(tǒng)總響應時間約17.5 ms。

2 TSI系統(tǒng)轉速異常分析及處理

2.1 ? ?TSI系統(tǒng)超速保護信號異常經過

2018-10-31T03：41：36，1號機組開機汽機沖轉，汽機TSI轉速OS1、OS2、OS3測點DCS實時顯示值分別為2 045.16 r/min、2 048.52 r/min、2 047.91 r/min，3個測點均為好點。此時DCS系統(tǒng)發(fā)“TSI超速2動作”報警，工作人員查看DCS系統(tǒng)歷史數據后發(fā)現，2018-10-31T04：07：58，TSI轉速2跳變至3 648.15 r/min，保護輸出繼電器動作。誤發(fā)1 s階躍信號，轉速測量模件面板報警燈未記錄;2018-10-31T04：16：16，轉速2跳變至838.27 r/min，與其他轉速測點偏差大。波形如圖3所示。

2.2 ? ?TSI系統(tǒng)超速保護邏輯構成

TSI系統(tǒng)超速保護由安裝在4號瓦盤車附近的3個電渦流探頭提供轉速測量信號，現場測得的3路信號分別送入TSI系統(tǒng)機柜3塊MMS6312轉速模件，在卡內進行邏輯判斷后，保護動作信號分別作用在柜內K10、K11、K12繼電器上，各繼電器分別輸出一對節(jié)點至ETS系統(tǒng)不同的DI通道，并由ETS系統(tǒng)執(zhí)行三取二邏輯判斷，最后輸出跳機信號。轉速模擬量信號為4～20 mA電流信號，通過DCS系統(tǒng)AI卡數據采集，在MMI站顯示。超速保護邏輯構成如圖4所示。

2.3 ? ?TSI系統(tǒng)超速信號異常檢查

TSI系統(tǒng)轉速OS2電渦流傳感器，在1號機組計劃性檢修期間已成套更換，并經湖南省電科院檢驗合格。前置器電壓輸出的變化區(qū)間為15～20Vde。

DCS系統(tǒng)端子柜、TSI系統(tǒng)機柜、現場接線箱、傳感器尾線與延伸電纜熱縮管等處接線牢靠，無松動現象。線與線、線與地之間絕緣電阻均大于100 MΩ。

采用信號源模擬信號，檢查TSI系統(tǒng)至DCS系統(tǒng)，線纜、通道測試正常。

2.4 ? ?TSI系統(tǒng)超速信號檢查

檢查1號機TSI系統(tǒng)機柜“零轉速2、超速2”卡件，卡件狀態(tài)指示燈正常。工作人員查看歷史趨勢后發(fā)現，TSI轉速OS2在DCS系統(tǒng)發(fā)報警信號前后曾多次出現階躍變化，持續(xù)時間均約1 s，其后恢復正常。通過開啟MMS6000組態(tài)程序中大于限值輸出且具有保持功能（Greater than limit， latching），及時記錄超速保護動作信號，通過功能區(qū)Extras>Commands命令下Reset Latch Channel 1/2復位報警，分析超速報警信號是否由模件發(fā)出。

2.5 ? ?TSI系統(tǒng)超速信號異常結論

工作人員通過報警記錄功能發(fā)現異常信號為模件發(fā)出，將TSI系統(tǒng)下位機至模件通信線插入“零轉速2、超速2”卡件通信口后（此前該通信線未插入任何卡件），故障現象消失（OS2轉速未再出現躍變，K11繼電器也未再無序動作），報警信號也能通過ETS狀態(tài)監(jiān)視畫面進行復位。

模件面板上（INTERFACE）通信口與下位機采用RS-232串行數據接口，卡籠中各動、靜態(tài)模件通過RS-485與通信模件MMS6823交換數據。每個串口能掛接12個MMS模件，每個模件有兩個通道，共占用24個地址。工作人員打開SME.XML文件，查看Modbus和RS-485通信配置內容，檢查COM口、波特率、模件地址、通道使用情況，發(fā)現超速2模件的RS-485地址與波特率設置為31和38 400 Bd，地址設置超出允許范圍，波特率低于57 600 Bd，不滿足系統(tǒng)工作要求。重新配置各類型模件通信參數，超速誤發(fā)信號消失，成功消除因模件參數設置不正確導致的設備故障，具體參數配置如表1所示。

3 結語

對于蒸汽透平機組，超速是最危險的情況之一，如不加以控制，會造成重大的機組事故，導致飛車的危險。因此超速保護的動作可靠性、響應快速性極為重要，此次火電廠汽輪機組TSI系統(tǒng)轉速測量回路異常分析，可為同類型設備提供參考借鑒，避免和減少超速的危險。

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收稿日期：2020-11-23

作者簡介：彭杰（1978—），男，湖南津市人，工程師，主要從事熱控專業(yè)管理工作。