陶 震，柏 楊，汪杰斌，穆 斌

(1.國(guó)投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242052；2.中電國(guó)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(hào)機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)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(dòng)式雙背壓凝汽式汽輪機(jī)。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(jī)技術(shù)。然而，機(jī)組的熱工邏輯和熱工保護(hù)信號(hào)的取信方式和配置還不完善，特別是汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)的振動(dòng)邏輯，因其單點(diǎn)信號(hào)的不可靠性，導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組跳閘情況時(shí)有發(fā)生。

1 TSI結(jié)構(gòu)

1號(hào)機(jī)組配套使用德國(guó)epro提供的MMS6000系列保護(hù)測(cè)量監(jiān)測(cè)裝置，由主機(jī)和就地設(shè)備組成。

(1) 主機(jī)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(duì)膨脹模塊MMS6210,低壓相對(duì)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(cè)模件測(cè)量汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的相應(yīng)參數(shù)，當(dāng)被測(cè)參數(shù)達(dá)到設(shè)定的報(bào)警值或危險(xiǎn)值時(shí)，模件相應(yīng)的報(bào)警指示燈亮，相應(yīng)的報(bào)警或危險(xiǎn)繼電器動(dòng)作，以達(dá)到保護(hù)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械安全運(yùn)行的目的。此外，模件還輸出模擬量信號(hào)到DCS，通過振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和振動(dòng)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(dòng)態(tài)位移量的非接觸式測(cè)量，通過傳感器端部線圈與被測(cè)物體(導(dǎo)電體)的間隙變化來測(cè)量物體振動(dòng)的相對(duì)位移和靜態(tài)位移，與被測(cè)物不發(fā)生直接的機(jī)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(shí)，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(shí)，耦合系數(shù)與距離d有關(guān)，d增加時(shí)，耦合減弱，等效電感增加。因此，可通過測(cè)定等效電感的變化來間接測(cè)定d的變化。

4 TSI系統(tǒng)故障原因分析與處理

4.1 TSI測(cè)量部分、機(jī)柜接地不規(guī)范引起的跳機(jī)

(1) 火電機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)邏輯在出廠時(shí)大多設(shè)計(jì)為單點(diǎn)跳閘。在機(jī)組運(yùn)行或停機(jī)期間，振動(dòng)測(cè)量信號(hào)常有突變(相對(duì)振動(dòng))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(jī)振動(dòng)邏輯設(shè)計(jì)為單點(diǎn)跳閘，易導(dǎo)致跳機(jī)。

圖1 電渦流傳感器工作原理

(2) TSI系統(tǒng)中的每個(gè)電渦流傳感器對(duì)應(yīng)1根延伸電纜和1個(gè)前置器，三者構(gòu)成測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的曲線發(fā)生變化，會(huì)引起信號(hào)異常。傳感器頭部有1個(gè)線圈，當(dāng)前置器中高頻振動(dòng)電流通過延伸電纜輸入該線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生1個(gè)軸向磁場(chǎng)。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近此磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)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(cè)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(hào)，即間隙電壓。當(dāng)有外部磁場(chǎng)影響該線圈時(shí)，振動(dòng)間隙電壓就會(huì)產(chǎn)生異常變化，引起汽輪機(jī)振動(dòng)測(cè)量信號(hào)異常，造成跳機(jī)。

圖2 同一軸承使用2套振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備

(3) 振動(dòng)傳感器延伸電纜接頭與前置器因檢修后緊固程度不夠、機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行及氣候變化，可造成振動(dòng)傳感器與延伸電纜接頭處出現(xiàn)氧化等，會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)振動(dòng)測(cè)量信號(hào)發(fā)生波動(dòng)，這常發(fā)生在電渦流傳感器中。此外，在檢修安裝時(shí)，電渦流傳感器的接頭容易夾雜雜質(zhì)或油污，使振動(dòng)傳感器的電阻值發(fā)生變化，從而改變測(cè)量系統(tǒng)的特性，引起振動(dòng)信號(hào)波動(dòng)。

(4) 測(cè)量回路中信號(hào)電纜的老化將造成測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)。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(duì)測(cè)量信號(hào)穩(wěn)定性的影響，同時(shí)也可避免因輕微踩踏造成電纜破損引起的測(cè)量信號(hào)波動(dòng)。

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

4.2 TSI振動(dòng)安全可靠性技術(shù)要求

(1) 汽輪機(jī)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(shí)現(xiàn)該電源裝置無隙切換。確保在失去任一路電源時(shí)，MMS6000系統(tǒng)均不需要初始化。初始化時(shí)，所有TSI信號(hào)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(jì)缺陷，應(yīng)逐步將汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)原帶有中間接頭的振動(dòng)傳感器及延伸電纜更換為沒有中間接頭的振動(dòng)傳感器，避免因振動(dòng)傳感器中間接頭接觸不良、絕緣性能不好而引起的振動(dòng)信號(hào)異常。

4.3 保護(hù)邏輯優(yōu)化

(1) 汽輪機(jī)振動(dòng)信號(hào)跳閘繼電器采用2路(邏輯相“或”)輸出，當(dāng)任一繼電器動(dòng)作時(shí)，接點(diǎn)閉合，輸出跳閘信號(hào)，防止保護(hù)拒動(dòng)。

(2) 由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，測(cè)量汽輪機(jī)的瓦振易受到外界信號(hào)干擾，造成測(cè)量信號(hào)失真。瓦振與相對(duì)振動(dòng)的矢量和稱為汽輪機(jī)絕對(duì)振動(dòng)，建議不使用汽輪機(jī)絕對(duì)振動(dòng)作為跳閘輸出，只將汽輪機(jī)瓦振信號(hào)作為DCS顯示及報(bào)警使用。單獨(dú)使用汽輪機(jī)的相對(duì)振動(dòng)信號(hào)作為跳閘輸出更加可靠。

(3) 大多數(shù)汽輪機(jī)在出廠設(shè)計(jì)時(shí)將TSI相對(duì)振動(dòng)設(shè)計(jì)為單點(diǎn)跳閘，應(yīng)將TSI相對(duì)振動(dòng)改為“任一軸承相對(duì)振動(dòng)X方向達(dá)到報(bào)警值與Y方向危險(xiǎn)值”或“任一軸承相對(duì)振動(dòng)X方向達(dá)到危險(xiǎn)值與Y方向報(bào)警值”的跳閘邏輯比較合適。

5 TSI振動(dòng)邏輯修改

(1) 汽輪機(jī)振動(dòng)原跳閘邏輯如圖3所示。汽輪機(jī)1～9號(hào)瓦X、Y方向共計(jì)18套振動(dòng)跳機(jī)信號(hào)接點(diǎn)。首先將就地采集的電信號(hào)送至主機(jī)卡件，再由模塊判斷該信號(hào)是否達(dá)到跳機(jī)值。當(dāng)任一點(diǎn)信號(hào)達(dá)到跳機(jī)值，繼電器ZJ26、ZJ27動(dòng)作并輸出3副干接點(diǎn)，其中繼電器ZJ26、ZJ27各輸出1副接點(diǎn)送至ETS跳閘，另1副接點(diǎn)送至DSC報(bào)警使用。

圖3 汽輪機(jī)振動(dòng)跳閘邏輯(初始設(shè)計(jì))

(2) 改造后的汽輪機(jī)振動(dòng)跳閘邏輯如圖4所示。汽輪機(jī)每個(gè)軸承X、Y方向振動(dòng)信號(hào)通過模塊輸出至報(bào)警繼電器和危險(xiǎn)繼電器，每個(gè)繼電器輸出2副接點(diǎn)。再通過硬接線將每個(gè)瓦的軸承振動(dòng)報(bào)警值與危險(xiǎn)值相“與”，即任一軸承相對(duì)振動(dòng)“X方向達(dá)到報(bào)警值與Y方向危險(xiǎn)值”相“與”或“X方向達(dá)到危險(xiǎn)值與Y方向報(bào)警值”相“與”。

6 TSI運(yùn)行維護(hù)

(1)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)講機(jī)或手機(jī)。

(2) TSI系統(tǒng)在大修期間時(shí)，應(yīng)將成套設(shè)備送至具有檢驗(yàn)資格證的檢定單位進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試、檢驗(yàn)，并出具合格的檢驗(yàn)報(bào)告。運(yùn)行期間，應(yīng)定期檢查振動(dòng)等信號(hào)的歷史趨勢(shì)，若發(fā)生信號(hào)異常波動(dòng)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(dòng)傳感器接頭是否松動(dòng)，絕緣是否正常，雜質(zhì)是否清除干凈等。

(3) 在機(jī)組啟動(dòng)前，應(yīng)進(jìn)行汽輪機(jī)TSI振動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)，對(duì)每套保護(hù)信號(hào)逐一確認(rèn)。

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

圖4 汽輪機(jī)振動(dòng)跳閘邏輯(改造后)

7 結(jié)束語

根據(jù)目前大型機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行情況，大多數(shù)汽輪機(jī)在出廠后，已將振動(dòng)邏輯修改為X、Y方向報(bào)警與危險(xiǎn)值觸發(fā)ETS。本著“既要防止拒動(dòng)，也要防止誤動(dòng)”的原則，避免機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生環(huán)境等因素而引起的誤動(dòng)，保證TSI系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。通過設(shè)計(jì)合理的邏輯電路，及時(shí)對(duì)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)。