肖慶余

摘要：汽輪機(jī)軸位移測(cè)量參數(shù)，是火力發(fā)電廠中重要的監(jiān)測(cè)參數(shù)之一。利用軸位移測(cè)量裝置，對(duì)導(dǎo)致軸位移測(cè)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(cè)面、安裝條件、汽輪機(jī)運(yùn)行工況、環(huán)境干擾等。針對(duì)下花園電廠軸位移存在的問(wèn)題，提出解決方案。通過(guò)實(shí)踐，得出了一些軸位移安裝、運(yùn)行、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)目前各電廠軸位移測(cè)量存在的問(wèn)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(cè)量；

中圖分類號(hào)：TK26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)靜葉之間的間隙設(shè)計(jì)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(guò)程中，軸向間隙不當(dāng)，汽輪機(jī)動(dòng)、靜部分就會(huì)磨損，轉(zhuǎn)子前后竄動(dòng)，造成推力瓦塊溫度升高損壞，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)損壞汽輪機(jī)大軸，造成嚴(yán)重事故。所以要對(duì)汽輪機(jī)的軸向間隙進(jìn)行監(jiān)視，一旦間隙達(dá)到危險(xiǎn)值，就要停機(jī)，避免發(fā)生事故。然而在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量中，軸向位移測(cè)量受到很多因素的影響。

2 電渦流傳感器測(cè)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(shí)，前置器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻電流信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)延伸電纜送到探頭頭部，在頭部周圍會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)H1。如果在磁場(chǎng)H1范圍內(nèi)沒(méi)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(huì)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(chǎng)H1將在導(dǎo)體的表面產(chǎn)生電渦流場(chǎng)，該電渦流場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與H1相反的交變磁場(chǎng)H2.由于H2的反作用，就會(huì)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(lì)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(cè)體表面平整度對(duì)傳感器的影響

不規(guī)則的被測(cè)體表面，會(huì)給實(shí)際測(cè)量帶來(lái)附加誤差，因此對(duì)被測(cè)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(cè)量被測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)傳感器的零位設(shè)置不當(dāng)，使系統(tǒng)測(cè)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(cè)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(jì)的要求來(lái)定，我廠#3機(jī)組是將轉(zhuǎn)子推向工作面來(lái)定位零位。也有機(jī)組是將轉(zhuǎn)子推向非工作面來(lái)定零位；指示為0mm時(shí)的相對(duì)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(shí)出現(xiàn)支架松動(dòng)、探頭與被側(cè)面不垂直、探頭與被側(cè)面間隙過(guò)大或過(guò)小產(chǎn)生測(cè)量誤差。另外測(cè)量面應(yīng)與軸是一個(gè)整體，這個(gè)測(cè)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(guò)305㎜，否則測(cè)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(cè)量的不是軸位移的真實(shí)值。另外如果探頭沒(méi)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(shí)，測(cè)量探頭與被測(cè)面保持垂直并安裝牢固，否則將出現(xiàn)測(cè)量誤差。這是在機(jī)組大小修時(shí)特別注意的問(wèn)題。

3.4 測(cè)量系統(tǒng)元件故障

測(cè)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(gè)中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)損壞都會(huì)引起測(cè)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(cè)體也是傳感器的一部分，測(cè)量面參數(shù)會(huì)影響到傳感器的性能。

3.5 環(huán)境干擾對(duì)軸位移的影響

環(huán)境因素對(duì)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(hào)電纜屏蔽多點(diǎn)接地等。對(duì)于環(huán)境干擾需要耐心細(xì)致的排查，及時(shí)和運(yùn)行人員溝通、查找相關(guān)歷史趨勢(shì)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地做試驗(yàn)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(shí)，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(shí)在啟停和正常運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)子可能發(fā)生前后竄動(dòng)。向前傳動(dòng)的原因有：（1）當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，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(jí)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(dòng)的原因有：（1）轉(zhuǎn)子軸向推力過(guò)大，推力軸承過(guò)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(rùn)滑油系統(tǒng)油壓過(guò)低，油溫過(guò)高，油膜損壞，推力瓦塊烏金燒熔。

4 測(cè)量系統(tǒng)的組成

測(cè)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(hào)解調(diào)成直流電壓信號(hào)，此信號(hào)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(cè)物體和傳感器之間的實(shí)際距離成比例的電壓信號(hào)。前置器（信號(hào)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(wèn)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(hào)：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(tái)軸系測(cè)量TSI裝置VM600，2014年2月9日發(fā)生一次B點(diǎn)顯示異常、報(bào)警缺陷，并在檢查分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)A、C點(diǎn)存在干擾問(wèn)題，因該系統(tǒng)保護(hù)定值為三選二，+0.8或-1mm報(bào)警，+1.3或-1.1mm停機(jī)，所以此次異常給機(jī)組帶來(lái)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(guò)統(tǒng)計(jì)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(rùn)滑油壓和2#軸瓦回油溫度變化時(shí)影響較大，因?yàn)樵撊纵S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(dòng)的潤(rùn)滑油。

現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)論：軸位移A、C干擾主要原因?yàn)槭艿搅藵?rùn)滑油高溫和流動(dòng)沖刷振動(dòng)的影響。

5.2 調(diào)查設(shè)備存在的問(wèn)題及解決方案

通過(guò)檢查、核實(shí)，該廠各軸位移測(cè)量系統(tǒng)存在著較多的問(wèn)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(dòng)，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(kāi)，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(rùn)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(cè)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(shù)脂板將機(jī)柜與繼電器柜隔開(kāi)，在軸系TSI機(jī)柜底部墊絕緣膠皮將機(jī)柜與槽鋼，隔開(kāi)。在軸系設(shè)備底部墊絕緣膠皮與機(jī)柜隔開(kāi)。

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(guò)精確測(cè)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(shí)對(duì)損壞的B探頭進(jìn)行了更換，并對(duì)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(wú)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(dòng)力電纜相距很近。

解決方案：重新拉不符合要求的電纜，信號(hào)電纜要遠(yuǎn)離其它動(dòng)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(guò)分析歷史站趨勢(shì)數(shù)據(jù)及做大量的干擾試驗(yàn)，排除了監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)際越限報(bào)警，確定是軸系TSI系統(tǒng)存在干擾。最后通過(guò)試驗(yàn)確定干擾源主要來(lái)自安全門保護(hù)上線圈失電時(shí)產(chǎn)生的長(zhǎng)時(shí)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(dòng)門時(shí)干擾，通過(guò)檢查凝結(jié)水再循環(huán)到除氧器電動(dòng)門動(dòng)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(shí)際情況，對(duì)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(guò)以上處置措施，軸位移A、B、C信號(hào)均沒(méi)有出現(xiàn)異常波動(dòng)及干擾，始終保持同樣的正常變化趨勢(shì)，能夠真實(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)汽輪機(jī)軸位移量見(jiàn)表2，確保了機(jī)組的安全運(yùn)行。

表5-2軸位移監(jiān)測(cè)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(rùn)滑油壓 #2瓦回油溫度

日期 時(shí)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(yǔ)

對(duì)于下花園發(fā)電廠軸位移測(cè)量的問(wèn)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(shí)面和技術(shù)水平的限制，可能還有一些在測(cè)量中的問(wèn)題沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。使軸位移系統(tǒng)能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)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(cè)量因素很多，學(xué)習(xí)及應(yīng)用其它專業(yè)知識(shí)，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(jí)工）.北京：中國(guó)電力出版社，1997，（169）：70～71

[2]郭義杰.某火力發(fā)電機(jī)組在開(kāi)機(jī)過(guò)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(bào)告[R].2003