中國電建集團(tuán)核電工程公司 侯端美 歐陽安綱

1 前言

隨著電力需求日益增長，國內(nèi)600MW及以上大型發(fā)電機(jī)組的蒸汽參數(shù)不斷提高，軸系結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，輕質(zhì)、柔性、多支承、多跨距、高功率密度的特征更加明顯。這些因素都極大的增加了汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生扭振特別是發(fā)生次同步震蕩的危險(xiǎn)，進(jìn)而引發(fā)發(fā)電機(jī)軸系扭振，使大軸材料疲勞壽命損耗，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致大軸扭斷，威脅機(jī)組軸系安全運(yùn)行。為避免造成發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備的重大損壞和電網(wǎng)的嚴(yán)重?fù)p失，汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振保護(hù)裝置（Torsional Stress Relay,簡稱TSR）逐步成為電廠的重要保護(hù)裝置。

扭振保護(hù)裝置采取汽輪發(fā)電機(jī)組軸系轉(zhuǎn)速信號和發(fā)電機(jī)端電氣信號，分析各種擾動軸系截面疲勞損傷，當(dāng)軸系壽命疲勞損耗達(dá)到設(shè)定值，或當(dāng)軸系被激發(fā)特征頻率的次同步扭振、振幅逐步發(fā)散可能對機(jī)組安全構(gòu)成威脅時(shí)，發(fā)出或動作保護(hù)跳閘、告警及聯(lián)動等。

目前扭振保護(hù)安裝及調(diào)試技術(shù)尚未形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，該裝置安裝技術(shù)的研究意義重大，有利于推動安裝標(biāo)準(zhǔn)的形成，保證發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 發(fā)電機(jī)組扭振保護(hù)裝置介紹

發(fā)電機(jī)大軸的轉(zhuǎn)速傳感器采集的轉(zhuǎn)速脈沖信號是扭振保護(hù)的主要信號源，傳感器的安裝質(zhì)量直接影響信號數(shù)據(jù)的采集。目前國內(nèi)機(jī)組發(fā)電機(jī)機(jī)頭及機(jī)尾測速齒輪上方扭振傳感器安裝位置，已安裝了較多轉(zhuǎn)速傳感器、鍵相傳感器、偏芯傳感器，用于DCS、DEH、超速保護(hù)等。但是用于扭振保護(hù)雙重化配置所需的共8只測速傳感器（機(jī)頭及機(jī)尾各4只）安裝空間不足。因此，通過分析現(xiàn)場安裝難點(diǎn)，將發(fā)電機(jī)組扭振保護(hù)安裝調(diào)整如下：

2.1 扭振保護(hù)測速器安裝在汽輪機(jī)靠近一號瓦前箱內(nèi)，以往廠家配置的傳感器支架未設(shè)計(jì)TSR傳感器安裝孔，傳感器安裝空間不足，根據(jù)傳感器安裝的要求，其中每兩支為一對，每對傳感器之間安裝夾角為180o（見圖1），通過研究借用熱控專業(yè)支架，并進(jìn)行改制，使其能夠滿足TSR傳感器安裝的要求。

圖1 傳感器安裝位置

2.2 現(xiàn)場合理優(yōu)化TSR就地接線盒安裝位置，確保前箱安裝的4支傳感器引線不經(jīng)延長線對接，實(shí)現(xiàn)與被測設(shè)備一體化安裝，避免環(huán)境對信號測量的干擾。

2.3 在電纜橋架上采取隔離措施，建立扭振保護(hù)電纜敷設(shè)專用通道，在主通橋架和分支橋架中間加設(shè)鍍鋅隔板，采用焊接的辦法將橋架分為兩側(cè)，扭振保護(hù)信號電纜單獨(dú)敷設(shè)。

2.4 將保護(hù)柜內(nèi)二次接地銅排，通過1×120mm2電纜，連接到位于繼電保護(hù)室下方的等電位接地銅牌上，滿足柜內(nèi)電流、電壓回路對等電位接地的要求。

2.5利用信號發(fā)生器進(jìn)行測速信號檢驗(yàn)，給機(jī)頭兩路轉(zhuǎn)速信號回路同時(shí)加入FM調(diào)制正弦波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)速信號采集試驗(yàn)，將信號偏差控制在0.1%～0.5%以內(nèi)。

3 安裝及調(diào)試要點(diǎn)分析

3.1 傳感器支架改制

首先對傳感器支架進(jìn)行改制，將支架延長（見圖2傳感器支架改制）。選取與汽輪機(jī)廠家所提供傳感器安裝支架直徑相同的管材進(jìn)行加工。將需使用管材，用切割機(jī)切下需要使用的尺寸，進(jìn)行打磨處理，確保材料無銹跡，嚴(yán)禁刷漆（由于支架安裝的部位會碰到大軸轉(zhuǎn)動時(shí)帶起的冷卻油，防止防銹漆、油漆被冷卻油溶解，對機(jī)組運(yùn)行造成危害）。然后依照傳感器尺寸進(jìn)行鉆孔、攻絲加工，將加工完的材料，焊接在原傳感器安裝支架上，焊接完成后嚴(yán)禁出現(xiàn)氣孔現(xiàn)象。對焊接完成后的部位進(jìn)行打磨處理，并對焊接部位進(jìn)行著色試驗(yàn)合格后就位傳感器支架。

圖2 傳感器支架改制

圖3 測速傳感器安裝圖例

圖4 傳感器刻線

3.2 測速傳感器安裝

機(jī)頭位置安裝的4支扭振保護(hù)測速傳感器（其中每兩只元件為一對）安裝在前箱內(nèi)靠近一號瓦的軸承齒輪上，上方有端蓋保護(hù)，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)處于封閉狀態(tài)，安裝質(zhì)量及精度要求高，兩只傳感器支架安裝夾角在120°～180°之間，安裝夾角180°為最佳狀態(tài)（見圖3測速傳感器安裝圖例）。

轉(zhuǎn)速探頭安裝間隙為0.8～1.2mm(以被測齒盤的齒輪凸頂為基準(zhǔn)，見圖4轉(zhuǎn)速探頭安裝圖例)，并使其安裝牢固、可靠，并利用塞尺測量傳感器與齒輪凸頂之間的間距為1mm。

測速傳感器金屬桿上有一條刻線，刻線與傳感器自身軸線構(gòu)成的平面應(yīng)于齒輪盤旋轉(zhuǎn)平面相垂直（見圖4傳感器刻線）,以滿足扭振保護(hù)傳感器雙重化安裝的要求。（見圖5傳感器安裝）

傳感器安裝完成后，傳感器引線與熱控專業(yè)的傳感器引線一起綁扎牢固，通過廠家預(yù)留孔引出汽輪機(jī)前箱，并使用專用密封材料，將預(yù)留孔密封嚴(yán)密且牢固，無滲油、漏油現(xiàn)象。

3.3 TSR就地測速接線盒安裝位置合理優(yōu)化

就地測速接線盒安裝位置合理優(yōu)化，確保機(jī)頭和機(jī)尾各安裝4只傳感器引線不經(jīng)延長對接，實(shí)現(xiàn)與被測設(shè)備一體化安裝，避免環(huán)境對信號測量的干擾，提高傳感器信號的傳輸精度。

3.4 制作信號電纜專用通道

為將其他電纜對扭振保護(hù)信號電纜干擾降到最低，在電纜橋架安裝中，建立扭振保護(hù)電纜敷設(shè)專用通道，在主通橋架和分支橋架中間增加鍍鋅隔板，采用焊接的辦法將橋架分為兩側(cè)，一側(cè)敷設(shè)扭振保護(hù)信號電纜，一側(cè)敷設(shè)其他電纜，其功能是可以對扭振保護(hù)信號傳輸電纜進(jìn)行電磁屏蔽，提高信號傳輸過程中的抗干擾能力。

3.5 電纜敷設(shè)及接線

信號傳輸電纜選用帶有屏蔽層的控制電纜，轉(zhuǎn)速信號傳輸?shù)碾娎|敷設(shè)在已安裝完成的防干擾電纜槽盒內(nèi)，降低干擾。電纜敷設(shè)過程中使用電纜放線自轉(zhuǎn)軸盤。電纜敷設(shè)要求美觀，做到“縱看成線”、“橫看成片”的效果。接線時(shí)，電纜屏蔽層與4mm2黃綠接地線燙錫熔接，壓接到二次等電位接地銅排上，正確、牢固柜內(nèi)電纜接線整體效果美觀大方。

3.6 柜內(nèi)二次接地引入專用等電位地網(wǎng)

扭振保護(hù)盤柜柜內(nèi)接地銅排引入等電位接地網(wǎng)。將通過支柱絕緣子與盤柜連接的柜內(nèi)接地銅排使用1×120mm2的接地電纜與等電位接地網(wǎng)連接，滿足了扭振保護(hù)引入的發(fā)電機(jī)出口電流、電壓回路對等電位接地的要求。

3.7 傳感器信號測試

利用信號發(fā)生器給機(jī)頭或機(jī)尾兩路轉(zhuǎn)速信號回路同時(shí)加入FM調(diào)制正弦波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)速信號采集試驗(yàn)，將信號偏差控制在0.1%～0.5%以內(nèi)。

3.8 保護(hù)裝置校驗(yàn)

（1）雙重保護(hù)裝置轉(zhuǎn)速測量通道檢查退出保護(hù)屏上的所有出口壓板,用信號發(fā)生器給機(jī)頭兩路轉(zhuǎn)速信號回路同時(shí)加入額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)頻率的測速信號（如3000rpm 和60齒，對應(yīng)于3000Hz 的正弦波信號）。進(jìn)入主菜單->模擬量->保護(hù)測量/啟動測量->機(jī)械量測量, 對照液晶顯示值與加入值,偏差在2%-5%內(nèi)。

圖5 傳感器安裝

（2）雙重保護(hù)裝置模態(tài)扭角、轉(zhuǎn)速計(jì)算值檢查

用信號發(fā)生器給機(jī)頭兩路轉(zhuǎn)速信號回路同時(shí)加入FM調(diào)制正弦波信號，載波頻率為額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)頻率，F(xiàn)M調(diào)制頻率設(shè)置為模態(tài)頻率，分別設(shè)置偏差為0.1%，0.5%，1%，2%。進(jìn)入主菜單->模擬量->保護(hù)測量/啟動測量->機(jī)械量測量,對照液晶顯示值與手動計(jì)算值, 其值應(yīng)該相等,誤差符合要求。

（3）兩套保護(hù)裝置模態(tài)扭角、轉(zhuǎn)速計(jì)算值檢查

用信號發(fā)生器給機(jī)頭兩路轉(zhuǎn)速信號回路同時(shí)加入FM調(diào)制正弦波信號（載波頻率為額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)頻率，F(xiàn)M調(diào)制頻率設(shè)置為模態(tài)頻率），偏差設(shè)置為0.5%。然后進(jìn)行計(jì)時(shí)，查看在一段時(shí)間內(nèi)裝置計(jì)算出的疲勞值。進(jìn)入主菜單->模擬量->保護(hù)測量/啟動測量->疲勞計(jì)算值測量,對照液晶顯示值與手動計(jì)算值,其值應(yīng)該相等, 誤差符合要求。

4 結(jié)論

大型發(fā)電機(jī)組扭振保護(hù)安裝調(diào)試技術(shù)，有效解決了探頭安裝時(shí)無安裝位置等難題，并在安裝完成后對探頭進(jìn)行檢驗(yàn)，避免在機(jī)組啟動過程中傳感器本身故障或傳感器內(nèi)部接線故障。隨著發(fā)電機(jī)扭振保護(hù)技術(shù)的不斷成熟，將帶動國內(nèi)發(fā)電機(jī)扭振保護(hù)裝置技術(shù)的升級、高精度傳感器的研發(fā)。同時(shí)，在技術(shù)研發(fā)過程中提高調(diào)試精度和信號采集精度的創(chuàng)新方案可以推廣到多種自動化控制設(shè)備的調(diào)試過程，帶動相關(guān)安裝調(diào)試技術(shù)的進(jìn)步。