淮浙電力鳳臺發(fā)電分公司 張新鈺

1 引言

TSI（Turbine Supervisory Instrumentation）全稱汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng)，在大型汽輪機(jī)組中，TSI 系統(tǒng)有著非常重要的作用。不僅可以實時監(jiān)測軸向位移、熱膨脹、汽機(jī)轉(zhuǎn)速、軸承振動等重要參數(shù)，實時為運行人員提供機(jī)組信息，為大型汽輪機(jī)組的安全、穩(wěn)定運行提供可靠保障。而且可以在異常工況引起的嚴(yán)重?fù)p壞前遮斷汽輪發(fā)電機(jī)組，避免造成更大的事故，保護(hù)汽輪機(jī)組安全[1]。

2 TSI 測量原理介紹

TSI 系統(tǒng)主要由各種不同類型的傳感器、前置放大器和各種可自由組態(tài)定義的智能卡件組成。使用傳感器測量汽輪發(fā)電機(jī)組中高、低壓缸脹差、轉(zhuǎn)速、軸振動、軸向位移、汽缸熱膨脹等參數(shù)，這些參數(shù)對汽輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運行有著非常重要的作用，通常用于汽輪發(fā)電機(jī)組的保護(hù)邏輯。如有異常參數(shù)，通過合理的邏輯保護(hù)及時停運機(jī)組。

2.1 電渦流傳感器

工作原理：當(dāng)有一個高頻的電流流入傳感器線圈會產(chǎn)生一個頻率非常高的振動磁場，當(dāng)有金屬物體靠近這個磁場的時候，在這個金屬物體的表面會產(chǎn)生電渦流，且這個電渦流的大小會隨著傳感器與金屬物體之間距離的變化而變化。輸出直流電壓信號，該元件與被測物體之間沒有直接的機(jī)械接觸，具有比較寬的頻率使用范圍（0～10Hz），輸出的是直流電壓信號。

2.2 磁電式速度傳感器

工作原理：磁電式速度傳感器是基于一個導(dǎo)體作切割磁感線運動時，會產(chǎn)生一個與它運動速度成正比的電動勢的原理制成的。該元件主要由彈簧片、線圈、線圈骨架組成。當(dāng)機(jī)組的振動頻率大于這個慣性質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率時，線圈相對大地是靜止的，而通常傳感器剛性固定在汽輪機(jī)軸承外殼上，磁鐵與汽輪發(fā)電機(jī)組的振動完全一致，這就相當(dāng)于磁鐵在線圈內(nèi)運動，所以線圈內(nèi)會產(chǎn)生與振動信號成比例的電壓信號。通過測量這個電壓信號，來計算汽輪發(fā)電機(jī)組的振動值。

2.3 LVDT 傳感器

工作原理：LVDT 傳感器即線性可變差動變壓器，是一種測量物體線性位移的傳感器，在汽輪發(fā)電機(jī)組中通常用于測量可調(diào)節(jié)閥門的開度大小。工作原理實際是一個鐵芯可動的變壓器，由一個初級線圈、兩個一樣的次級線圈和一根鐵芯組成。將兩個次級線圈反極性串接，將一根圓柱形鐵芯一端與被測物體剛性連接，鐵芯隨著被測物在線圈內(nèi)自由移動，次級線圈輸出電壓也會隨之線性變化，這樣就可以通過測量次級線圈電壓的大小來測量被測物的位移量。

3 TSI 現(xiàn)場安裝及調(diào)試

3.1 軸承振動

3.1.1 安裝

通常，在汽輪機(jī)軸承處垂直于軸承，左、右側(cè)與水平面成45°方向各安裝一個軸振動測點，在面向汽輪機(jī)機(jī)頭方向，將左側(cè)定義為X 向振動，右側(cè)定義為Y 向振動。安裝過程中要注意防止用力過猛損壞探頭。首先將振動探頭安裝在專用的支架上，方向垂直于大軸，然后一邊使用萬用表測量前置器的輸出電壓，一邊緩慢調(diào)整探頭與大軸間的間隙，直至輸出電壓達(dá)到-12V 左右時，開始用力緩慢鎖緊固定螺絲，再逐步微調(diào)使輸出電壓穩(wěn)定在-12V，鎖緊螺絲。鎖緊后輕敲探頭，確保輸出電壓穩(wěn)定無波動。線路與延長電纜的接頭處要用耐油熱縮管處理，以免接地。并且信號電纜應(yīng)在軸承箱內(nèi)固定牢靠，防止軸承箱內(nèi)潤滑油沖刷電纜，在汽輪機(jī)內(nèi)部棱角處磨損電纜。

3.1.2 調(diào)試

在調(diào)試過程中，可以在回路中串聯(lián)一節(jié)9V 的電池模擬直流分量，用信號發(fā)生器的頻率輸出信號來模擬交流分量，通過改變頻率信號的交流電壓幅值來仿真汽輪機(jī)軸承的振動幅值。

3.2 軸向位移安裝調(diào)試

3.2.1 安裝

在安裝大機(jī)軸向位移之前，需要確定汽輪機(jī)的推力間隙，所謂推力間隙就是推力盤在推力軸承工作瓦面與非工作瓦面之間的距離，即K 值；在安裝探頭時，可通過“中間定零”法，機(jī)務(wù)工作人員需先將大軸推向工作面，再推向非工作面，使用千分表測出推力間隙，然后以K/2的位置為零點，如圖1所示。

圖1 推力間隙示意圖

另外還有一種工作面定零法，某廠一期大機(jī)共有軸向位移測點3個，就是采取工作面定零位法，在冷態(tài)時，將大軸推向推力軸承的工作面，推緊后，將該位置定為零位，調(diào)整間隙電壓為-12V?；蚴峭葡蚍枪ぷ髅?，定零位，調(diào)整間隙電壓為-12V。從零位逆時針向發(fā)電機(jī)方向移動，每0.2mm 記錄一次數(shù)據(jù)，再零位順時針向機(jī)頭方向移動，每0.2mm記錄一次數(shù)據(jù)，將走出來的線性填入軸向位移卡件。最后固定時以-12V 固定。根據(jù)不同的廠家的汽輪機(jī)，選擇不同的定位方式。

安裝小機(jī)軸向位移時，安裝之前首先確認(rèn)探頭、延長線、前置器SN 號一致。然后開始安裝，小機(jī)軸向位移的零位是以推力間隙的中間位置為零位，安裝前要求機(jī)務(wù)核對汽輪機(jī)安裝記錄，支好千分表，然后對汽輪機(jī)進(jìn)行推軸，從當(dāng)前位置推向負(fù)工作面（工作面），調(diào)整千分表到零位，然后把軸推向工作面（負(fù)工作面），記錄軸的移動距離，然后再要求機(jī)務(wù)將軸推向工作面。在推軸的過程中要多推幾個往返以保證大軸位移的測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定。最后要求相關(guān)負(fù)責(zé)人簽字確認(rèn)。根據(jù)推力間隙計算小機(jī)軸向位移的理論安裝電壓值V=（-10-推力間隙/2×8）V，根據(jù)安裝電壓安裝探頭，安裝后DCS 顯示值應(yīng)為+（推力間隙的1/2）。安裝后要求對整個測量通道進(jìn)行核對，從探頭到DCS 顯示要對應(yīng)一致。中間接頭部分用精密儀器清洗液清理后用熱縮管熱縮好。讓機(jī)務(wù)將軸推至負(fù)工作面位置，核對DCS 顯示是否為-（推力間隙的1/2），即安裝結(jié)束。

3.2.2 調(diào)試

軸向位移的大小直接與前置器輸出電壓是線性對應(yīng)的關(guān)系，因此可在回路中直接加入直流電壓信號來模擬軸向位移的大小，假如信號發(fā)生器的輸出電壓不夠，也可在回路中串接一個干電池（平時機(jī)組啟動前的聯(lián)鎖保護(hù)試驗時用）。就地可通過水平移動安裝支架模擬實際位移，用百分表測量位移量的大小，對照DCS 顯示，檢查保護(hù)動作的正確性（此方法僅在機(jī)組檢修時，汽輪機(jī)軸承蓋打開的情況下用）。

3.3 高壓缸脹差安裝調(diào)試

3.3.1 核對安裝是否正確

檢查高壓缸脹差探頭與前置器的SN 號是否一致，標(biāo)記以就地安裝位置為準(zhǔn)。檢查前置器與TSI柜的卡件標(biāo)記是否一致，拔掉前置器探頭查是否變壞點。檢查TSI 柜的卡件標(biāo)記送至DCS 機(jī)柜接線方式是否為無源接線，與上位機(jī)KKS 是否一致。

3.3.2 就地拉線性調(diào)試

就地為兩個高壓缸脹差探頭，上下布置安裝，以調(diào)試上探頭為準(zhǔn)，無需進(jìn)行下探頭的調(diào)試。通過就地支架將上探頭電壓調(diào)至-4V，作為調(diào)試基準(zhǔn)電壓，即0mm。按照-7.5～14.5mm 的行程，每2mm 走線性行程，記錄當(dāng)前行程及對應(yīng)的電壓值，上下行程各走一遍，算出每行程對應(yīng)的電壓值平均值。

3.3.3 更新TSI 卡件線性參數(shù)

將每行程對應(yīng)的電壓值平均值，填入TSI 卡件線性欄中，點數(shù)有變化可新增或刪減點，填入?yún)?shù)后請復(fù)核。

3.3.4 就地與DCS 核對線性行程

就地一人，利用高壓缸支架的百分表走-7.5 ～14.5mm 的行程，每2mm（百分表擰2圈）走線性行程。DCS 一人，就地每走2mm，DCS 側(cè)熱控人員將當(dāng)前數(shù)值記錄下來。在低壓缸脹差跳機(jī)值附近，就地?zé)峥厝藛T需緩慢擰百分表逼近跳機(jī)值，確認(rèn)脹差死區(qū)是否符合要求。此次線性參數(shù)用來判斷高壓缸差脹探頭安裝是否合格，線性是否基本滿足機(jī)組運行要求。

3.3.5 恢復(fù)基準(zhǔn)電壓-4V

就地?zé)峥厝藛T將高壓缸脹差探頭基準(zhǔn)電壓恢復(fù)至-4V，DCS 側(cè)熱控人員觀察上位機(jī)是否為0mm。

3.3.6 緊固探頭及支架

聯(lián)系外委熱控人員，緊固支架，確保緊固后安裝電壓在-4V 左右。熱控人員進(jìn)行緊固后檢查，合格后方可聯(lián)系機(jī)務(wù)進(jìn)行后續(xù)操作。

實習(xí)動員會上，指導(dǎo)教師根據(jù)多年的實習(xí)經(jīng)驗，講解即將進(jìn)入實習(xí)的工廠的設(shè)備特點、設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運轉(zhuǎn)狀況，彌補(bǔ)了學(xué)生認(rèn)識實習(xí)不能身臨其境的不足，并且，指導(dǎo)教師要布置任務(wù)，讓學(xué)生利用課余時間查閱相關(guān)文獻(xiàn)，使學(xué)生能夠更多地了解與實習(xí)企業(yè)所采用的工藝相關(guān)的工藝技術(shù)，讓學(xué)生在實習(xí)之前就有一定的知識儲備，從而能夠更好地到實習(xí)現(xiàn)場接收更多的知識，實習(xí)效果更好.

3.4 轉(zhuǎn)速安裝調(diào)試

3.4.1 安裝

3.4.1.1 電渦流探頭的安裝

電渦流探頭的安裝按間隙電壓安裝，在安裝電渦流轉(zhuǎn)速探頭時一定要將探頭與齒輪的齒尖對正，然后才能定位。

3.4.1.2 磁阻傳感器的安裝

磁阻傳感器的安裝需要按照探頭與齒輪齒尖的間隙安裝，首先需要將轉(zhuǎn)速探頭與齒輪的齒尖正對，使用塞尺安裝1mm，允許有±0.2mm 的偏差。安裝時可以適當(dāng)將間隙調(diào)大0.1mm，因為正常運行時頂軸油啟動后軸會往上抬一點。安裝后，緊固螺絲，確保探頭安裝牢靠無松動。

3.4.2 調(diào)試

紅為電源端、藍(lán)為信號端、白為公共端。拆線后，正端接COM，負(fù)端串入信號端，需將9V 直流電池串入回路提供直流電壓，信號發(fā)生器提供交流Hz。

轉(zhuǎn)速信號可通過信號發(fā)生器來模擬，在交流電壓為1.0V 的情況下，分別對轉(zhuǎn)速加以670Hz、3350Hz、6700Hz、7370Hz 的頻率來模擬300150030003300RPM，轉(zhuǎn)速偏差正負(fù)1轉(zhuǎn)內(nèi)。

4 TSI 常見故障及事故案例

4.1 探頭與延伸電纜、延伸電纜至前置器的接頭松動、污染

4.2 絕對振動單點信號保護(hù)誤動概率大

案例：某電廠#4機(jī)組正常運行中，1y 軸振動信號突變，觸發(fā)振動保護(hù)動作，汽機(jī)跳閘。另一電廠的#3機(jī)組，#11軸承振動高高保護(hù)動作跳機(jī)。

原因分析：以上兩個案例均是由于單點振動高造成的保護(hù)誤動引起的跳機(jī)。某廠振動保護(hù)邏輯不是單點保護(hù)。

4.3 汽輪機(jī)內(nèi)部探頭損壞

案例：2011年7月2日，某廠1號機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)組4號軸承Y 方向振動跳變，經(jīng)檢查，故障原因為汽機(jī)內(nèi)部振動探頭損壞或探頭與延長線連接接頭松脫（因機(jī)組運行無法打開軸承蓋檢查）。后在2012年1號機(jī)組臨修中開蓋發(fā)現(xiàn)該振動探頭其根部扯斷。判斷原因為探頭引出線固定不牢，在大軸的高速旋轉(zhuǎn)下被扯斷。2012年4月24日，1號機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)組4號軸承Y 方向振動又變壞點，2012年4月25日2號機(jī)6號軸承X 方向振動測點跳變。停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)故障出在探頭與延長線的接頭處。

4.4 低壓缸差脹信號跳變

案例：某廠1、2號機(jī)組存在低壓缸差脹信號突變的情況，2號機(jī)組在夜間負(fù)荷低時，低壓缸差脹1示值會出現(xiàn)突然從8.8mm 跳變至6.43mm，在幾個小時后又突變回8.7mm。1號機(jī)組在啟機(jī)階段也發(fā)生過低壓缸差脹2示值從8.96mm 跳變至11.15mm 的現(xiàn)象。

原因分析：兩個探頭的結(jié)合面存在重疊，即在某個點出現(xiàn)兩個探頭的前置器均輸出有效電壓，造成示值突變。

5 提高TSI 系統(tǒng)可靠性的辦法

5.1 日常巡檢

日常巡檢可及時發(fā)現(xiàn)TSI 系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些隱患，通過采取相應(yīng)的措施消除隱患，可較大程度提高TSI 系統(tǒng)的可靠性。在日常巡檢過程中，主要需檢查220VAC 電源是否在合閘位置；檢查兩路24V電源指示燈是否均亮；檢查卡件為綠燈亮，且無閃爍；檢查24V 繼電器電源是否在合閘位置；檢查柜后接線是否脫落。

5.2 電源設(shè)計

為了提高TSI 系統(tǒng)電源可靠性，應(yīng)配置兩路可靠的220V 交流電源，用可靠的雙電源切換裝置實現(xiàn)冗余供電，且切換時間應(yīng)滿足實際要求，一般要求小于5ms，保證TSI 系統(tǒng)不會因為失電導(dǎo)致系統(tǒng)初始化；同時每個TSI 機(jī)柜應(yīng)配置至少兩塊24V DC電源模塊，保證機(jī)柜供電正常。

5.3 安裝規(guī)范

TSI 系統(tǒng)的元件在現(xiàn)場安裝時，必須要采取相應(yīng)的防范措施，來提高整個TSI 系統(tǒng)的可靠性，TSI系統(tǒng)測量所用的元件大多都是電渦流傳感器，這種傳感器所輸出的交流電壓信號都是毫伏級的，所以非常容易受到外界的干擾。

5.3.1 接地應(yīng)規(guī)范

TSI 系統(tǒng)中信號電纜的屏蔽層應(yīng)完好無損，并且應(yīng)在電子間機(jī)柜處單點接地，在就地元件處浮空，元件的前置器應(yīng)安裝在金屬材質(zhì)的箱內(nèi)，并且金屬箱應(yīng)做到可靠接地。信號電纜應(yīng)固定牢靠，防止磨損導(dǎo)致多點接地。

某廠曾發(fā)生4號機(jī)組因引風(fēng)機(jī)汽機(jī)TSI 參數(shù)異常導(dǎo)致機(jī)組MFT 事件。檢查發(fā)現(xiàn)兩個問題：一是引風(fēng)機(jī)小機(jī)TSI 柜內(nèi)24V 電源對地浮空，負(fù)端有+16V 左右電壓存在，24V DC 電源負(fù)端沒有接地；二是現(xiàn)場振動探頭延長線的接頭存在接地現(xiàn)象。

5.3.2 安裝位置應(yīng)選在振動小的地方

應(yīng)將安裝前置器的金屬盒底座墊上一層橡膠墊，將金屬盒安裝在振動比較小的位置，并且安裝位置應(yīng)便于檢修。

5.3.3 安裝位置應(yīng)避免強(qiáng)磁場和高溫區(qū)域

TSI 元件的安裝位置應(yīng)避免強(qiáng)磁場和高溫區(qū)域，否則會對電渦流傳感器線圈產(chǎn)生的磁場造成影響，引起測量偏差甚至測點故障。

5.4 線路連接

線路連接對提高TSI 系統(tǒng)運行可靠性有著重要作用，在安裝、檢修及維護(hù)中應(yīng)注意：盡量選擇傳感器與延伸電纜一體化的元件，可降低中間接頭接觸不良帶來的隱患；延伸電纜應(yīng)固定牢靠，避免電纜磨損；每次檢修拆除元件時，每個接頭都應(yīng)用布包裹好，防止油污雜質(zhì)落入接頭，帶來安全隱患；安裝之前要對接口處使用精密儀器清洗劑進(jìn)行清洗，保證接頭處潔凈無污染；定期檢查緊固前置器接頭、接線和TSI 機(jī)柜內(nèi)的接線端子。

5.5 設(shè)置合理的保護(hù)邏輯

為提高系統(tǒng)的可靠性，可設(shè)置合理的閉鎖條件。對于TSI 系統(tǒng)的單點保護(hù)信號，應(yīng)改為多點保護(hù)，防止單一信號誤發(fā)導(dǎo)致保護(hù)誤動；軸向位移保護(hù)信號應(yīng)使用三取二判斷邏輯，并設(shè)計信號質(zhì)量變壞點自動踢除功能，且從現(xiàn)場測量到機(jī)柜卡件必須全程獨立、冗余；對于脹差保護(hù)應(yīng)設(shè)置一定的延時，防止信號誤發(fā)；大屏報警信號發(fā)出后復(fù)位需要采用手動復(fù)位，而邏輯中保護(hù)動作后的復(fù)歸方式應(yīng)為自動復(fù)位。

5.6 運行維護(hù)

要加強(qiáng)對TSI 系統(tǒng)中探頭、卡件、電纜、電源等在運行過程中出現(xiàn)的異常及時進(jìn)行檢修。

TSI 的渦流探頭系統(tǒng)校驗時，應(yīng)保證探頭、延長電纜和前置器成套進(jìn)行，校驗周期隨機(jī)組B 級檢修進(jìn)行，有資質(zhì)的檢定機(jī)構(gòu)出具的校驗合格報告和機(jī)務(wù)配合下進(jìn)行的傳動效驗記錄可溯源[2]。要定期調(diào)閱TSI 系統(tǒng)中重要信號的歷史曲線，應(yīng)對出現(xiàn)跳變現(xiàn)象的信號或異常信號引起足夠重視，要及時檢查相應(yīng)傳感器的接頭是否接觸不良或信號電纜存在干擾，并采取針對性措施進(jìn)行處理。振動探頭處應(yīng)貼有醒目的警示牌，防止無關(guān)人員誤碰導(dǎo)致信號誤發(fā)。在進(jìn)行聯(lián)鎖試驗時，對TSI 系統(tǒng)的每條保護(hù)應(yīng)進(jìn)行逐一確認(rèn)。

6 結(jié)語

TSI 系統(tǒng)作為火電機(jī)組非常重要的系統(tǒng)，任何一個故障都有可能影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運行，只有做好TSI 系統(tǒng)的安裝調(diào)試和日常維護(hù)工作，才能使TSI 系統(tǒng)更加可靠，才能確保機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定運行。這就要求工作人員必須熟練了解并掌握TSI 系統(tǒng)的探頭測量技術(shù)原理以及安裝方法，并不斷總結(jié)經(jīng)驗，積累相關(guān)知識。