范勇

（國能重慶萬州電力有限責(zé)任公司 重慶 400000）

通常而言，對(duì)于具備大容量和高參數(shù)的發(fā)電機(jī)組，軸向位移和脹差是監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙的主要方法。現(xiàn)階段，國內(nèi)許多火電機(jī)組由于傳感器零位安裝不當(dāng)，從而導(dǎo)致脹差和軸向位移測(cè)量值與實(shí)際值存在偏差，從而嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，汽輪機(jī)大軸零位選擇及傳感器正確安裝是保證機(jī)組正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 系統(tǒng)簡介

本文以國能重慶萬州發(fā)電有限責(zé)任公司的2×1050MW燃煤機(jī)組汽輪機(jī)作為主要研究對(duì)象。汽輪機(jī)為單軸、四缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)。TSI 系統(tǒng)采用德國ERPO 公司的CSI6500 旋轉(zhuǎn)式監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，適用于各類標(biāo)準(zhǔn)渦輪機(jī)械的運(yùn)行監(jiān)測(cè)。電子間機(jī)柜包含電源模塊、通信模塊、監(jiān)視卡件、輸出繼電器等設(shè)備。就地測(cè)點(diǎn)包含傳感器探頭、航空插頭、延伸電纜及前置器等。傳感器主要采用EPRO 公司的PR6423、PR6424、PR6426、PR9268、PR9376 傳感器?？敵?～20mA 模擬量信號(hào)去DCS 畫面用于監(jiān)視分析，同時(shí)，輸出開關(guān)量去ETS系統(tǒng)保護(hù)遮斷汽輪機(jī)。

2 軸向位移測(cè)量系統(tǒng)

國能重慶萬州發(fā)電有限責(zé)任公司每臺(tái)機(jī)組擁有6套軸向位移保護(hù)系統(tǒng)，其中，大、小機(jī)各安裝3套，采用三取二模式遮斷汽輪機(jī)，可以有效降低保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。軸向位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是測(cè)量探頭與測(cè)量盤之間的距離，防止汽輪機(jī)大軸橫向竄動(dòng)，磨損軸瓦。大機(jī)采用雙推力盤結(jié)構(gòu)，推力軸承兩側(cè)中間安裝推力瓦，表面鍍有烏金。高溫時(shí)，烏金融化，增大串軸的位移量，保護(hù)汽輪機(jī)。

2.1 大機(jī)軸向位移測(cè)量系統(tǒng)

大機(jī)3套軸向位移測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)一安裝在推力軸承的側(cè)面位置，探頭方向朝向汽輪機(jī)機(jī)頭方向，具體如圖1 所示。傳感器型號(hào)為PR6424/010-040，靈敏度4V/mm，對(duì)應(yīng)-2～2mm 的位移測(cè)量范圍。電渦流傳感器工作原理：前置器中高頻電流通過延長電纜流入探頭線圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。大軸靠近探頭時(shí)，產(chǎn)生相反的交變磁場(chǎng)與探頭磁場(chǎng)耦合，改變探頭線圈阻抗，通過阻抗的變化量間接測(cè)量大軸的位移量。當(dāng)任意兩個(gè)軸向位移信號(hào)大于報(bào)警值或危險(xiǎn)值時(shí)，報(bào)警或危險(xiǎn)繼電器動(dòng)作，輸出開關(guān)量信號(hào)至ETS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

圖1 軸向位移安裝方式

2.2 大機(jī)軸向位移安裝調(diào)試

安裝前零位選擇：機(jī)組冷態(tài)時(shí)，在汽輪機(jī)6W處采用千斤頂朝機(jī)頭方向?qū)⑥D(zhuǎn)子推向推力軸承的工作瓦面貼死。此時(shí)，將軸向位移定為零位。保護(hù)定值：報(bào)警為-1.08～0.6mm，跳機(jī)為-1.28～0.8mm，三取二跳閘汽輪機(jī)。大機(jī)軸向位移安裝方法如下。

（1）方向確定：當(dāng)汽輪機(jī)大軸向機(jī)頭方向竄動(dòng)時(shí)為正方向，向發(fā)電機(jī)方向竄動(dòng)為負(fù)方向。安裝前，對(duì)軸向位移3 個(gè)探頭進(jìn)行線性采集，并將組態(tài)下裝到TSI 卡件內(nèi)。

（2）汽機(jī)專業(yè)確認(rèn)汽輪機(jī)大軸已經(jīng)向機(jī)頭方向貼死，推力間隙為0.48mm，作為保護(hù)定值的依據(jù)。先前后移動(dòng)安裝支架，確保3個(gè)探頭測(cè)量在工作范圍內(nèi)，鎖死固定支架。依次安裝軸向位移探頭1、2、3，調(diào)整每個(gè)軸向位移測(cè)點(diǎn)前置器輸出電壓為-12V。

（3）手動(dòng)旋轉(zhuǎn)支架手輪，整體移動(dòng)探頭與測(cè)量盤之間距離，測(cè)試報(bào)警值和危險(xiǎn)值，檢驗(yàn)繼電器可以正常輸出。

（4）最終定位：手動(dòng)旋轉(zhuǎn)支架手輪，整體移動(dòng)探頭與測(cè)量盤之間距離，使前置器輸出電壓為-12V，同時(shí)DC 畫面顯示0mm。將支架鎖緊螺栓固定牢固，安裝完畢。

2.3 小機(jī)軸向位移安裝調(diào)試

小機(jī)采用杭州汽輪機(jī)廠100%容量氣動(dòng)給水泵組，設(shè)計(jì)3套軸向位移測(cè)量系統(tǒng)，安裝于機(jī)頭前軸承箱內(nèi)。探頭工作原理和前段中大機(jī)軸向位移探頭一樣。電渦流傳感器型號(hào)為PR6423/002-030，靈敏度8V/mm，對(duì)應(yīng)-1～1mm 軸向位移測(cè)量范圍。安裝前零位選擇：機(jī)組冷態(tài)時(shí)，將轉(zhuǎn)子的推力盤推向推力瓦的非工作面貼死，以推力間隙的中間位置為零位，如圖2所示。小機(jī)軸向位移保護(hù)定值：報(bào)警為-0.6～0.6mm，跳機(jī)為-0.8～0.8mm，三取二跳閘汽輪機(jī)。小機(jī)軸向位移安裝方法如下。

圖2 小機(jī)軸向位移安裝方式

（1）小機(jī)軸向位移方向?yàn)椋寒?dāng)大軸由小機(jī)側(cè)向前箱側(cè)竄動(dòng)視為正方向，相反則為負(fù)方向。安裝前，對(duì)軸向位移3 個(gè)探頭進(jìn)行線性采集，并將組態(tài)下裝到TSI 卡件內(nèi)。

（2）安裝前，汽機(jī)專業(yè)已經(jīng)將大軸向小機(jī)側(cè)方向推死，推力盤與推力瓦非工作面貼死。

（3）杭汽廠要求零位以推力間隙的中間位置定零位。當(dāng)小機(jī)推力盤靠在非工作面貼死，相當(dāng)于實(shí)際將大軸從推力瓦的中間零位向小機(jī)側(cè)推了1/2×0.38mm（推力間隙）=0.19mm距離。小機(jī)軸向位移探頭工作電壓為-20～-4V，對(duì)應(yīng)-1mm～+1mm工作范圍。依據(jù)出廠線性報(bào)告，得到零位電壓為-12V。當(dāng)小機(jī)軸系緊貼非工作面時(shí)，3個(gè)軸向位移傳感器安裝電壓（）如下式計(jì)算：

=-（×1/2×）=-12-（8×1/2×0.38）=-13.52V

其中，為安裝電壓，為零位電壓，為靈敏度，為推力間隙。

（4）依次安裝軸向位移探頭1、軸向位移2、軸向位移3，調(diào)整每個(gè)軸向位移測(cè)點(diǎn)前置器輸出電壓為-13.52V，安裝完畢。

3 脹差的工作原理

在機(jī)組正常運(yùn)行中，脹差傳感器固定在缸體上，而測(cè)量盤鑄造在轉(zhuǎn)子上。汽缸和轉(zhuǎn)子受熱膨脹的相對(duì)差值稱為“脹差”。脹差主要在機(jī)組啟動(dòng)或停機(jī)期間監(jiān)視和保護(hù)汽輪機(jī)，本廠脹差保護(hù)在機(jī)組負(fù)荷大于400MW 時(shí)，自動(dòng)退出。大型火電機(jī)組脹差有高壓脹差、中壓脹差、低壓脹差。高壓缸脹差探頭安裝于汽輪機(jī)前箱左側(cè)，中壓脹差探頭安裝于#4 瓦右側(cè)，低壓缸脹差安裝于#8瓦與#9瓦中間。高、中壓缸脹差監(jiān)測(cè)分別采用1 只傳感器，對(duì)應(yīng)于-7.5～12.5mm 脹差測(cè)量范圍。低壓缸脹差監(jiān)測(cè)采用了2 只傳感器，每只傳感器測(cè)量范圍為0～25mm。

3.1 補(bǔ)償式脹差測(cè)量原理

脹差測(cè)量范圍如果較大，已超過單個(gè)探頭的測(cè)量范圍時(shí)，可采用補(bǔ)償式測(cè)量方式。東汽1050MW 機(jī)組低壓缸脹差測(cè)量時(shí)采用補(bǔ)償式測(cè)量方法，測(cè)量范圍為-9～36mm，如圖3所示。在汽輪機(jī)測(cè)量盤的兩端各安裝1支探頭。兩個(gè)探頭輸出信號(hào)經(jīng)過卡件合成為低壓脹差信號(hào)。

圖3 低壓缸脹差補(bǔ)償式測(cè)量

3.2 脹差傳感器安裝調(diào)試

安裝前零位選擇：機(jī)組冷態(tài)時(shí)，在汽輪機(jī)6W處采用千斤頂朝機(jī)頭方向?qū)⑥D(zhuǎn)子推向推力軸承的工作瓦面貼死。此時(shí)，將低壓脹差定為零位。安裝前，對(duì)A、B兩個(gè)探頭進(jìn)行線性采集，并將組態(tài)下裝到TSI 卡件內(nèi)。低壓賬差安裝步驟如下。

（1）拉線性找到A、B 探頭的切換點(diǎn)電壓。本廠切換點(diǎn)：13.5mm處。此時(shí)，A探頭對(duì)應(yīng)的電壓為-18.46V，B探頭對(duì)應(yīng)電壓為-18.52V。

（2）安裝A探頭對(duì)準(zhǔn)測(cè)量推力盤調(diào)整電壓為-18.46V，調(diào)整B探頭對(duì)準(zhǔn)測(cè)量推力盤調(diào)整電壓為-18.52V，確認(rèn)后將支架固定，螺栓鎖緊。

（3）手動(dòng)旋轉(zhuǎn)支架手輪，整體移動(dòng)探頭與測(cè)量盤之間距離，測(cè)試報(bào)警值和危險(xiǎn)值，檢驗(yàn)繼電器可以正常輸出。

（4）調(diào)整支架手輪，讓A、B 探頭整體移動(dòng)，當(dāng)DCS畫面顯示為0時(shí)，鎖緊固定支架，安裝完畢。

高、中壓缸脹差與低壓缸脹差安裝方式類似，在此就不再詳細(xì)說明。

4 位移、脹差傳感器安裝、電纜敷設(shè)注意事項(xiàng)

安裝位移、脹差電渦流傳感器及延伸電纜敷設(shè)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）傳感器電纜敷設(shè)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離可能導(dǎo)致電纜斷裂的物體，如油口、旋轉(zhuǎn)部件、高溫部件、尖銳棱角處。

（2）在敷設(shè)傳感器電纜時(shí)，應(yīng)用合適的扎絲、白布條進(jìn)行綁扎固定。綁扎點(diǎn)間距不超過150mm，每個(gè)綁扎點(diǎn)至少纏繞2 圈。綁扎牢固松緊適度，避免傳感器電纜觸碰轉(zhuǎn)子。

（3）在安裝探頭時(shí)，需要將引線部分和延伸線部分的插頭先行斷開，再把探頭順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到支架螺紋內(nèi)，防止在安裝時(shí)導(dǎo)致機(jī)械損壞。

（4）電渦流傳感器為了方便安裝，設(shè)有中間轉(zhuǎn)接航空插頭，在安裝時(shí)要注意方向，對(duì)接插入時(shí)，要用力平穩(wěn)、直線對(duì)接，防止針腳損壞。為了防止轉(zhuǎn)接頭與缸體摩擦損壞、接地從而串入干擾信號(hào)，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，因此，接頭必須用熱縮管進(jìn)行加固、絕緣。熱縮時(shí)，采用熱風(fēng)槍，溫度在300℃左右，均勻熱縮，保證熱縮效果。

（5）EPRO 系統(tǒng)內(nèi)所有的公共端、屏蔽線、機(jī)殼均要求接地，并且不能采用多點(diǎn)接地，而是統(tǒng)一在機(jī)柜一端接地，減少外界的干擾。

5 機(jī)組運(yùn)行中存在的問題及原因分析、防范措施

5.1 測(cè)點(diǎn)離線、跳變及安裝錯(cuò)誤事件

（1）2016年8月13日。1 號(hào)機(jī)組1000WM 負(fù)荷時(shí)小機(jī)軸向位移測(cè)點(diǎn)1 離線，DCS 光字牌報(bào)警。退出軸向位移主保護(hù)，就地檢查前置機(jī)接線、中間航空插頭（在缸體外面）及延長電纜，發(fā)現(xiàn)航空插頭松動(dòng)，導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)離線。對(duì)插頭緊固并采用熱縮管固定后，測(cè)點(diǎn)工作正常。

（2）2018年3月15日。1 號(hào)機(jī)組965WM 負(fù)荷時(shí)大機(jī)軸向位移測(cè)點(diǎn)3 跳變，DCS 光字牌報(bào)警。退出軸向位移主保護(hù)，就地檢查前置機(jī)接線及缸體外部延長電纜，無異常。機(jī)組停運(yùn)后，揭缸檢查中間航空插頭（在缸體里面），無異常。檢查探頭內(nèi)部延長電纜（非鎧裝），發(fā)現(xiàn)有磨損破皮處。更換整套軸向位移探頭，機(jī)組啟動(dòng)后，測(cè)點(diǎn)工作正常。

（3）2021年10月13日。2 號(hào)機(jī)組C 級(jí)檢查，小機(jī)軸向位移測(cè)點(diǎn)1、2、3 安裝錯(cuò)誤，導(dǎo)致機(jī)組無法正常啟動(dòng)。小機(jī)大軸已向汽機(jī)側(cè)推死，推力間隙0.38mm。熱工人員安裝測(cè)點(diǎn)時(shí)錯(cuò)誤使用萬用表是造成本次事件的主要原因。安裝探頭時(shí)，測(cè)量間隙電壓應(yīng)該測(cè)量前置器COM 端和OUT 端之間電壓。而熱工人員萬用表測(cè)量24V電源端和OUT端導(dǎo)致3個(gè)測(cè)點(diǎn)安裝錯(cuò)誤。安裝完畢后，小機(jī)單體沖轉(zhuǎn)試運(yùn)，直接到達(dá)跳機(jī)值。

5.2 原因分析

原因分析：東方汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)TSI測(cè)點(diǎn)安裝在軸承箱內(nèi)（非外置式），探頭延長線電纜有一部分敷設(shè)捆綁在軸承箱內(nèi)，另一部分采用中間航空插頭延伸到前置器。這種安裝方式將有以下幾種可能引起測(cè)點(diǎn)故障。

（1）探頭安裝不牢固，鎖緊螺絲松動(dòng)，探頭本身晃動(dòng)引起測(cè)點(diǎn)故障。

（2）機(jī)組運(yùn)行期間，延長電纜中間航空插頭松動(dòng)，引起測(cè)點(diǎn)故障。插頭表面氧化或者油污滲入也會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。

（3）探頭延長線電纜沿著潤滑油管道用扎絲或白布條捆綁固定，機(jī)組運(yùn)行期間軸瓦潤滑油剛好噴到探頭延長線上，長時(shí)間沖刷，可能導(dǎo)致捆綁松動(dòng)，延長線電纜與機(jī)械棱角摩擦磨損引起測(cè)點(diǎn)故障。

（4）卡件通道損壞或者前置器至TSI 機(jī)柜的信號(hào)電纜被干擾或絕緣降低，引起測(cè)點(diǎn)故障。

（5）探頭、延伸電纜、前置器3者是成套整體，生產(chǎn)出廠時(shí)都有自身獨(dú)立的阻抗值和特性曲線，不可與其他同類型產(chǎn)品互換探頭、延伸電纜、前置器，更換可能引起特性曲線發(fā)生變化，導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)測(cè)量不準(zhǔn)確。

5.3 防范措施

（1）采用全套鎧裝探頭，防止?jié)櫥烷L期沖刷導(dǎo)致延長電纜磨損破皮。

（2）探頭安裝完畢后，在鎖緊螺母處涂抹膠水，防止探頭松動(dòng)。

（3）采用沒有中間航空插頭的一體化探頭。

（4）測(cè)點(diǎn)附近嚴(yán)禁使用大功率電子設(shè)備，防止電磁干擾。

（5）提高安裝工藝與標(biāo)準(zhǔn)，正確安裝探頭與敷設(shè)延伸電纜。

6 結(jié)語

本文主要對(duì)汽輪機(jī)軸向位移、脹差傳感器安裝方法、調(diào)試注意事項(xiàng)、故障原因分析等方面進(jìn)行了分析與研究。總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，采取有效防范措施，才能避免測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。