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摘要：本文介绍了TSI系统各类探头测量原理，以及安装、校验的方法。
关键词：TSI；探头；测量；调试
汽机TSI（Turbine Supervisory Instrumentation））系统是用来测量汽机本体的位移、振动、转速信号，并将其转化为电信号进行监视的系统。作为火力发电机组热控系统的重要组成部分，该系统既向DCS的数采系统提供汽机轴系的各种监视参数，又向保护系统提供跳闸动作信号，因此TSI系统对于机组的安全稳定运行起着至关重要的作用。
1.TSI系统的构成
TSI系统主要构成为：旋转机械监视保护系统及其配套的现场测量探头。均采用模块化设计，可在其框架内安装不同种类及数量的模件，完成各种测量，并通过柜内的继电器回路完成保护信号的输出。
汽机轴系上安装的探头主要分为以下几类：
汽机各部分位移测量：转子的轴向位移、转子与汽缸的相对膨胀（包括高压胀差和低压账差）、汽缸的热膨胀（绝对膨胀）、偏心。
汽机轴状态测量：转子轴的振动（轴振）、轴承的振动（瓦振）、振动的相位角
汽机转速测量：转速、零转速
2.振动的测量与调试
2.1 振动的测量原理
对转子的振动，一般通过非接触的涡流传感器测量振动的位移量。此时测量的振动位移是转子轴表面相对于涡流传感器探头间的位置变化，因此又称作相对振动测量。有一个专用的测量路线实现电涡流位移测量：包括高频信号发生器和滤波电路等，这些电路均安装在前置器内（图1）。从前置器输出的电压V是正比于传感器与测量表面间隙D的电压（图2），测量的信号有两部分组成：交流分量反映转子的振动情况，交流电压UDC，对应于振动间隙D1；直流分量反映转子中心线与探头间的平均距离，直流电压UAC，对应于平均间隙（或初始间隙）D0。
对于轴承座或缸体的振动，可以通过接触式的惯性速度传感器测量振动的变化速度，或者通过接触式的压电加速度传感器测量振动变化的加速度。测量的振动变化速度和加速度都是相对于大地这一固定的参照系度量的，因此又称作绝对振动测量。一般来说，人们习惯于将测量的振动速度值和加速度值通过积分变换成位移量。
图1 振动信号测量原理图 图2 振动信号的组成
2.2 振动探头的安装
涡流传感器安装一项重要工作是调整间隙电压，即调整传感器前端面与被测面表面的距离，使间隙处在线性范围之内，否则，在非线性段的灵敏度变化将带来测量上误差和波形失真。一般来说，平均间隙选在线性段的中点，这样，在平均间隙两边容许有最大的动态振幅。如图3，如探头初始安装位置为D0处，则可测的振动范围约为2mm；相反如初始安装位置为D1处，则探头可测的振动范围约为0.5mm。因此安装探头时，一定要注意这一点，使探头表面与被测物表面之间的距离，无论如何变化都应处在线性范围之内。
图3 传感器“距离-电压” 图
调整时需将传感器探头接到前置器上，给前置器提供-24V电源，然后松开探头紧固螺母，调整探头并测量前置器输出电压在传感器特性曲线线性中点附近，一般调整至间隙电压为―8V～―12V之间即可。这是因为通常探头在安装前都经过校验，通过校验报告可以看到x-y（电压— 距离）曲线，可确定探头的线性范围。一般来说根据探头型号的不同，在TSI模件内要设定电压范围，通常为-2～-18V（或-4～-20V），因此振动探头的安装间隙电压取-8～-12V内都是可以的。
2.3振动测量系统的调试
无论是对TSI系统进行模件调试，还是在进行汽机保护传动的过程中，都需要模拟前置器送过来的现场振动信号，以检验TSI系统模件及其内部逻辑组态和继电器回路的正确性。根据以上测量原理可知：由于前置器输出为“交流分量叠加在直流分量”，这样就可通过信号发生器来仿真。直流分量可采用在回路中串联一个9V干电池的方法来满足要求；交流分量使用信号发生器的频率输出信号；通过改变频率信号的交流电压幅值来仿真汽机轴系的振动幅度，这样就可定量模拟出某个振动的报警值、保护值。可用以下公式来计算交流电压调整量：
⊿V=L × Lv
其中：⊿V为所需加的交流电压值（mv）
L 为振动幅值（?m）
Lv 为单位振动幅值所对应的电压值（mv /?m）
例：某台汽动给水泵#3瓦X向轴振保护定值为100?m，单位振动幅值所对应的电压值为8mv /?m（模件组态已设定好，也可查阅探头校验报告）
⊿V=100 × 8 = 800 mv
把交流电压调整为0.8V时，可模拟出100?m的保护动作值。
横河CA100、FLUKE744等信号发生器均有频率档。
3.位移的测量与调试
轴在运行中，由于各种因素，诸如载荷、温度等的变化会使轴在轴向有所移动，如轴移动距离过大就会剧烈的摩擦轴承，其后果不堪设想，所以就需要用电涡流探头探测这一间隙的变化。通过监测传感器输出信号的直流间隙电压，就可确定推力盘在推力轴承中的相对位置。由于这一参量十分重要，通常设计三个或四个探头同时探测一个对象。如图6.1和图6.2所示
（a）三个轴位移探头 （b）四个轴位移探头
图6 轴位移安装与保护示意图
3.1位移的测量原理与安装
轴向位移是指转子在轴向与推力轴承的位置或位移的变化；胀差是指汽缸与转子间发生的热膨胀的差值。轴承座和汽缸沿横销和纵销作横向和纵向膨胀，通过横销和纵销的两条直线的交点称为汽缸的死点。转子以推力盘为死点，沿轴向前后膨胀。胀差是机组启停和正常运行时必须监测的重要参量。
3.2位移测量系统的调试
同振动测量一样，轴向位移、高低压胀差均为汽机保护中的一项，因此必须进行信号仿真工作。根据位移的测量原理，直流电压的多少与实际位移量是一一对应的。因此可直接在回路中加直流电压信号，如果信号发生器的电压不够的情况下，可在回路中传接一个干电池。通过这种方法可定量的模拟出位移信号，完成汽机保护仿真。
4.转速的测量与调试
4.1测量原理与安装
TSI系统一般使用涡流传感器：探头的端部对着齿轮的齿，齿轮转动时，齿顶齿根轮流通过探头的端部附近，这时涡流探头的前置器输出一个脉冲，测量单位时间内通过的脉冲数就可知到汽机的转速。安装时可用盘车装置调整齿轮盘的旋转，使齿顶正对转速探头。使用塞尺调整探头与被测面的距离为1mm左右即可。
4.2转速测量系统的调试
超速保护是汽机最重要的保护之一，在机组的整套启动前必须严格进行模拟试验，保证电超速保护万无一失。转速信号的仿真原理同振动相同，但不同的是转速信号是通过调整信号发生器中交流电压的频率输出来模拟实际转速。可用以下公式来计算频率的调整量：
Hz = Rpm × N
其中：Hz： 为所需要显示的频率值
Rpm：为每分钟转速
N： 被测量齿轮盘的齿数
例：某台汽机超速保护定值为3300rpm，齿轮盘的齿数为88
Hz = 50 × 88 = 4.4kHz
此外信号发生器中交流电压所加的幅值是根据组态内门槛电压来设定的，只要比门槛电压值高即可。
结束语
总之，以上以MMS6000系统为例，介绍了目前TSI系统中各类信号的测量原理、安装注意事项及调试校验方法，其它系统也大同小异，希望能够解答热控人员的日常工作中的一些疑问，并有所帮助。
参考文献：
[1]叶江祺.热工测量和控制仪表的安装[M].北京：中国电力出版社，1998.
[2]电力建设施工技术规范（第4部分：热工仪表及控制装置）DL/T 5190.4―2012[S].北京：中国电力出版社，2012.
论文作者:李学静
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第35期
论文发表时间:2017/3/29
标签：测量论文; 位移论文; 电压论文; 汽机论文; 系统论文; 转速论文; 信号论文; 《北方建筑》2016年12月第35期论文;