广东粤华发电有限责任公司 510731
摘要：汽轮机本体监测保护系统（以下简称TSI系统）是火电机组最重要的保护系统之一，但TSI系统在维护及安装时存在不少盲点，如轴向位移和差胀零位选取不规范等。新投产机组由于安装的不规范造成跳机的事故时有发生，结合系统检修的经验，提出了检修维护中一些值得注意的问题希望以下的分析对电厂正确使用TSI监视及维护能起一定的借鉴作用。
关键词：TSI系统， 故障分析，维护， 技术措施
1 概述
随着汽轮机组容量的不断增大和蒸汽参数的不断提高，火电厂热力系统越来越复杂，为了提高机组的热经济性，汽轮机的级间、轴间间隙都非常小。汽机本体监视系统中，系统测量的准确性和保护逻辑是否合理直接关系到机组正常安全运行，比如某电厂#3机组正常运行中由于UPS装置故障切至旁路运行人员未能及时发现，使输入电源随厂用电波动，造成TSI装置因电压过低重新自检卡件发出停机信号，造成机组跳机。类似的还有某电厂新机组投产初期振动保护的逻辑设计不合理，由于是单点保护，测量信号受到干扰突然跳变引起停机信号误发使机组多次跳机。因此，如何科学合理地做好汽机本体监视系统的维护工作，防止汽轮机重大事故的发生，提高机组安全运行水平，是热控工作者面临的一个重大课题，必须予以高度重视。
2 TSI系统主要故障原因分析
多年来通过对黄埔发电厂6台机组、瑞明电厂2台机组及系统内其他机组的TSI系统运行情况统计，将引起TSI系统测量显示异常甚至导致保护信号误发的主要原因及可能存在的主要隐患归纳如下：
2．1传感器安装调试不当
正确地完成TSI系统的现场安装和调试，是保障TSI系统准确测量、正确动作的先决条件。
某厂#3机组在大修后机组启动带满负荷时轴向位移的指示值与机组大修前带满负荷时的指示值偏大了0.13mm，经检查分析怀疑探头安装校验时大轴未完全推至紧贴推力瓦块的工作面，后利用机组小修重新校验，将大轴推至紧贴推力瓦块的工作面进行校验，示值恢复至大修前的示值。
上述示例是由于安装环节上出错，对测量结果产生了直接影响。
2.2 装置的测量部件故障
随着TSI装置技术性能的提高这类故障所占比例不多，这类故障通常表现出来的是示值跳变，示值在一个较大范围内波动：如某厂＃2机组2瓦绝对振动在机组没有任何操作的情况下示值突然由18μm跳变到56μm，并发出报警信号，经运行人员现场检查未发现异常，更换探头后示值正常，查找该探头的记录发现该探头已使用将近8年了，探头的特性曲线已发生变化，已经不能再使用了。
2.3轴振动及轴承振动保护易误动
由于TSI系统在电厂运行的环境是一个强电磁场环境，来自系统装置内部的异常和外部环境因素产生的电导偶合或电磁辐射等干扰，容易造成一些高低频干扰信号串入振动信号的检测回路，引发单点信号保护回路的误动，根据多年来对TSI系统保护误动的情况统计，发现TSI系统引发的误动80％是振动类信号，事实上统计数据表明，TSI系统的异动，因被监控参数真实变化导致的少之又少，因TSI装置本身故障造成的出现不多见，绝大多数是外部因素诱导下的误发信号引起，且其脉冲维持时间很少超过4秒。
2．4接线不规范，干扰信号串入测量回路
不规范接线没有引起足够的重视，使得新机组或改造机组在今后的安全运行留下了许多不稳定的因素。因为不同的地网间会产生电势差，在屏蔽层产生环流，叠加在信号上会引起模拟量波动或突变。因此通过可靠的接地和正确的电缆防护措施来抑制干扰，是提高TSI系统运行可靠性的有效办法之一，本应引起足够的重视，然而在统计中，却发现TSI系统不少异常情况，都与接地与电缆防护有一定的关联。例如备用芯没有包扎好碰到缸体外壳，等同两端接地，串入干扰信号。
2．5延伸电缆至前置器的接头松动、油污染
延伸电缆接头和前置器及机柜的接线，因安装检修时紧固程度不够，或随着运行时间的推移及气候、氧化等因素的影响，原先坚固的接头会出现松动而造成接触不良，使信号波动。
对TSI系统来说，一个探头对应一根延伸电缆和一个前置器，三者是一个测量整体，有相应的阻特性曲线。一旦测量系统的阻抗和特性曲线发生变化，会引起信号异常。如某机组运行过程中，出现5Y振动示值波动大，检查发现延伸电缆和前置器的接头中有杂质，将杂质清理干净后，信号恢复正常。分析其原因，是接头中的杂质或油污，造成测量系统阻抗不匹配，改变了该测量系统的特性而引起信号波动。
2．6传感器周围环境影响，导致信号异常
由于TSI系统一次元件主要是电涡流探头，其测量原理是前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当有外部磁场影响该线圈产生的磁场时，电涡流的大小就不能正确发反映探头与被测物间的间距，引起测量显示异常。这类故障较隐蔽，不容易检查发现也较难判断信号的真伪。
2．7卡件的软件组态设置不合理
近年来部分电厂对原TSI系统进行改造升级，改造升级为智能型测量装置后，由于卡件内部组态设置不合理及日常检修维护不及时，导致保护系统误动。如某机组TSI系统改造升级为本特利3500系列后，对轴承振动的保护逻辑进行完善将本轴承的保护信号和前或后轴承的报警信号组成与逻辑，但报警信号在组态设置了自保持功能，机组运行中报警信号一旦发出后如复位不及时，保护逻辑又变成了单点保护，同样还是发生了一次保护误动。
2．8 TSI系统电源装置故障
这类故障主要是系统外部原因较多，TSI系统的电源卡件极少出现故障，出现较多的是系统电源卡件分配布置不合理或只设计单路电源供电，部分机组虽然设计了两路电源但电源切换时间达不到TSI系统的要求，这些都可能使系统因失电而失去监视及保护的功能，对机组的安全运行始终是一个隐患。
3 TSI系统维护的若干技术措施
在机组容量的不断增大的同时，对各保护系统的可靠性也提出了更高的要求，否则机组一旦出现保护拒动或误动都将使企业蒙受巨大经济损失，为了确保机组安全可靠的运行，结合上述的故障原因，从设计、安装调试及日常运行维护管理方法等各方面来完善提高TSI系统的运行可靠性。
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3.1 提高TSI的电源可靠性措施
1）TSI系统应配置两路可靠的AC220V电源冗余供电；各检测卡件用的24V电源尽量采用同层监视电源冗余及上下层间监视器电源冗余的布置方式，实现电源无扰切换，并有失电报警输出。原设计一路电源或两路电源切换时间达不到要求的，应进行改造或优化。
2）定期做好TSI系统的两路电源切换（切换时间应不大于5ms，保证TSI装置不会因失电重新初始化），电源切换过程各监测回路应正常无误（包括示值无跳变；无报警、跳机信号输出）。本特利7200系列在失电后重新上电时各监测回路会发出报警及跳机信号，机组运行中TSI系统需要停送电时，建议暂时将相关的保护退出后在处理。
3）各监测卡件报警及跳机信号扩展继电器的24V控制电源也必须有两路电源切换，用来防止一路电源失电时扩展继电器无法动作引起保护拒动。
3.2 规范现场探头的安装及调试
1）探头的安装位置要合理（根据厂家的技术要求安装），测量位移类的传感器如轴向位移及高、低压缸胀差等，在现场安装条件允许下尽可能采用高精度活动的刚性拖板来固定探头，特别是现有MMS6000或本特利3500系统都有智能线性化补偿功能，通过高精度的拖板进行校验可以将轴向位测量误差控制在±1％范围内，胀差测量误差控制在±2％范围内，使测量装置系统准确性大大的提高。
2）轴向位移、胀差等传感器的安装校验时，机务人员应先将大轴推至紧贴推力瓦块工作面位置时方可进行校验（现在也有部分机组的机械零位定在推力瓦块工作面与非工作面中间这需要对大轴进行两次推轴，计算出工作面与非工作面的间隙），轴向位移校验时测量的指示方向一般以大轴向推力瓦块工作面方向移动为正；汽轮机本体各瓦的轴承振动探头要加装防护罩盖住探头，防止机组运行中轴封蒸汽调整时，蒸汽外喷吹到探头引起信号误发；安装在轴承箱内的探头不能单靠弹簧垫片锁紧建议都加装金属锁片，防止紧固螺母振松。
3）根据《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》的第九项防止汽轮机超速和轴系断裂事故的要求，机械液压型调节系统的汽轮机应有两套就地转速表，有独立的变送器（传感器），并分别装设在沿转子轴向不同的位置上。该项要求主要是防止汽轮机机械调速器故障、主油泵齿形联轴器对轮损坏、转速开环失控的情况，提供对转速监视和故障判断的手段，转速探头不能全部安装前箱的齿轮盘上，建议在盘车齿轮处或轴系的其它位置安装一套转速探头。
4）探头的延伸电缆、前置器及信号电缆连接要正确、牢固，特别是没有铠装的延伸电缆要注意保护不要被轴承箱内的金属毛刺磨破损了，造成两点或多点接地；轴承箱内绑扎延伸电缆时建议不要使用塑料扎带，防止塑料扎带浸油后脆化松脱，尽可能使用细金属丝绑扎，轴承箱内的延伸电缆接头要用热缩管进行绝缘；轴承振动探头的延伸电缆要用线码紧固在汽机本体瓦盖上，不能有摇晃（特别是本特利3300系列的探头电缆摇摆会影响测量信号跳变），信号电缆敷设时要尽可能绕开高温部位及电磁干扰源，接地线按厂家要求统一在机柜端接地，并使C0M线和机柜地相连；TSI框架接地电阻必须小于lΩ。
5）探头与前置器要配对成套使用，厂家出厂时是成套检定的，混合使用可能会使部分探头的灵敏度达不到要求，智能型TSI系统各卡件灵敏度的设置也要与探头对应，否则将影响测量精度。
6）TSI系统探头的安装环境较复杂（高温且较容易浸油），普通电缆容易老化，建议TSI系统现场的信号电缆全部采用耐高温屏蔽电缆。
7）探头校验时要详细记录下安装调试中所涉及的所有数据并整理存档，以备日后核查分析。
8）正确设置各测量卡件的参数包括量程、报警及危险值等，并将组态数据上传进行备份。
3.3 保护逻辑合理完善
1）建议保护动作输出的跳机信号，采用常开且二路输出信号（继电器励磁跳机），常闭接点容易误动。TSI系统的报警信号建议尽量采用硬光字牌报警。
2）合理使用卡件报警及危险信号的自保持功能，防止自保持信号复位不及时引起的保护误动，特别是不同测点间保护信号串联使用时应考虑该因素。
3）对单点保护合理使用延时，可以避免一些因干扰引起的保护信号误发，延时时间要根据机组的实际情况定，要防止延时时间过长起不到保护作用。
4）轴承振动由于是单点保护在很多电厂投用的情况都不太好，现建议在每个轴承上安装双探头，通过降低报警定值，两个探头的跳机值分别与上对方的报警值并适当加入3～5秒的延伸作为保护信号，这样可以有效单探头故障时保护信号误发。
5）对新建机组或改造机组建议超速保护可采用两套，一套是TSI系统的DOPS（数字超速保护系统），一套是在DEH系统的转速3选2保护；现在还有部分机组的超速保护是通过油压的变化来判断超速的（即采用一次油压与总油压的压力变化作为超速信号）建议加装DOPS系统。
3.4 TSI各监测回路要定期检查及试验
1）利用机组停机备用或大小修的机会对现场的所有传感器的螺丝螺母进行检查紧固，紧固前置器与信号电缆的接线端子，检查各轴承箱内的出线孔是否有渗油，并记录各TSI测点的间隙电压，作为日后的数据分析。
2）振动探头利用机组大小修期间送检，探头校验合格后，在现场模拟送标准振源对整个测量回路进行校验（包括对应的指示值、报警值、跳机值的逻辑组合是否准确）确保监测回路正常，报警及停机信号能准确发出。
3）机组在A、B类检修后要利用转速校验台在现场模拟超速信号，检验超速保护三选二的逻辑、定值及输出接点是否准确可靠。
4）根据TSI系统各回路的动作条件及逻辑组合进行联锁试验，试验信号应尽可能在现场模拟发送。
5）由于TSI系统在电厂运行的环境是一个强电磁场环境，来自系统内部的异常和外部环境因素产生的电导偶合、电磁辐射等干扰，使高频信号较容易串入轴振及轴承振动的测量回路，引起测量信号波动，建议定期检查运行机组的轴振及轴承振动的历史曲线，查看信号是否有波动，如测量信号有异常应即时采取措施处理。
3.5 装置的传感器、前置器及监测卡件定期更换
TSI系统的每个传感器、前置器及监视卡件都必须详细记录其使用时间，根据使用的起始时间，对部分由于工作环境恶劣的探头、前置器，建议在两个大修周期内更换，部分探头是装在本体轴承箱内，一旦在机组运行中探头坏了更换起来较复杂，部分探头还需要停机才能处理；监测卡件可根据外观检查及校验数据决定是否更换。
3.6对TSI装置进行可靠性试验
结合各机组的实际情况，对TSI系统进行可靠性技术试验。以便日后根据试验结果对系统进行有效的维护管理。应定期对机组TSI系统进行可靠性试验，试验内容包括：对讲机电磁波干扰测试、延伸电缆接头开路测试、延伸电缆接头短路测试、摇摆延伸电缆测试、带电拔插卡件测试、瞬间停电在送电测试、模拟输入电压波动测试（～220V-～ 190V）。某厂对#2机组本特利3300/20及3300/45型卡件进行可靠性试验，发现延伸电缆接头松脱时卡件的报警及危险继电器均被触发动作，因此对TSI系统进行可靠性技术试验是很有必要的，可以根据试验结果采取有效的保护措施来确保装置运行的可靠性。
3.7 结合《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》、《火电厂热控系统可靠性配置与事故预防》的要求检查TSI系统各测点的安装位置、保护定值及逻辑组合是否符合规范要求。
4 结束语
正确规范地做好汽轮机本体监测系统的维护工作，减少TSI系统重复故障的发生，对机组避免不必要的误跳机和非计划停运都起到很好的预防效果，保证了机组安全稳定运行。
论文作者:吕国新
论文发表刊物:《电力技术》2016年第7期
论文发表时间:2016/10/18
标签：机组论文; 系统论文; 信号论文; 测量论文; 电缆论文; 电源论文; 轴承论文; 《电力技术》2016年第7期论文;