摘要：许昌龙岗发电有限责任公司二期2×660MW工程汽轮机为哈尔滨汽轮机厂制造的660MW超超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、反动凝汽式汽轮机。汽轮发电机轴系参数测量采用德国epro公司的MMS6000型TSI系统。实现对偏心、键相、高压缸膨胀、低压缸差胀、轴振、轴承座振动、轴向位移、转速、零转速等信号的测量和判断。本文主要介绍了传感器安装方式和安装角度不当对测量结果的影响、轴振动安装孔与转子表面存在夹角导致振动测量值失真等典型故障及其处理过程。
关键词：TSI；电涡流；振动；轴向位移
许昌龙岗发电有限责任公司二期2×660MW工程汽轮机为哈尔滨汽轮机厂制造的660MW超超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、反动凝汽式汽轮机。汽轮发电机轴系参数测量采用德国epro公司的MMS6000型TSI系统,实现对偏心、键相、高压缸膨胀、低压缸差胀、轴振、轴承座振动、轴向位移、转速、零转速等信号的测量和判断。
1、TSI系统信号测量及系统配置
1.1 汽轮发电机轴系参数测量及TSI系统配置
1.1.1 轴向位移：轴向位移测点一共布置有三套，安装于前箱推力轴承后部的测量盘上，采用测量盘两侧布置，工作面装有两套，非工作面装有一套。为了保证三个测点显示一致，在轴向位移卡件逻辑组态内对工作面两个测点进行取反设置。传感器采用PR6424型传感器，量程范围±2mm，灵敏度4V/mm，配套CON021型前置器，输出电压-4~-20V。轴向位移卡件采用MMS6210型双通道监视模块，一共配置有三块，以保证汽轮机主保护参数测量的独立性和安全性。轴向位移保护开关量信号通过TSI系统继电器搭接回路实现三取二后送至ETS控制器，模拟量监视则通过监视模块输出送至DCS。
1.1.2 轴相对振动：轴相对振动每个轴瓦布置两支，一共18支，采用与水平方向呈45°角左右各一布置方式。传感器采用PR6423型传感器，量程范围±1mm，灵敏度8V/mm，配套CON021型前置器，输出电压-4~-20V。卡件采用MMS6110型双通道监视模块，一共配置有九块。振动保护形成机制为任意一支达到跳闸值与任意两支达到报警值，跳闸值开关量信号通过TSI系统继电器搭接回路实现后送至ETS控制器，报警值信号则通过监视模块送至DCS进行判断后送至ETS控制器和跳闸值进行“与”判断形成。
1.1.3 转速：包括键相、零转速、转速和TSI超速。键相传感器安装于前箱推力轴承后部的测量盘上，传感器采用PR9376型霍尔效应传感器，卡件采用MMS6312型转速/键相监视模块，通过卡件内部拨码开关实现汽轮机偏心测量。零转速和转速传感器安装于2号轴瓦60齿测速盘，传感器采用PR9376型霍尔效应传感器，卡件采用MMS6312型转速/键相监视模块，开关量信号通过监视模块输出送至DCS用于联锁启动盘车装置。TSI超速传感器安装于6号轴瓦88齿测速盘，传感器采用PR6423型传感器，量程范围±1mm，灵敏度8V/mm，配套CON021型前置器，输出电压-4~-20V，卡件采用MMS6312型双通道监视模块，超速保护开关量信号通过TSI系统继电器搭接回路实现三取二后送至ETS控制器。
1.1.4 偏心：偏心传感器安装于前箱主油泵前部，传感器采用PR6423型传感器，量程范围±1mm，灵敏度8V/mm，配套CON021型前置器，输出电压-4~-20V。卡件采用MMS6312型双通道偏心监视模块，与键相信号配套实现汽轮机偏心的监视和报警。
1.1.5 汽轮机膨胀：包括高压缸膨胀和低压缸差胀。高压缸膨胀安装于汽轮机前箱基座，左右各一，传感器采用PR9350型线性位移传感器，测量范围0~50mm，卡件采用MMS6210型双通道监测模块。低压缸差胀安装于6号轴瓦测量盘，传感器采用PR9350型线性位移传感器，测量范围0~50mm，卡件采用MMS6210型双通道监测模块，卡件逻辑内定义测量范围为-20~30mm，汽轮机方向为负，发电机方向为正。
1.1.6 轴承座振动：轴承座振动每个轴瓦布置一支，一共9支，采用垂直方向布置。传感器采用PR9268型电动式绝对振动传感器。卡件采用MMS6120型双通道监视模块，一共配置有五块。其信号形成机制为通过MMS6120型双通道监视模块直接输出4~20MA信号送至DCS，以实现对轴承座振动的监视。
2、典型故障分析及处理
2.1 传感器安装方式和安装角度不当对测量结果的影响
正确安装传感器是TSI系统对汽轮机轴系参数准确测量的前提。对于电涡流传感器来说，传感器在工作状态下，电感线圈向四周发射电磁场，磁场在被测体上形成电涡流，同时在临近的非被测体表面上也形成电涡流，它们形成与原磁场相反的磁场，改变传感器电感线圈的距离，从而改变仪表的正常输出。
若测量过程中在某一部位需要同时安装两个或两个以上的传感器，为避免交叉，两个传感器中间应保持一定的距离，直径为5mm的探头安装时应保持两个传感器端部之间的距离不少于38.1mm；被测体表面应为探头直径的3倍以上，且被测体表面不应有锤击、撞伤以及小孔和缝隙等，不允许表面镀铬。对于菲利普PR系列电涡流传感器来说，其传感器与被测体表面的安装夹角的有严格的要求：PR6422传感器与被测体表面垂线的夹角a<2°，PR6423传感器与被测体表面垂线的夹角a<2°，PR6424传感器与被测体表面垂线的夹角a<2°，PR6425传感器与被测体表面垂线的夹角a<2°，PR6426传感器与被测体表面垂线的夹角a<1.6°。安装示意图如图2-1所示[1] [2]。
图2-1 传感器正确的安装方式及安装夹角允许值
2.1.1 轴向位移支架问题
由于键相和轴向位移测量传感器均安装于推力轴承后部的测量盘上，借助于测量盘完成汽轮机键相和轴向位移参数的测量，因此，需在测量盘上安装两个支架分别用于安装键相传感器和轴向位移传感器。安装支架随汽轮机成套设备供应，4号机汽轮机TSI系统安装调试期间发现当测量盘上的键相槽随转子转动至轴向位移传感器侧时，正好正对其中一个轴向位移传感器，不能满足被测体表面大于传感器直径3倍以上且被测体表面无小孔和缝隙的要求，当汽轮机运行时很有可能造成汽轮机轴向位移大保护跳闸的危险，于是对轴向位移支架安装孔重新加工，从而避开键相槽对轴向位移测量的影响。如图2-2所示。
2.1.2 轴振动安装孔与转子表面存在夹角导致振动测量值失真
轴振动传感器借助于传感器套管深入轴承箱内部直接测量转子表面的振动情况，传感器在安装调试时将间隙电压调至-12VDC左右，而对于传感器端部与转子表面是否存在夹角的问题根本无法直观判断，因此随汽轮机成套设备安装于生产现场后，这类问题即很难被发现。3号机组自投产以来机组正常运行期间汽轮机3X向轴振动测量值一直都在10-20μm之间。曾经对传感器、延长电缆和前置器进行过多次更换，均不能解决，通过与Y向振动对调后排除测量系统问题。3号机小修期间，汽轮机翻瓦时打开与3号瓦轴承箱相连的2号瓦轴承箱后发现，3X向轴振动传感器端部与转子表面存在较大的夹角。于是对3号瓦轴承箱上部的X向安装孔重新开孔加工后，保证3X向振动传感器端部与转子表面平行，该问题才得到彻底解决。安装孔改造前后安装效果图如图2-3所示。
图2-2 轴向位移安装孔移位前后示意图
图2-3 安装孔改造前后安装示意图
安装孔改造前后，在汽轮机冲转期间测得的3X向振动情况对比如图2-4所示。
图2-4 安装孔改造前后汽轮机冲转期间振动对比曲线
3.结束语
TSI系统是电厂汽轮机运行的重要系统，同时又由于其独立于DCS控制系统之外，没有更加直观的监视手段，所以说，其也是比较难以维护的一套系统。我公司二期3、4号机660MW机组自2009年投产以来，在TSI方面也曾出现过诸如延长电缆接头松动导致振动波动、轴承座振动至TSI机柜电缆接地导致显示值坏质量、转速探头间隙调整不当导致探头损坏等一系列问题，这里仅仅是挑选出几个比较典型的问题与大家共同讨论、学习和分享，以达到共同提高TSI系统运行维护水平的目地。
参考文献
[1] 华东六省一市电机工程（电力）学会. 热工自动化. 中国电力出版社，2000
[2] 德国epro公司PR6422...PR6426系列传感器产品说明书
作者简历
张艺，助理工程师，许昌龙岗发电有限责任公司。
论文作者:张艺
论文发表刊物:《电力设备》2016年第24期
论文发表时间:2017/1/16
标签：传感器论文; 汽轮机论文; 测量论文; 位移论文; 夹角论文; 体表论文; 轴向论文; 《电力设备》2016年第24期论文;