福建福清核电有限公司 福建福清 350300
摘要：国内某核电机组汽轮机轴瓦温度监视与保护逻辑由东方汽轮机有限公司设计，采用同一轴瓦两个温度信号共同送入同一温度处理卡件进行监视与保护使用，存在单一故障导致汽轮机保护跳机风险。此次研究主要针对原设计中存在的单一故障，进行轴瓦温度信号的可靠性提升分析，给出可靠性提升策略，总结问题处理方法，为后续汽轮机轴瓦温度监测与保护的设计提供借鉴与方向。
关键词：汽轮机 轴瓦温度 监测与保护
1.
1.1轴瓦温度信号测量现状
某核电厂汽轮机轴瓦温度信号采用送入GME（汽轮机监视系统）机柜内进行处理方式。GME系统使用EMERSON MMS 6000平台，主要由传感器及其智能处理模件组成，用于连续地监测汽轮机组的各种重要参数，当被监测对象超过模件中预设的门槛值时，系统能送出一个对应的开关量信号到保护系统中并做出相应的处理，使得这些故障在引起严重的损坏前能及时地遮断汽轮发电机组，保证机组的安全。
汽轮机组同一轴承瓦前与瓦后温度信号由探头侧输出到对应温度变送器，共同送入GME机柜内同一A6620卡件进行处理，当同时触发高报定值后，对应继电器动作，触发跳机信号。信号简图1。现场布置情况为同一轴瓦瓦前瓦后温度变送器布置与同一接线盒内，上游电源由同一端子排输出。
.png)
图1 轴瓦温度信号通道简图
1.26000系统介绍
MMS6000 监测保护系统是 1 套采用先进的微处理器技术，功能较全的监测系统，可通过工程师台对该系统各模件进行组态，可以通过串行通讯按MODBUS 协议与DCS系统进行数据交换，也可以通过各个测量通道的 4 ~ 20 mA 或 0 ~ 10 V 输出与外系统相连。该系统检测元件由电涡流传感器、磁敏电阻式传感器、速度器等组成，这些传感器准确可靠、性能优良。
MMS6000系统由适合 62.7 cm标准框架的具有不同功能的模件组成。其中包 括：A6110-轴振测量模件；A6120-瓦振测量模件；A6210-轴位移/ 胀差测量模件；A6220-轴偏心测量模件；A6312-转速测量模件；MMS6823R通讯模块。
MMS6000系统通讯功能主要使用MMS6823R通讯模块，MMS6823R通过RS485总线不断地访问连接在总线上的MMS6000模件来实现数据实时采集功能，同时将接收到特征值数据和报警及模件状态数据转换成标准MODBUS协议和TCP/IP协议输出。
MMS6823R通过RS485通讯口与MMS6000汽轮机监测保护系统的RS485总线连接，获取MMS6000系统各测量模件的实时数据。由于数据直接取自测量模块，无需中间处理，因而具有其它采样方式无可比拟的精度。系统采用同步整周期方式采集数据，采样点数可选，最大采样点数为1024。可采集起/停机（瞬态）和稳态的振动数据及相关过程参数。
系统从瓦振和轴振得到动态信号，从轴位移、偏心和差胀测量模件等得到静态信号。从转速模件获得设备的转速和键相信号。
数据采集，通讯服务程序采用多线程技术，各MMS6000模件通道的数据读写操作全部并行化，每一个串口都由一个单独的线程来完成读写操作，保证通道之间的数据是同步的。第二至第九号串口被用来连接MMS6000系列模件，其中每一串口可连接最多12个模件，每一个模件有两个通道，这样最多可以连接8×12×2＝192个通道。
通过局域网按照TCP/IP通讯协议将实时数据送到MMS6851服务器，同时将接收到的实时数据转换成标准MODBUS协议（RTU、ASCII可选），MMS6823R作为从站与DCS或DEH等系统（主站）通讯。
Modbus通讯：第14、15串口RS485为Modbus通讯端口，MODBUS输出可以选择RTU或ASCII协议，可由XML配置文件的Modbus字段来设定。从MMS6000接收到特征值数据和报警及模件状态数据可以被与MMS6823R相连的其他系统访问。
TCP/IP通讯：MMS6823R将接收到的特征值数据、波形数据和报警及模件状态数据转换成标准TCP/IP协议，可通过以太网TCP/IP接口输出。这些数据可以被与之相连的振动分析系统访问并调用显示。
1.2度信号测量可靠性分析
某核电汽轮发电机支持轴承由一块底部轴瓦、一块侧轴瓦和一块上轴瓦组成。支持轴承的温度由底部轴瓦的两个温度传感器测量。高压支持轴承的温度由GGR 301MT和GGR 311MT传感器测量。中压支持轴承的温度由GGR 302MT和GGR 312MT传感器测量。低压1前支持轴承的温度由GGR 303MT和GGR 313MT传感器测量。低压1后支持轴承的温度由GGR 304MT和GGR 314MT传感器测量。低压2前支持轴承的温度由GGR 305MT和GGR 315MT传感器测量。低压2后支持轴承的温度由GGR 306MT和GGR 316MT传感器测量。发电机前支持轴承的温度由GGR 309MT和GGR 319MT传感器测量。发电机后支持轴承的温度由GGR 310MT和GGR 320MT传感器测量。推力轴承位于中间轴承箱中，推力轴承的温度由前轴瓦GGR 340MT和GGR 342MT中的两个温度传感器及后轴瓦GGR 341MT和GGR 343MT中的两个温度传感器测量。温度传感器为热电偶测量元件，热电偶温度计与瓦块接口示意图如图2
.png)
图2热电偶与瓦块接口图
目前轴承金属温度信号通道设计中，存在以下两个问题：
问题1：现场同一个汽轮机轴承的前后瓦温度信号布置在同一个接线箱内，该信号2取2跳机，目前设计上使用同一路电源供电，一旦发生接线松动、电源回路保险故障，可能造成汽轮机同一轴瓦温度同时失去监视情况；
问题2：GME机柜中，每个温度处理模块A6620卡件中布置了4个温度信号，分别为同一个轴承的前后瓦的温度，一旦该模块损坏，存在汽轮机误跳或者失去监视风险。
调研机组运行情况，汽轮发电机LP2前支持轴承瓦、LP2后支持轴承瓦瓦、发电机前支持轴承瓦、发电机后支持轴承瓦前后温度GGR305/315MT、GGR306/316MT、GGR309/3199MT、GGR310/320MT均分别出现过主控显示-0.0，电源回路保险故障的缺陷，导致汽轮机轴承金属温度失去监视，严重威胁核电机组安全稳定运行。
2.温度信号可靠性提升策略
2.1分析
为解决上述问题1，需通过现场增加就地接线盒，将构成跳机逻辑的信号分布在不同接线盒，增加10根控制电缆，将两个温度变送器的供电分别供电。
为解决上述问题2，GME系统机柜构成跳机逻辑的信号分布在同一模块内。可通过重新分配信号，将构成跳机逻辑的信号分布在不同模块内，并重新分配各点的地址以及对应的指示、触点接线。
2.2升策略
现场通过新增就地接线盒安装，将所有测量轴瓦瓦后的温度变送器由原接线盒拆除，安装至新增的接线盒中，确定温度变送器输出特性良好。
新增10根控制电缆至GME机柜，确保同一瓦块前后温度测量变送器为分别供电。可靠性提升后现场布置示意如下图，每个轴瓦温度信号皆为单一接线盒布置，且为单独供电。
.png)
图3 提升后现场布置示意图
对于GME机柜内修改，将机柜断电后，新增供电端子排007BN，新增温度处理卡件A6620，将机柜内部接线至各卡件部分进行接线修改，针对跳机继电器接线进行修改。机柜上电后，各卡件显示正常无故障，进而对GME至DCS通讯地址修改，对各卡件进行重新组态，验证温度信号通道正确性，验证跳机信号功能。
结语
通过对汽轮机轴瓦温度信号的可靠性提升，保证了轴瓦温度信号在如机柜内失去一路供电、供电回路保险烧毁、接线松动、温度处理卡件故障等情况下依旧能实现轴瓦温度监视保护功能，保障机组安全稳定运行，不会使机组因为以上这些情况而导致机组误跳机。此次可靠性提升不仅取消了原设计存在的单一故障，提高系统可靠性，同时保证机组安全运行的冗余性，还兼顾轴瓦温度信号的安全性和可控性。本文针对汽轮机轴瓦温度信号的可靠性提升策略，为其他核电机组轴瓦温度监测与保护提供了借鉴，为设计院及厂家提供了设计方向。
参考文献
[1]陈友兴，王召巴，赵霞，金永.固体火箭发动机封头界面粘接相控阵超声检测技术可行性研究[J].固体火箭技术，2014（31）.
[2]单宝华，喻言，欧进萍.海洋平台结构超声相控阵检测成像技术的发展及应用[J].海洋工程，2015（123）.
[3]靳峰，汪毅，李世涛，张武能.汽轮机叶片叶身超声导波检测技术研究[J].汽轮机技术，2013（55）
论文作者:张志强1,唐琴2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年20期
论文发表时间:2020/1/8
标签：轴瓦论文; 温度论文; 信号论文; 汽轮机论文; 测量论文; 轴承论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2019年20期论文;