1、汽机 TSI 系统装置的安装及故障分析处理摘 要汽机 TSI 系统对机组的安全运行起着至关重要的作用，是发电厂最重要的保护系统之一。本文结合芜湖发电厂五期工程中使用的德国 EPRO 公司生产的 MMS6000 系列产品，简要地阐述汽机 TSI 系统装置的安装及故障分析处理。 关键词TSI 安装 故障分析处理 中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0053-02 概述 1.汽机 TSI 系统装置的组成及主要作用 汽机 TSI 系统即汽机监测仪表系统，是电厂自动保护系统中最重要的组成部分之一。该装置能连续不断地测量汽轮发电机组转子和汽缸的机械运行参数
2、，显示设备的运行状况，输出 420mA 和 010VDC 标准电流和电压信号至 DCS 系统，并在超过设定的运行参数时发出报警，达到极限值后向机组发出跳机信号。另外，还能提供可用于故障诊断的测量和闭锁保护节点输出。芜湖发电厂五期工程中使用的德国 EPRO 公司生产的 MMS6000 型 TSI 装置主要由探头、预制电缆、前置器和数据处理监测模块组成。 2.MMS6000 型装置的基本特点 可靠性：装置采用双电源供电和单端接地的方式，接线时就地和机柜均不使用端子排，采用屏蔽电缆直接从前置器至监测模块，前置器与探头之间采用厂供预制电缆。 安全性：系统在测量回路发生故障（传感器机械损坏、电缆开路或短
3、路）时，只发出“回路故障”信号，不会发出跳机信号，而其它产品此时均会发出跳机信号。 准确性：系统可进行 32 点的线性化补偿。TSI 系统在测量模块内中可对传感器的线性度进行在线补偿，这样即使传感器的线性度不能达到理想的要求，也可以真正做到轴系的实际位移量与输出指示完全保持一致。 灵活性：系统具有灵活的组态和状态查看功能。模块化设计可方便地组装成监视机组的完整的 TSI 系统，也可以只用来监测某些特定的测点。可与 DCS、DEH 等系统通讯或联接，也可以自成体系，作为特殊测量系统。运行参数或曲线可在 DCS、DEH、或其它二次仪表上显示，也可以在组态工具上显示。可联接其它在线故障分析诊断系统，
4、也可配备自身的在线故障分析诊断系统。 3.MMS6000 型装置探头的类型 （1）振动 测量和监视轴的绝对振动。660MW 机组通常有 8 道轴承，每道轴承上在 90 度夹角方向各安装一只复合式振动传感器，它包括一个接近式涡流传感器测量相对振动，和一个固定在机壳上的拾震式速度传感器测量机壳的绝对振动。传感器信号通过前置器，然后输出到监测模块，经模块处理后，输出到指示仪表。？ （2）相对差胀 相对差胀传感器利用接近式涡流原理来检测轴相对于汽缸的差胀。共有 3 只差胀指示仪表分别指示轴相对于高中压缸、两个低压缸的差胀值。 （3）绝对膨胀 绝对膨胀采用一只线性差动变压器式传感器，传感器本体固定在汽轮
5、机基础上，其铁芯固定在汽缸上，利用铁芯在差动线圈中的位移相对地输出一个与其成正比例的电压信号，指示汽缸膨胀。在高压汽缸左右分别安装一只传感器，共有两只绝对膨胀指示仪表。 （4）轴向位移 轴向位移是推力环对推力轴承的相对位置测量值，它含有两只接近式电涡流传感器。 （5）键相、转速 键相主要为了连续地监视振动信号相对于同步脉冲的相位，它含有一个接近式电涡流传感器。该接近式传感器感受固定在轴上的一个标记（例如槽或键） ，并提供每转一次的脉冲，作为相位角测量的参考基准。转速测量和键相类似，通过对齿轮的距离的变化来检测。 （6）偏心 偏心是在低转速的情况下，电涡流传感器系统可对轴弯曲的程度进行测量，它使
6、你能看到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。转子的偏心位置，也叫轴的径向位置，它经常用来指示轴承的磨损，以及加载荷的大小。它同时也用来决定轴的方位角，方位角可以说明转子是否稳定。 以上测量传感器，除绝对膨胀外，全部传感器都采用非接触式测量原理。所有测量信号除送指示仪表显示外，都转换成 420mA 的模拟信号送 DAS 系统， 作为操作员站画面数据显示；报警信号（开关量）作报警窗口报警系统使用，部分停机信号送至 ETS 机柜，作汽机保护用。 一、TSI 装置的安装 1.元件试装 在元件校验完成后，通常要求将一次元件试装，以检查安装孔是否有遗漏，大小是否合适，安装螺纹是否符合要求，安装支架是否能够
7、满足现场要求，能否合理准确地安装和定位于测量传感器和传感器支架上，这样做的目的是为了早期发现可能存在的问题，提前预控。 2. 元件安装 （1）轴承振动传感器探头的安装 在每个轴承处安装两只互成 90且垂直于轴承的振动传感器探头，探头与水平方向的夹角为 45，分别测量 X、Y 方向上的振动。一般涡流传感器涡流影响范围约为传感器线圈直径的三倍，因此传感器对应的测量宽度应为传感器直径的三倍，而且在传感器测量空间范围内不应有其它金属物存在，否则会带来误差。安装间隙电压应由传感器输出特性曲线确定的线形中点位而定，安装间隙电压应为-12V 左右。由于传感器线形电压范围大大超过测量范围，所以安装间隙允许有较
8、大的偏差，只要保证测量范围在线形段内即可，但为了满足故障诊断和可靠性的需要，一般要求安装电压-12V 土 0.2 V。 （2）轴向位移、高低压差胀传感器的安装 轴向位移测的是推力轴承相对汽缸的轴向位移，在机组运行过程中，使动静部件之间保持一定的轴向间隙，避免汽轮机内部转动部件和静止部件之间发生摩擦和碰撞。两只轴向位移传感器探头安装在推力瓦处。在安装轴向位移和高低压差胀传感器前，首先要把大轴推到零位，然后按要求安装，在安装探头的过程中严禁移动大轴。 （3）大轴偏心传感器的安装 偏心度的测量是监视大轴的弯曲程度。直接偏心是指瞬时偏心值，峰一峰值偏心表示的是轴弯曲正方向的极值与负方向的极值之差。偏心
9、的测量是通过偏心探头和键相探头共同完成的，键相探头监测轴上一个凹槽，当轴每转一周，在探头上产生一个脉冲电压，提供计算偏心峰一峰值的频率。探头的安装间隙电压都为一 12V，键相探头的安装不能正对着槽位安装。键相也为振动提供相位信号，以便对振动进行分析研究。 （4）转速探头的安装 汽轮机转速探头监测的是大轴上有齿的齿轮， 通过把监测到的脉冲电压序列转换成频率的信号，计算出汽机转速。探头安装距离一般为距齿端 1.0 mm，安装时用塞尺测量。 （5）其他注意事项 元件安装要综合考虑电缆的走向和布置，传感器与前置器之间连接的高频电缆型号、长度不得任意改变，接头应按厂家要求密封并绝缘浮空，规范连接测量线路
10、，部分探头在与汽机前轴承箱的连接时要注意密封效果，防止漏油。在轴承座引线密封前增加弯头，利用弯头使油自然回流，同时涂抹密封胶，利用密封胶和厂供橡胶接线器进行密封。当发电机、励磁机轴承座要求与地绝缘时，传感器外壳应对地浮空。 二、TSI 系统装置的故障分析处理 1.现场环境变化造成信号故障的分析处理 TSI 系统一次元件主要是电涡流探头，探头中有一线圈，前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入该线圈，产生一个轴向磁场；当被测金属体靠近这个磁场时切割磁力线产生电涡流，电涡流的大小随探头与被测体表面间的间距变化，并经延伸电缆送至前置器检波、放大，转化成随机械位移（间隙） 变化的电压信号。随着时间的推移原
11、先紧固的接头和接线，可能会因气候、氧化、周围环境等因素而引起松动造成接触不良，使信号出现波动。检查时将接头部分拧紧或把杂质清理干净，信号就能恢复正常。此外回路电缆的老化也是一个不容忽视的问题。在芜湖发电厂五期#2 机组整套启动期间，轴承振动不定期的发生测量值波动的现象。检查就地接线、前置器、探头和柜内卡件均无异常。更换卡件和前置器后，这一现象仍然存在。经过反复的排查后认为可能是该测量回路就地环境温度较高导致线路老化引起。将测量线路走向远离高温区后，信号恢复正常。同时汽缸周围漏汽也会造成探头和电缆的损坏，导致抗干扰差而引起误动，必须按要求更换耐高温电缆。 在测量转速信号时，信号线不是所要求的屏蔽
12、电缆，这样就有可能造成信号之间的干扰，导致信号偏差大，这种情况就必须按要求更换电缆，最好能做到一个转速信号对应一根电缆。 外部磁场变化也会对探头产生影响而引起误动作，必须消除外部磁场产生的影响。较为常见的是靠发电机侧振动信号故障，振动信号波动较大，并反复出现，原因是瓦轴承接地电刷接触不好，导致固定在轴承座上的支架带电，探头受到了强信号的干扰，导致信号失真。 为有效减少系统异常的发生，在安装、检修、运行、维护中，应注意满足以下要求：安装或检修后，要有可靠措施以确保延伸电缆的固定与走向不会出现损伤电缆的可能，信号要远离强磁场和高温区。有延长线的对接头部分一定要衔接好，并用热缩套管密封好。安装前置放
13、大器的金属盒应选择在较小振动并便于检修的位置，盒体要可靠接地。前置放大器应安装于金属盒中，接口和接线应检查紧固。 2.接地不规范造成信号故障的分析处理 TSI 系统对接地有严格要求，不正确的接地方式或者未接地直接影响系统的抗干扰能力。屏蔽线原则上在机柜侧接地，并尽量靠近框架处破开屏蔽层，使露出屏蔽层的接线尽可能的短。与其他系统连接时，应清晰其接地情况并保证单点接地。同时电缆屏蔽层在运行过程磨损，导致两点或多点接地，或者连接电缆屏蔽层未接地的话，也将会引起信号跳变。芜湖发电厂五期#2 机组在调试期间#3 轴承振动高高报警，在检查系统测量回路时，发现#3 轴承振动传感器的延伸电缆的屏蔽层在使用过程
14、中受到磨损，造成多点接地，在重新更换延伸电缆后故障消失。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。 3.电源不稳定造成信号故障的分析处理 目前 TSI 系统的供电基本上采用双电源供电，但仍有机组的系统采用单电源供电，或虽采用了双路电源但电源模块仍为单个。对于系统的可靠运行来说，单电源供电对系统运行是个安全隐患，所以系统应配置两路可靠的电源冗余供电（切换时间应不大于 5ms，并保证装置不会初始化） ，和至少两块电源模块实现装置电源间的无隙切换。MMS6000 系统设计的电源为两路单独电源经过电源切换继电器再经过抗干扰器送出一路电源。在施工阶段
15、，我们意识到万一在机组运行的情况下突然 TSI 系统失电可能会导致机组参数无法监控，甚至出现紧急停机的情况。在与业主和监理的沟通下，我们建议对 TSI 系统机柜进行改造，取消电源切换继电器，两路电源分别先经过抗干扰器再分别送至各个框架的两个电源模块，同时为卡件供电，这样就取消了电源切换继电器这个中间模块，同时增加了干扰器提高了电源的稳定性。在机组调试和运行期间未发生过由于 TSI 系统失电而导致的故障出现，受到了业主和监理的一致好评。4.保护逻辑和定值不合适造成信号故障的分析处理 目前国内运行的机组，不管容量大小和生产厂家的不同，汽机的报警和保护定值都统一为报警值 125um，跳机值 250u
16、m 左右。在机组实际运行过程中，经常会出现振动实际的最大值与保护动作定值相差无几的情况，这都是由于保护逻辑和定值不合适造成的。因此在芜湖发电厂五期工程中，业主在与汽轮机厂家协商的基础上将原来的振动报警保护定值（报警值 125um，跳机值 250um）修改为：报警值 125 um，跳机值机侧170 um，电气侧 180um。保护动作输出的跳机信号，采用常开且二路输出信号（闭合跳机） 。原设计绝对振动信号作保护的，改用相对振动信号代替。 为了机组可以更好的运行，我们还可以对机组的保护逻辑和定值做以下的一些优化与设计： （1）采用轴承的相对振动作为振动保护的信号源，并将逻辑优化为：本轴承的 X 向相
17、对振动达到跳机值且相邻任一轴承达到报警值时，本轴承振动保护信号动作。 （2）汽机轴向位移保护，原为单点信号或为二选二逻辑的，在条件允许的前提下，可以通过增加探头改为三选二逻辑或具备同等判断功能的逻辑输出。 （3）汽机高中低压胀差为单点信号保护的，为防止干扰信号误动，可设置 1020 秒延时。为加强信号坏点剔除保护功能，可以将胀差信号量程设置为不高于跳机值的 110%。如果设计时有二点胀差信号，其保护信号可以采用与门逻辑。 （4）汽机缸胀应有报警信号，如果设计有单点信号保护，建议应该取消。 （5）给水泵汽机本体如轴向位移设计为单点信号保护，在条件允许的前提下，可以通过增加探头改为三取二逻辑或具备
18、同等优选功能的逻辑输出。 （6）机组启动过程中，当汽轮机过临界转速时，其振动有可能比正常运行时大得多，为了避免出现人为投切保护，应充分利用装置的定值倍增功能或自适应功能（MMS6000 系统可以通过组态，利用软件的自适应功能，根据不同的转速区域设置不同的倍增因子，然后短接相应的外部端子来激活） 。 （7）超速保护均应采用三路独立的转速信号进行 3 取 2 逻辑判断（在 TSI 框架内或 DEH 内） 。 （8）TSI 的输入信号通道，应设置断线自动退出保护逻辑判断的功能。 （9）在 DCS 内，对振动信号设置偏差报警，为考虑接入保护回路和减少保护信号误动作做准备。 三、结束语 对于一名电建热控
19、安装人员，深入的学习、研究汽轮机控制和监测有着重要的意义。机组控制设备和监测仪表的安装好坏和精确对于控制机组的安全运行，提高机组整体能耗，有着绝对的重要性。学习先进的汽轮机 DEH 控制和 TSI 监测原理是基础，只有充分理解了才能重视手中安装质量，才能将我们电建质量跨上一个新台阶。 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 5190.42012S.北京：中国电力出版社，2012. 3 孙奎明，时海刚.600MW 级火力发电机组丛书：热工自动化M.北京：中国电力出版社，2006. 4 MMS6000 操作手册. 5 芜湖发电厂五期工程#2 标段热控专业施工组织专业设计.
