郭志軍

神華陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西榆林 719319

汽輪機監(jiān)測保護儀表（Turbine Supervisory Instrument，TSI），是一種可連續(xù)監(jiān)測汽輪機轉子和汽缸機械工作狀況的多路監(jiān)控儀表。它能連續(xù)地監(jiān)視機組在啟停和運行過程中的各種機械參數(shù)值，為DAS、DCS、ETS等監(jiān)控系統(tǒng)提供信號，當被測參數(shù)超過整定限值時發(fā)出報警信號，必要時提供自動停機的保護信號。此外它還能提供故障診斷的各種測量數(shù)據(jù)。目前國內大型機組用得較多的TSI有三種，它們是美國本特利內華達公司的3500系統(tǒng)，德國艾普公司的MMS6000系統(tǒng)和瑞士韋伯公司的VM600系統(tǒng)。此外，還有德國的申克、日本的新川公司的產(chǎn)品也有應用。它們?yōu)橹鳈C和輔機提供了軸承振動、偏心度、鍵相、軸向位移、缸脹、差脹、轉速、零轉速等監(jiān)測項目，在汽輪機的安全運行中起到十分重要的作用。

1 TSI系統(tǒng)的應用及可靠性分析

3500系統(tǒng)由美國本特利內華達公司于1995年正式推出。該系統(tǒng)采用數(shù)字電路技術，是計算機化的智能監(jiān)測保護系統(tǒng)，也是目前國際上較先進的系統(tǒng)。它是在本特利公司1988年成功地推出3300監(jiān)測保護系統(tǒng)基礎上開發(fā)研制的，具有操作簡單、使用靈活、維護方便、系統(tǒng)易于集成、與DCS系統(tǒng)采用網(wǎng)絡或串行數(shù)字通信，提供操作人員更多的機械保護信息、歷史數(shù)據(jù)儲存、報警事件追憶、計算機編程組態(tài)，一種模塊可組態(tài)成多種功能等特點，滿足了汽輪機組機械保護的需求。本特利3500儀表作為汽輪機一項主要監(jiān)測儀表，參數(shù)顯示的準確性直接影響汽輪機的安全運行，如果參數(shù)顯示不準，控制信號出現(xiàn)異常波動，嚴重影響機組主保護的正常投入。這些問題在其它機組也頻繁發(fā)生，一直困擾著電廠的運行人員和熱控檢修人員，并且在調試和試運初期及生產(chǎn)期間因此造成模塊損壞，試運期間儀表和保護不能更好投入，而機組一旦投運，處理這些問題相對較難。在統(tǒng)計某電廠18次TSI參數(shù)異常變化過程中，其中由于屏蔽線接地不好、多點接地或其它干擾引起的卡件故障、示值擾動出現(xiàn)問題最多，共統(tǒng)計次數(shù)的7次，占全部故障現(xiàn)象的39%，其次就是由于延伸電纜接頭松動或其它原因引起的參數(shù)異常占2次，占全部故障現(xiàn)象的12%，其它統(tǒng)計的現(xiàn)場故障比較孤立，不代表普遍現(xiàn)象。

2 系統(tǒng)故障分析

通過對大量TSI系統(tǒng)故障現(xiàn)象進行統(tǒng)計析得出：導致3500監(jiān)測儀表異常的原因主要有以下兩個方面。

2.1 信號干擾

從統(tǒng)計結果來看，信號干擾是當前3500監(jiān)測儀表顯示異常的主要原因，但如何才能解決這個問題，首先要知道干擾產(chǎn)生的來源和傳播途徑，只有屏蔽產(chǎn)生干擾設備或把干擾產(chǎn)生降到最低，切斷傳播途徑，增強設備的抗干擾性能，才能從根本上解決干擾問題。信號干擾主要分為以下3種：1）外部干擾：凡能在空間產(chǎn)生電磁場的電氣設備和輸電線路都能產(chǎn)生干擾。首先，電廠本身就是一個很強的交變電磁場，再加上380/220V及以上交流電的電磁干擾，在這樣的環(huán)境中電纜及控制設備必然會受到電容（靜電）耦合、電磁耦合等電磁干擾。再一個，電纜也是干擾的主要發(fā)生器，它向空間發(fā)射電磁信號；2）射頻干擾：指大功率的高頻發(fā)生裝置，比如凝泵變頻裝置，空冷變頻裝置，以及電氣裝置開、斷時產(chǎn)生的火花及電焊機產(chǎn)生的弧光等；3） 感應干擾：指信號電纜經(jīng)過較強的交變磁場時，耦合到信號回路中的干擾。

2.2 接頭、接線松動，速度傳感器性能異常

根據(jù)我們機組日常維護過程中總結信號不穩(wěn)定的原因還有以下幾點：1）延伸電纜與前置器或電渦流探頭接頭松動導致信號波動；2）前置器接線銅線插入深度不夠，導致接線松動信號波動；3）一瓦振動探頭經(jīng)常處于100℃左右的高溫，同時還要受到軸封漏氣的影響，使用一段時間后，出現(xiàn)性能下降的情況導致信號波動。

3 提高系統(tǒng)使用可靠性的建議

汽輪發(fā)電機組容量的不斷增大，蒸汽參數(shù)越來越高，熱力系統(tǒng)越來越復雜，需要監(jiān)視和保護的項目越來越多。現(xiàn)代大型汽輪機的金屬材料大部分在接近極限值的情況下工作，運行中如產(chǎn)生接近極限值的熱應力，就很容易造成汽輪機的損壞。同時大功率機組為了提高運行的經(jīng)濟性，級間間隙、軸封間隙等都選擇的很小。如果沒有按規(guī)定的要求進行操作控制，很容易造成轉動部件與靜止部件問的相互摩擦，引起汽封磨損、葉片損壞、大軸彎曲、推力瓦燒毀等嚴重損壞事故，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，為保證大功率機組的安全啟停和正常運行，需要采取有效手段，對汽輪發(fā)電機組本體的運行狀況和運行參數(shù)進行監(jiān)視和保護。TSI系統(tǒng)中，邏輯報警信號是系統(tǒng)功能的重要構成部分，保護邏輯報警信號是系統(tǒng)可靠性措施的核心目標。邏輯報警信號的可靠能夠降低單點信號保護造成的系統(tǒng)誤動情況發(fā)生率，對系統(tǒng)可靠運行具有重要作用。要保證本特利監(jiān)測儀表正常工作必須做好以下幾點：

1）合理優(yōu)化電纜排列層，將動力、控制、信號、計算機電纜分層敷設，減少相互干擾。在電纜敷設的前期，就要嚴格控制信號電纜和控制電纜的合并，阻隔相互干擾。電纜橋架應分為四層，分別為動力、控制、信號、計算機電纜。在敷設過程中跟蹤人員要全程跟蹤，確保所有3500系統(tǒng)的電纜都走在計算機電纜層。這樣，從電纜敷設上切斷相互干擾；

2）合理使用屏蔽電纜，屏蔽層達到正確、可靠的單點接地。（1）所有TSI系統(tǒng)的電纜為了防止電纜之間的互相干擾，每個信號都用自己的獨立三芯屏蔽電纜；（2）統(tǒng)一采用在盤側電纜一端接地法，即在電子設備間的TSI盤柜等為中心的單端接地，就地及其余盤電纜的另一端浮空。同時為了防止汽機前箱內的信號線磨損接地，汽機軸向位移、零轉速、脹差、偏心、健相全部信號的電纜全部懸空，并用白布帶綁好，對于容易碰磨損壞的地方，我們都用絕緣膠帶或白布帶進行防護，確保信號的單點接地；（3）在電纜敷設和電纜橋架封堵過程中，嚴格要求施工工藝，防止劃壞電纜保護層造成屏蔽接地，確保屏蔽層“一點接地”；

3）做好電纜橋架的可靠接地。我們借鑒了其它電廠的經(jīng)驗和技術，主通道的每節(jié)橋架間用φ10mm的裸銅電纜鋼射釘鉚接的方式相連，每隔4m～6m與就近的鋼結構用鋼射釘鉚焊接地，這樣可以有效地控制了電纜干擾的傳播和被干擾；

4）探頭和延伸電纜的接頭必須連接緊固，前置器接線要定期檢查?，F(xiàn)在電渦流探頭與延伸電纜的連接，接頭之間有互鎖裝置，只要在安裝時擰緊然后用絕緣膠布包好，這樣可防止振動接頭松動。但是還得利用停機機會對接線進行檢查緊固。前置器的接線我們只要在停機間隙進行拉動試驗，對掉出來的接線重新插接，就會確保接線緊固。對于監(jiān)測器接線我們利用每次停機機會進行緊線，但用力要適中，防止接線端子損壞。通過這些措施，有效的保證了這些信號的穩(wěn)定可靠；

5）有效改善#1瓦速度振動傳感器的工作環(huán)境，比如改造高壓缸軸封進汽回汽管道，讓管道位置降低，不要讓軸封管道與振動探頭盒太近，這樣可防止振動探頭溫度太高，損壞振動探頭。如果暫時不能改善設備工作環(huán)境，可對#1瓦速度振動傳感器利用停機檢修機會進行定期更換；

6）根據(jù)機組實際情況合理優(yōu)化振動跳機保護邏輯。比如為了防止保護誤動，我們在組態(tài)上是采用軸振（本瓦）振動值超標，并連鎖相鄰軸瓦振動報警值后機組跳機，這樣可有效的減少了保護誤動的情況的發(fā)生。

4 結論

3500系統(tǒng)是本特利內華達公司提供的第一套能夠被組態(tài)為多種冗余級別的系統(tǒng)，從單一模塊到雙重電源，再到完全的TMR(三重模塊冗余)組態(tài)。TMR組態(tài)有三個相同的監(jiān)測器通道(或可選的傳感器)，采用三選二規(guī)則和專用繼電器實現(xiàn)相互表決，使3500系統(tǒng)在任何情況下都不允許因電子故障或人為錯誤引起的電源、監(jiān)測器通道或傳感器發(fā)生誤動作或拒動作，大大提高系統(tǒng)的可靠性。汽輪發(fā)電機組系統(tǒng)中，TSI系統(tǒng)具有設備保護的重要作用，在實際工作中的重要性越來越明顯。而當前環(huán)境下TSI系統(tǒng)運行的可靠性存在著一些問題，對系統(tǒng)正常使用影響很大，極大削弱TSI系統(tǒng)的實際效果。必須采取針對性措施，進行有效管理與維護，才能保證TSI系統(tǒng)的可靠運行。

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