曾鶴

（中山嘉明電力有限公司，廣東 中山 528403）

某電廠三期項(xiàng)目配置有3套三菱M701F4型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)“一拖一”熱電冷聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，分別于2014年6月、8月和12月正式投入商業(yè)運(yùn)行。單機(jī)組配置為：1臺M701F4型低NOx燃?xì)廨啓C(jī)、1臺燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)、1臺無補(bǔ)燃三壓再熱自然循環(huán)余熱鍋爐、1臺蒸汽輪機(jī)和1臺汽輪發(fā)電機(jī)，以天然氣為燃料，額定負(fù)荷為460 MW。三期項(xiàng)目總裝機(jī)容量為3×460 MW。具體布置為每臺燃?xì)廨啓C(jī)均與1臺氫冷發(fā)電機(jī)相連，用于支持燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的輔助設(shè)備，包括進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、控制油系統(tǒng)、壓氣機(jī)抽氣和透平冷卻空氣系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)和燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)。蒸汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)順向布置，每臺汽輪機(jī)接收來自1臺余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，并通過蒸汽膨脹做功將熱能轉(zhuǎn)化為動能，并帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。配有汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)儀表（TSI）以保護(hù)汽輪機(jī)安全運(yùn)行。本次通過一個(gè)案例，從工藝安裝的角度來分析軸振探頭對機(jī)組安全運(yùn)行的影響。

1 TSI系統(tǒng)組成與基本原理[1]

汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)儀表特指汽輪發(fā)電機(jī)組的振動、軸向位移、差脹、轉(zhuǎn)速、偏心、鍵相等熱工參數(shù)監(jiān)控儀表的總稱，這些參數(shù)有別于一般的熱工參數(shù)，對汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行特別重要，所以發(fā)電廠把這幾個(gè)參數(shù)單獨(dú)放在一起，組成一個(gè)系統(tǒng)，稱作TSI系統(tǒng)。不管是燃?xì)廨啓C(jī)還是蒸汽輪機(jī)，均配置了TSI系統(tǒng)，在多數(shù)發(fā)電機(jī)組，基本采用本特利公司生產(chǎn)的TSI系統(tǒng)測量元件。

振動監(jiān)測模塊分為傳感器、前置器（信號處理單元）及監(jiān)視器3部分。

1.1 渦街式位移傳感器

渦街式位移傳感器原理為：通過傳感器端部線圈與被測物體（導(dǎo)電體）間的間隙變化來測物體的振動相對位移量和靜位移。傳感器的端部有一線圈，線圈通以頻率較高（1～2 MHz）的交變電壓，當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時(shí)，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體，使導(dǎo)體表面層感應(yīng)出一渦流ie，而ie所形成的磁通鏈又轉(zhuǎn)過原線圈，這樣原線圈與渦流“線圈”形成了有一定耦合的互感，最終原線圈反饋一等效電感。而耦合系數(shù)的大小又與二者之間的距離及導(dǎo)體的材料有關(guān)，當(dāng)材料給定時(shí)，耦合系數(shù)K1與距離d有關(guān)，當(dāng)材料給定時(shí)，K=K1（d），當(dāng)距離d增加，耦合減弱，K值減小，使等效電感增加，因此，測定等效電感的變化，也就間接測定距離d的變化。

1.2 前置器（信號處理單元）

由于傳感器反饋回的電感電壓是有一定頻率的調(diào)幅信號，需檢波后才能得到間隙隨時(shí)間變化的電壓波形。根據(jù)以上原理所述，為實(shí)現(xiàn)電渦流位移測量，必須有一個(gè)專用的測量線路。這一線路（稱之為前置器）應(yīng)包括具有一定頻率的穩(wěn)定的振蕩器和一個(gè)檢波電路等。從前置器輸出的電壓Vd是間隙d的電壓，它可分為2部分：直流電壓Vde，對應(yīng)平均間隙（初始間隙）；交流電壓Vac，對應(yīng)于振動間隙。

1.3 監(jiān)視器

通過現(xiàn)場信號的傳遞最終到達(dá)監(jiān)測器部分，監(jiān)視現(xiàn)場數(shù)據(jù)情況，提供機(jī)組保護(hù)信號，保證機(jī)組在健康狀態(tài)下運(yùn)行，并且監(jiān)測信息提供了動平衡和在線診斷數(shù)據(jù)，維修人員可通過診斷數(shù)據(jù)的幫助，分析故障原因，幫助提出預(yù)測維修方案，使維修更有方向性，減少維修費(fèi)用，提高汽輪機(jī)組的可用率。

2 案例分析

2.1 案例經(jīng)過

在2017-03-07T16：43：28時(shí)，機(jī)組DCS系統(tǒng)發(fā)出“汽機(jī)/發(fā)電機(jī)軸振非常高停機(jī)輸出”“ETS停機(jī)”等報(bào)警，汽機(jī)跳閘，事件曲線如圖1所示。

圖1 事故曲線1

在2017-03-07T16：53：09時(shí)，機(jī)組DCS系統(tǒng)發(fā)出“鍋爐主燃料跳閘”、燃機(jī)TCS系統(tǒng)發(fā)出“EXTERNAL TURBINE TRIP”等報(bào)警，余熱鍋爐聯(lián)跳燃機(jī)，事件曲線如圖2所示。

圖2 事故曲線2

2.2 原因分析

汽機(jī)跳閘的首出原因?yàn)椤捌麢C(jī)/發(fā)電機(jī)軸振非常高停機(jī)輸出”，從圖1中可以看到，汽機(jī)跳閘時(shí)，軸振的最大值達(dá)到369 μm，超過了軸振大保護(hù)跳閘的定值250 μm。觸發(fā)報(bào)警的振動信號值為一個(gè)尖峰的波動值，而與之測量相近位置的另一振動信號并未發(fā)生變化?，F(xiàn)場檢查軸振探頭安裝所在的端子箱，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場軸振探頭前置模塊受油污染，判斷應(yīng)為軸振信號異常誤發(fā)保護(hù)跳機(jī)信號。

燃機(jī)跳閘的首出原因?yàn)椤巴獠勘Ｗo(hù)信號跳閘”，即余熱鍋爐跳閘聯(lián)跳燃機(jī)。汽機(jī)發(fā)生跳機(jī)開啟高壓旁路閥后，因高壓旁路閥后壓力高全關(guān)高壓旁路閥，導(dǎo)致中壓汽包壓力快速下降，中壓汽包虛假水位上升至最高430 mm，超過保護(hù)定值400 mm，觸發(fā)了余熱鍋爐跳閘保護(hù)。

2.3 案例結(jié)論

由于#1軸承端子箱安裝于汽機(jī)機(jī)頭軸承回油箱靠中線以下位置，而安裝在回油箱內(nèi)的軸振轉(zhuǎn)速等探頭位置高于中心線，潤滑油通過延伸電纜內(nèi)部滲漏至端子箱內(nèi)。直到滲到軸振探頭前置器，端子箱內(nèi)的粉塵雜質(zhì)與油污一起影響該前置器，導(dǎo)致了事故的發(fā)生。

3 TSI系統(tǒng)振動波動可能存在的原因

不考慮外界因素干擾，例如雷雨天氣、探頭周邊有強(qiáng)電干擾等情況下，可能存在的原因有：①因長時(shí)間高溫運(yùn)行導(dǎo)致探頭發(fā)生故障，測量數(shù)據(jù)發(fā)生變化，報(bào)警達(dá)到臨界值，從而報(bào)警頻繁發(fā)生；②因機(jī)組運(yùn)行導(dǎo)致探頭高頻延伸，電纜有破損或有雜質(zhì)，擾動增加，信噪比提高，導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動；③因長時(shí)間運(yùn)行，前置器接線松動或前置器老化信息處理下降，導(dǎo)致振動數(shù)據(jù)波動劇烈。

因前2項(xiàng)需要等待檢修期間揭缸處理，所以先對前置器進(jìn)行判斷，經(jīng)過對#1軸承端子箱檢查發(fā)現(xiàn)，缸體內(nèi)的潤滑油通過高頻電纜內(nèi)層網(wǎng)狀屏蔽層的毛細(xì)現(xiàn)象和重力的共同作用，滲透到前置器接口位置形成油滴，油滴附著空氣中雜質(zhì)，再滴落到前置器，導(dǎo)致前置器被侵蝕，造成數(shù)據(jù)波動。

4 針對油滴侵蝕提出改造方案及確定工作方案[2]

方案一：使用特制緊固螺栓，壓住高頻電纜皮及線芯，使油滴無法滲透流出。當(dāng)前許多電廠采用了該方式，也有不少廠家生產(chǎn)該工藝。該方案存在以下幾方面的缺點(diǎn)：①緊固螺栓壓力不夠?qū)е聼o法達(dá)到阻擋油滴滲透的目的；②緊固螺栓壓力過大可能導(dǎo)致高頻電纜內(nèi)線芯破損，影響信號傳遞，降低測量效果；③特制螺栓需特殊定制，采購定做時(shí)間周期較長。

方案二：將前置器端子箱進(jìn)行加高處理，利用油的自重與滲透壓力的平衡。該方案需要對端子箱進(jìn)行移位，可能導(dǎo)致延伸電纜長度不夠，經(jīng)對現(xiàn)場對比及計(jì)算，對端子箱加高40 cm，使端子箱高于軸中心水平線，能夠達(dá)到利用油自重的目的，且現(xiàn)場端子箱不因貼在汽輪機(jī)缸上而產(chǎn)生較大振動情況。

方案三：將前置器倒置，即使形成油滴也不會進(jìn)入前置器。通過檢查分析，發(fā)現(xiàn)可以將前置器倒置，使油滴自然墜落到到端子箱下部。但是其缺點(diǎn)在于油滴滴落到端子箱內(nèi)，維護(hù)成本升高，且油聚集可能流入接線套管內(nèi)，存在安全隱患。

綜合上述改造方案，使用“方案二+方案三”組合式改造，即對前置器中間轉(zhuǎn)接箱進(jìn)行加高40 cm并將前置器倒置，使之達(dá)到延伸電纜內(nèi)油滴無法形成且無法侵蝕前置器的目的。改造前后工藝對比如圖3所示。

圖3 改造前后工藝對比圖

5 設(shè)計(jì)思路

優(yōu)化并深化設(shè)計(jì)思路，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對安裝位置做出優(yōu)化改進(jìn)；研究并摸清“毛細(xì)血管”現(xiàn)象，針對其制定整改方案，利用高度差將油“倒送”回去；統(tǒng)一前置器安裝方向（將前置器探頭引入位置朝下），確保即使再次發(fā)生漏油也影響不到前置器；采用雙冗余設(shè)計(jì)思路，提供雙重保障。

使用“方案二+方案三”組合式改造，對前置器中間轉(zhuǎn)接箱進(jìn)行加高40 cm并將前置器倒置，使之達(dá)到延伸電纜內(nèi)油滴無法形成且無法侵蝕前置器的目的。改造后，經(jīng)過長時(shí)間觀察，振動波動大現(xiàn)象不再出現(xiàn)，前置器端子箱內(nèi)無油滴形成，也無聚集現(xiàn)象發(fā)生。改造效果顯著，徹底解決#1軸承振動因前置器浸油導(dǎo)致波動大，機(jī)組運(yùn)行存在風(fēng)險(xiǎn)的隱患。

6 產(chǎn)生效益

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過以上分析，通過TSI系統(tǒng)就地端子箱的改造，徹底解決了機(jī)組軸承振動波動的問題。機(jī)組正常啟動時(shí)如振動信號發(fā)生劇烈波動將導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)動作，使機(jī)組解列，按當(dāng)前電網(wǎng)考核機(jī)制，損失將呈幾何上升，在廣東現(xiàn)貨交易試運(yùn)行階段，設(shè)備的可靠性是發(fā)電側(cè)需要實(shí)實(shí)在在關(guān)心的地方。除此之外，TSI系統(tǒng)前置器被侵蝕，需更換前置器，按該廠二期和三期每臺機(jī)組每年更換2個(gè)前置器的情況下，每年將為公司節(jié)省約5萬元。

6.2 社會效益

中國經(jīng)濟(jì)正在由高速增長轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定增長，而電力是支撐國家成長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。大型燃機(jī)同火電、水電、核電一起，都是支撐國家發(fā)展的主要發(fā)電方式。目前，中國的環(huán)境污染日益惡化，環(huán)保發(fā)電設(shè)備項(xiàng)目的上馬迫在眉睫，而燃?xì)廨啓C(jī)的環(huán)保性非常符合中國目前的國情，也符合中國的發(fā)展方向。中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，用電負(fù)荷的峰谷差也日益明顯，燃?xì)廨啓C(jī)的快速啟停性能也能有效幫助電網(wǎng)應(yīng)對較大的峰谷差，提高電網(wǎng)的供電可靠性，增強(qiáng)當(dāng)?shù)仉娫粗文芰Γ龠M(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

7 結(jié)束語

TSI系統(tǒng)是保證機(jī)組安全運(yùn)行的重要參數(shù)，對比該廠三期#6、#8、#10及二期#3、#4機(jī)組延伸電纜滲油現(xiàn)象，基本可以確定TSI系統(tǒng)轉(zhuǎn)接箱安裝位置偏低的情況下長時(shí)間運(yùn)行將對測量參數(shù)產(chǎn)生重大影響。本文可為各電廠存在的延長電纜滲油現(xiàn)象提供實(shí)踐性參考價(jià)值，保證各區(qū)域供電的可靠性及安全性；也可為當(dāng)?shù)卮蜈A藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。