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TSI系统安装调试与维护的研究

  • 来源: 大发彩票华中电力试验研究所
  • 作者: 张东海
  • 发布时间: 2017-03-01

1.汽轮机TSI系统概述

1.1.TSI系统监测内容

(1)位移测量:轴向位移、高中压缸胀差、低压缸胀差、热膨胀(缸胀)。

(2)状态测量:轴振动、轴承振动、偏心。

(3)转速测量:转速、零转速、键相。

1.2.汽轮机TSI系统测点布置

(1)转速:共计9个传感器,布置在前箱,其中3个无源磁阻式传感器进DEH系统、4个霍尔传感器进TSI系统(含1个零转速)、1个有源磁阻式进就地转速表、1个发电机侧转速。

(2)键相:2个霍尔传感器,进入TSI系统,其中一个为电气功角测量用。

(3)胀差:3个电涡流传感器,高压缸胀差1个传感器、低压缸胀差2个传感器(串联测量)。

(4)轴向位移:3个电涡流传感器,分布在2号轴承箱推力轴承附近。

(5)轴振:16个电涡流传感器,分布在1~8号轴承的X、Y向上。

(6)盖振:8个磁电式速度传感器,分布在1~8号轴承盖上。

(7)缸胀:2个LVDT传感器,分布在汽机前箱左右两侧。

(8)偏心:1个涡流传感器,需要与键相信号配合使用。


2.TSI系统安装及调试

2.1.TSI系统调试

TSI系统的调试过程一般分为三个阶段,静态调试、动态调试、系统联调。静态调试是使用信号发生器模拟出信号对装置进行调试称为静态调试,静态调试主要是对机柜的调试。动态调试是将传感器、前置器、监测模块等监视通道中的各部件连接在一起进行调试。系统联调是TSI系统与DCS、DEH、ETS系统间的信号联动调试。

2.2.TSI系统安装调试中应注意的问题

(1)TSI机柜接地点接触牢固,不应有松动或虚焊的情况。某600MW机组,430MW运行时,给水泵汽轮机2X向轴振信号值一直跳变,最高值超过振动保护值,保护动作;经查原因是机柜的接地点接触不牢固造成的。

(2)前置器要绝缘安装,远离高温环境的地方,其周围环境应无明显的蒸汽和水珠、无腐蚀性的汽体、干燥、振动小、前置器周围的环境温度与室温相差不大的地方。

(3)探头延伸电缆的长度要与前置器要求的一致,任意的加长或缩短均会导致测量误差,而且要接触牢固。某电厂#3机组的轴向位移A,其测量值由0.1mm瞬间跳变为-0.91mm、-1.67mm后又自行恢复,且反复出现。经仔细检查,发现异常原因为探头延伸电缆与前置器的接头松动引起,将其拧紧后信号恢复正常。

(4)电涡流传感器的探头、延伸电缆、前置器,三者是一个整体,是成套校验的,有相应的阻抗和特性曲线。现场安装时注意三者的一致性,不能与其它信号错用,否则会带来附加误差。

(5)信号电缆按要求使用三芯屏蔽电缆,一个信号一个电缆不能多个信号共用一根多芯电缆。某机组运行期间,发现有一转速信号不稳定。汽机实际3000转/分时,最低显示2000转/分左右。经分析可能是现场存在干扰,检查信号屏蔽电缆,发现信号线不是所要求的三芯屏蔽电缆,而是一根多芯的电缆,这样就有可能造成信号之间的干扰。最后通过把多芯线上的部分信号转移到其它备用芯上,转速恢复正常。

(6)信号电缆的屏蔽层要可靠接地,带有总屏、分屏的电缆,原则是分屏上端子、总屏接在接地铜排。2006年某300MW机组在基建期168小时试运期间因轴振大跳闸,经查TSI机柜的信号电缆屏蔽线在机柜侧接地不牢固造成的。

(7)信号电缆不应有备用芯,如有备用芯,则备用芯必须在机柜侧单点可靠接地。

2.3.转速、键相测量系统安装调试

(1)安装时有些探头不能正对测试齿的顶部,此时需要盘动转子,使齿顶正对转速探头。安装时使用塞尺调整探头与被测面的距离,1mm左右即可;磁阻式探头为无源传感器,属被动式测速,安装间隙为0.9mm较合适;霍尔和电涡流探头为有源传感器,属主动式测速,测量精度高于磁阻式,安装间隙一般为1.0mm左右即可,尤其是霍尔探头安装间隙小于0.9mm时,卡件易报通道故障。

(2)在机组启动前必须进行严格的模拟实验,保证电超速保护万无一失。根据转速信号的测量原理不同,其仿真也有区别,对磁阻式探头模拟转速,需固定信号发生器中交流电压的幅值,改变频率即可模拟转速;对于霍尔和电涡流式探头,则需要叠加一个直流电压,固定交流电压幅值,改变交流电压频率即可模拟转速。

(3)键相的安装要求,凹槽或凸台要足够大,以使产生的脉冲信号峰峰值不小于5V(API670标准要求不小于7V)。一般若采用φ5、φ8探头,则这一凹槽或凸台宽度应大于7.6mm、深度或高度应大于1.55mm(推荐采用2.5mm以上)、长度应大于10.2mm。凹槽或凸键应平行于轴中心线,其长度尽量长,以防当轴产生轴向窜动时(在所有的运行温度以及机器的转速范围内),探头一定要对着对着凹槽或凸键。凹槽和凸台的区别是产生的脉冲电压不同,一为负脉冲,一为正脉冲,当用键槽时,探头的安装和调整应该以轴的表面为准;当用凸台时,应以凸台的表面为准,若以轴表面为准,则会把探头打坏,因此建议用键槽更好些。

(4)安装调试应注意的问题

a) 霍尔传感器上的方向标记线与转子轴向平行。

b) 传感器安装间隙及方向是否受膨胀影响;

c) 屏蔽线应单点接地,接地可靠性检查;

d) 转换卡键组态检查:门槛电压、测量齿盘齿数、报警及保护定值、输入及输出量程检查等;

e) 首次盘车时的检查,磁阻式探头在汽机转速低时不能正确显示转速,一般情况下约50r/min以下DEH中监视不到转速,盘车时要监视TSI侧转速或就地转速表。

2.4.振动、偏心测量系统安装调试

(1)根据电涡流测量振动信号的原理,由于前置器输出为“交流分量叠加在直流分量”,这样就可以通过信号发生器进行仿真,在直流分量回路中串联一个直流电压值(比如9VDC电池)的方法满足要求,通过固定交流电压的频率,改变交流电压的幅值进行模拟振动信号。可以用以下公式计算交流电压幅值的调整量,ΔV=L×Lv,其中:ΔV为所加的交流电压值mV,L为振动幅值(峰峰值)um,Lv为单位振幅对应的电压值(灵敏度)mV/um。

比如想要得到100um的振幅信号,传感器灵敏度为7.87mv/um,那么需要在输入端加入787mV的交流电压(峰峰值),万用表测出的有效值为787÷2×0.707=278.2mV。

(2)发电机侧#7、#8轴振铠装延长线需要进行探头到前置器的全程绝缘,防止发电机侧通过探头延长线的钢铠接地。

(3)轴振探头现场安装定位时,理论值应按照-12VDC(线性范围-4~20VDC为例)定位。但考虑安装探头的套管受热膨胀及冷态时顶轴油顶轴、热态时润滑油油膜因素,会使探头与被测面间隙变小,厂家说明书认为零点电压误差不超过±2V。

(4)轴承振动测量元件使用epro系统PR9268传感器,发电机侧的盖振就需要绝缘安装,PIN5(保护地)必须单独引出来接地,一般情况下引到TSI机柜侧接地,详见图3。

2.5.轴向位移、胀差测量系统安装调试

(1)轴向位移保护是汽机保护中的一项,因此必须进行信号仿真工作。根据位移的测量原理,直流电压的多少与实际位移量是一一对应的。因此可以直接在回路中加直流电压信号,如果信号发生器的电压不够的情况下,可在回路中串联一个干电池,通过这种方法可定量的模拟出位移信号,完成位移信号量程、报警、保护等信息的检查,完成保护模拟仿真动作。

(2)轴向位移和胀差的定位需要知道转子的位置,锁定电气零位之前,转子必须在机械零位或由机务专业给出转子位置。一般采取推转子方法,正反方向都推2~3次,以测量推力间隙的值(设计值0.46~0.51mm)。推转子之前要架设千分表,转子推到机械零位后千分表不要去掉,以便在拉线性和定零位期间监视转子是否移动。千分表最好架设6块,推力盘2块表(轴的左右侧各一),球面推力瓦2块表(轴的左右侧各一),推力瓦瓦枕2块表(轴的左右侧各一)。这样可以计算推过头的量,在锁定零位时进行修正。如某厂#2机组在推轴时(2014/12/30)没有启动顶轴油泵,这样的话用的千斤顶的力要大些,所以推过头了,转子推力盘动作1.03mm,同时带动推力瓦所在的球面也向发电机方向动了0.79mm,同时球面带动瓦枕动了0.1mm。

(3)设定轴向位移方向,卡件的组态中方向要与转子的推力方向一致,推力盘向发电机侧移动为正还是向机头侧移动为正,根据厂家要求定。

(4)线性采集,利用千分表和位移支架进行线性采集工作,将采集的线性数据填入组态,下装组态后再进行线性复查。

(5)电气零位的锁定,线性采集完成后观察千分表的示值是否在机械零位的那个示值,确定转子还在机械零位后即可进行电气零位的锁定。

(6)双探头补偿式测量低压胀差时需注意交叉电压的设置,现场实际测出的位移-电压特性与制造厂给定的位移-电压特性有差别。由于位移-电压特性的不可调整,而且又是非线性误差,所以要特别注意交叉电压的调整,避免出现因交叉电压设置不正确,导致两个探头测量时在接力点附近的位移值出现跳变。

3.问题示例分析

3.1.示例1:无源磁阻式测速传感器输出电压与测量模件输入电压不匹配出现的转速不稳定现象处理

机组试运过程中,当小汽机转速在3100r/min以下时.转速测量值能够真实反映实际转速;当小汽机升速至3100~3600r/min时,转速测量值急剧增大且波动剧烈,两两转速偏差可达100r/min左右:当升速至3600~4300r/min时,测量值恰好为实际转速的2倍。

对于常见的渐开线型测速齿轮,磁阻式转速传感器产生的感应电动势波形近似为正弦波。测量模件对正弦波输入电压进行模数转换后,送入控制器进行计算获取齿轮转速。一般来讲,测量模件都有其低限电压V1和高限电压Vh,其输入电压U需满足V1≤U≤Vh,否则输入电压U被标记为零,波形见图4。

对某一磁阻式转速测量系统,当测量模件的输入电压U满足V1≤U≤Vh,测量模件能够进行正常采样:随着齿轮转速的升高,传感器产生的交变感应电动势E逐步增大,测量模件的输入电压U也随之增大;当U>Vh时,测量模件就会进行“削波”:即当模件的输入电压U沿上升沿达到Vh时,测量模件会进行一次采样;当u>Vh时,输入电压U被标记为零;当U经过峰值后沿下降沿达到Vh时,测量模件就又会进行一次采样。

当测量模件的输入电压U超过其高限电压Vh时,经“削波”后,一个波就会进行2次采样,从而导致此时经计算获得的转速测量值剧烈波动。当转速继续升高至某一值时,测量模件对其输入电压的每一个波都会进行2次采样,因此,此时获得的转速测量值为实际转速的2倍。

可通过并联电阻或电容的方法,降低测量模件的输入电压。并联电阻可避免由并联电容而可能引起的谐波振荡现象。因此,在条件允许的情况下优先选用并联电阻的方法。并联的电阻后转速测量系统正常,运行稳定。

3.2.示例2:TSI模件故障跳机

2015年7月29日15:05,#2机组TSI画面中各轴承振动、轴向位移、高中低压缸胀差指示异常均变负数并不停闪动。15:06,#2汽轮机跳闸,联动锅炉MFT、发电机解列。

15:06到#2电子间,检查并确认了低压差胀大触发跳机(当时低压胀差值-9.68mm,跳闸值为-9.00mm),紧接着对TSI柜检查,结果发现了两处异常。一、#1、2瓦振卡件OK通道灯不亮,测量卡件的供电电源正常,判断#1、2瓦振卡件(A6120)故障。二、低压缸胀差卡件(A6210)停机输出灯亮,就地实测#1探头输出电压为-15VDC,#2探头输出电压为-17VDC,由此电压计算出的理论胀差约为10mm左右,而低压缸胀差卡件实际输出为-9.68mm,判断卡件本身故障。15点30分,更换#1、2瓦振卡件和低压缸胀差卡件,#1、2瓦振和低压缸胀差值均恢复正常。

24VDC电源瞬间故障后自动恢复,各卡件重新启动,恢复到故障前数值。然而低压胀差数值保持一直在-9.68mm,没有恢复到原来数值。根据实测电压计算,应该显示+10mm。由此判断,在电源故障时低压胀差卡件受到冲击,卡件的部分功能受到损坏,导致显示数值计算不正常。

TSI柜24VDC电源在15点06分02秒消失,2秒后恢复正常,此时24VDC电源装置的供电220VAC电源没有消失。可以判定TSI柜220VAC电源供电正常,问题可能在24VDC电源装置或24VDC用户。

检查更换下的卡件A6120、A6210,发现瓦振卡件A6120K1、K2处缺少元件,查看同类型的卡件此处均有一个二极管,随后在TSI机柜内查找发现脱落在柜内的2个二极管,用万用表测量发现,反向均导通,另一个正常。由此可知,有一个二极管出现了短路,造成瞬间电流过大,致使TSI柜24VDC电源模块过载保护动作,没有电压输出。

24VDC电源瞬间故障后自动恢复,各卡件重新启动,恢复到故障前数值。然而低压胀差数值保持一直在-9.68mm,没有恢复到原来数值。根据实测电压计算,应该显示+10mm。由此判断,在电源故障时低压胀差卡件受到冲击,卡件的部分功能受到损坏,导致显示数值计算不正常。

建议:(1)对TSI柜内卡件加强巡视,重点关注卡件的状态指示,输入输出电压是否正常,卡件温度是否正常等,发现异常立刻采取措施处理。

(2)对于低压缸胀差等单点保护,是否可以通过增加测点的办法做到保护冗余或增加延时进行防误动处理。

4.TSI系统维护

4.1.系统维护管理

(1)TSI探头第一次安装前和校验周期到期后的检修安装前,应提交有资质的检定机构出具的正式校验合格报告。

(2)振动探头处应贴有警示牌,严禁磁性物体接近探头,在离探头5米处严禁使用步话机通话。

(3)TSI系统的涡流探头、延长电缆和前置器,须成套校验并随机组大修进行,但瓦振探头的校验周期不宜超过两年。为消除轴向位移、差胀探头浸油后带来特性的少许变化,探头新安装前或检修时,宜放在润滑油里浸泡1-2天再进行线性校验。

(4)运行时,定期检查振动等信号的历史曲线,若有信号波动现象,应引起高度重视,及时检查传感器的各相应接头是否有松动或接触不良,电缆绝缘层是否有破损或接地,屏蔽层接地是否符合要求等,若有异常及时处理。

(5)联锁试验时,对TSI系统的每个保护进行一一确认(对既有硬逻辑又有软逻辑的保护系统,联锁试验单上要特别注明,并分别进行试验)。

(6)汽机、小机启动或运行中,一旦出现TSI信号异变,应立即通知热工人员,检查原因并保存异常现象曲线,注明相关参数后归档。

(7)如果存在卡件故障,在重新下载组态前,应确认系统可以自动更新组态,否则应人工确认组态参数的版本正确。

(8)定期测量各TSI测点的间隙电压,结合当前状态与以前的记录进行分析总结;机组停机期间紧固各个TSI测点的安装套筒,偏离标准间隙电压较大的测点,在条件允许的情况下,应进行重新安装。

4.2.资料管理

(1)仪表安装和检修记录、单体校验记录、系统试验记录,应至少可以溯源两个检修或校验周期。

(2)仪表或部件更换记录,故障和运行异常情况统计台账建档。

(3)TSI系统相关图纸、说明书和专用调试仪器说明书完整。

(4)汽轮机保护参数定值表与实际相符。

5.结束语

TSI安装调试的质量直接影响到汽轮机组的安全运行,调试在整个机组的热控调试过程中所占的比重相对较少,往往得不到调试人员足够的重视,因而给机组的安全运行带来隐患。


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