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DEH转速突变及改进

  • 来源: 大发彩票华中电力试验研究院
  • 作者: 袁世通
  • 发布时间: 2018-02-26

0 前言

随着汽轮机技术的发展,对机组的安全性和稳定性标准逐步提高,而汽轮机转速信号是汽轮机一个非常重要的参数,转速测量与超速保护是汽轮机的一个重要组成部分,因此转速测量的准确性和稳定性要求更高。它对汽轮机的安全稳定运行起着至关重要的作用,不准确的测量及任何原因的保护拒动及误动都将导致严重后果。同时汽轮机的转速关系到发电机组的安全稳定运行,保证供电质量的关键参数。目前国内汽轮机转速测量大多采用测速齿轮配合无源磁阻式传感器来完成。这种传感器具有结构简单、体积小、可靠性高、非接触测量、可用于恶劣工作环境等优点,但也存在一些难以克服的缺陷,如抗干扰能力差、输出信号不标准等。

1 DEH转速测量原理

某电厂一期为哈尔滨CLN600-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压凝汽式汽轮机。其中配置转速传感器8只,5只磁阻式转速探头进入DEH、机头转速表和大屏转速表,3只涡流转速探头进入TSI3个无源磁阻式转速式进入DEH用于DEH系统的转速控制及电超速保护,分别安装在汽轮机二瓦的测速齿轮处。另有3个涡流式转速探头进入TSI系统,用于TSI超速保护,安装在盘车处。

磁阻式转速传感器是针对测速齿轮而设计的发电无源型传感器,它不需要供电,当测速齿轮随主轴旋转时,测速传感器与测速齿轮之间的间隙周期性的改变,通过磁铁的磁通量也发生周期性变化,在探头线圈中产生感生电动势E = NBSW(其中N为匝数,B为磁场强度,S为面积,ω:测速齿轮的旋转角速度),其幅度与转速有关,转速越高输出电压越高,输出频率与转速成正比。同时传感器的输出电压的幅值为汽轮机齿轮转速的函数,受转速的影响很大,由于在低转速范围内传感器输出电压的幅值很小,很容易受到环境的干扰,所以在磁阻式转速探头在安装时,对探头和测速齿轮之间的间距要求较高,小了探头容易损坏,大了则使得转速探头电磁感应变弱、不稳定易产生信号突变,转速信号失真。固现场一般要求间隙在1mm±0.1mm,同时转速探头的安装支架要牢固、可靠。

图1  转速测量结构示意图

2 转速异常突升及原因分析

2.1汽机冲转时转速信号突升

20126168:304号机组汽轮机大修后进行冲转过程中,在升到800转以后,DEH系统3个转速信号开始波动大范围的波动,随着转速的升高波动范围随即增大,无法稳定转速在2000rpm进行暖机,机组打闸停机,开始查找原因。在此期间,TSI转速和机头转速表指示稳定,无摆动现象。打闸后检查DEH转速探头电缆屏蔽线接线不正确,屏蔽线接在DCS系统的Speed Detector 卡件的A16(SHD)端子上,就地电缆没有接地。通过把接地系统改成电缆在DCS系统卡件上接地,即把A16(SHD)屏蔽线接到Earth GND端子(C17端子)。

20126169:30分开始冲转,同样在800rpm以后三个探头出现不同跳变,因选择不同通道后,冲转2000rpm暖机,暖机过程中转速曲线稳定无毛刺,暖机结束后冲到2900rpm进行阀切,转速也正常,到3000转后转速也正常做试验,试验后打闸,当转速降至1000rpm时转速又开始跳变。

2.2转速突升原因分析

第一次冲转后转速突升,更改接地方式后,第二次冲转时还会出现突升,通过第二次冲转时对DEH转速信号的进行录波,从FLUKE 示波器上可以发现在1000rpm左右时,转速信号波形有干扰,每个波形中均有一个谐波,谐波的幅值约为1.25V,如下图2所示。当转速超过1200rpm时转速波形又正常,说明转速在在800-1100rpm时,信号有干扰。通过对图2波形电压的分析,其中探头电动势最大幅值为41.6V,有效值为21.7V,谐波电压为1.25V,因为谐波电压1.25V已经高于Speed Detector Model系统卡件最低门槛值1V,即卡件检测到的脉冲数为正常21.7V的峰峰值加上1.25V的峰峰值的脉冲数之和,即脉冲数增加一倍,所以显示的转速值也增加一倍,如图3所示。可以判断出转速突变的原因为干扰信号引起。

图2:DEH转速探头2测点在1075rpm的波形图

 

图3:DEH转速探头2测点在突升至2035rpm的波形图

为了查找转速信号在跳变原因,将转速测量系统进行分块分析,逐步排除干扰原因。

2.2.1 对转速测量回路进行检查,检查电缆的干扰情况

DEH转速磁阻探头经中间接线箱,通过中间连接电缆直接接入Ovation系统Speed Detector Model 卡件的B15IN+)和B16(IN-)。连接电缆屏蔽连接有两种方式:一种是探头侧不接地,中间连接电缆的屏蔽线在DCSSpeed Detector Model卡件的特性模件的Earth GNDC17端子)端子接地。另一种是探头侧电缆屏蔽接地,中间连接电缆的屏蔽线接在DCSSpeed Detector Model卡件的特性模件的SHD端子(B16端子)上,如下图45所示。

图4:现场探头以及连接电缆与Speed Detector Model卡件接线示意图

 

图5:Speed Detector Model卡件端子接线图

经过检查电缆型号为双层屏蔽计算机电缆符合要求,检查电缆接地接线符合要求,就地电缆槽盒为全部均为信号电缆,更改电缆的接地方式后,同样出现跳变情况,排除了电缆接线问题。

2.2.2 DCS组态及抗干扰情况进行检查

检查在DCS卡件组态中的四个列表,并对Speed Detector Model卡件设置的参数进行核对。在config列表选项中设置转速卡件型号为1C31189 (Revisions 2 and 3)。在Module列表选项中设置齿数为60(现场实际齿数),减速比为1;在Overspeed LimitRPM)设置为3300rpm,则Overspeed LimitPPSat Module自动设置为3300Nominal Speed 设置为3000RPM。在Digital channels 选项中设置继电器动作,即可以设置超速动作继电器。在Analog channels中设置模拟量转速的输出,即显示的转速值。如下图6所示。

图6:Speed Detector Model卡件组态参数设置表

Speed Detector Model卡件的门槛电压为卡件的特性模块自动设置,最小检测电压为1V,自动门槛值需要的最小信号的幅值为1V峰峰值,最小频率为0.72HZ。如图7所示。以上组态设置均正确。

图7:Speed Detector Model系统卡件最低门槛值和输入频率范围表

为排除端子板与模件的内外部抗干扰能力确定将一个探头接入机头转速表中,同样机头转速表也出现跳变,排除了DCS卡件的问题。

2.2.3 对传感器抗干扰方面检查

检查油质对是否无源磁电式转速探头产生磁力干扰;检查探头的安装位置是否不合适,检查安装记录,核对探头安装方式及间距均正确。

2.2.4 转速传感器类型不匹配方面检查

将用于机头转速表显示的探头挪用,将DEH转速探头1的接线改为机头转速表的。将DEH转速探头1的接线接入机头转速表,DEH转速测点1显示稳定,趋势平滑无毛刺,通过对安装探头的阻值比较,DEH转速探头阻值均为375Ω,为机头转速表的阻值为695Ω。从图8中的示波器中的波形可以读出转速探头2375Ω的探头在2900rpm时幅值为120V,电压值有效值为77V。而从图9中示波器中的波形可以读出转速探头13000rpm时幅值为58V,电压值为有效值41.1V。说明阻抗大的转速探头的产生的电动势的幅值小,即使有谐波的干扰,幅值也低于Speed Detector Model的最低门槛值,也不会产生影响,即抗干扰能力强。

图8:DEH转速探头2测点在2900rpm时的波形图

图9:DEH转速探头2测点在3000rpm时的波形图

 

3 处理方案:

经过DEH转速在1075rpm的波形图分析,谐波电压1.25V已经高于卡件的最低1V门槛值。需要采取措施把谐波电压降低,使得低于1V。通过对信号录波分析和比对,通过计算,在转速探头线上并联一个510KΩ的电阻,降低探头感应电动势的幅值,从而降低谐波电压的幅值,使得在1000rpm时谐波的幅值低于1V门槛值,确保测量信号不被干扰。

按照上述方案进行改进,对转速探头2和转速探头3分别加10KΩ的电阻并联卡件的B15IN+)和B16(IN-)的两端子上,机组启动冲转过程中,通过示波器录波,波形平滑,未出现谐波,机组转速测量准确,转速曲线平滑,稳定可靠,无任何波动,机组一次并网成功。

4 结束语

该机组并网后,通过一个月的使用和观察,转速正常,无跳变。证明该系统改进技术成熟,功能完善,性能稳定。为机组的稳定并网,安全运行提供了保证。同时也供相同类型机组参考。


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