TSI系統可靠性探討

郭志軍

神華陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西榆林 719319

汽輪機監測保護儀表（Turbine Supervisory Instrument，TSI），是一種可連續監測汽輪機轉子和汽缸機械工作狀況的多路監控儀表。它能連續地監視機組在啟停和運行過程中的各種機械參數值，為DAS、DCS、ETS等監控系統提供信號，當被測參數超過整定限值時發出報警信號，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據。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，德國艾普公司的MMS6000系統和瑞士韋伯公司的VM600系統。此外，還有德國的申克、日本的新川公司的產品也有應用。它們為主機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系統的應用及可靠性分析

3500系統由美國本特利內華達公司于1995年正式推出。該系統采用數字電路技術，是計算機化的智能監測保護系統，也是目前國際上較先進的系統。它是在本特利公司1988年成功地推出3300監測保護系統基礎上開發研制的，具有操作簡單、使用靈活、維護方便、系統易于集成、與DCS系統采用網絡或串行數字通信，提供操作人員更多的機械保護信息、歷史數據儲存、報警事件追憶、計算機編程組態，一種模塊可組態成多種功能等特點，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測儀表，參數顯示的準確性直接影響汽輪機的安全運行，如果參數顯示不準，控制信號出現異常波動，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。在統計某電廠18次TSI參數異常變化過程中，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、示值擾動出現問題最多，共統計次數的7次，占全部故障現象的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異常占2次，占全部故障現象的12%，其它統計的現場故障比較孤立，不代表普遍現象。

2 系統故障分析

通過對大量TSI系統故障現象進行統計析得出：導致3500監測儀表異常的原因主要有以下兩個方面。

2.1 信號干擾

從統計結果來看，信號干擾是當前3500監測儀表顯示異常的主要原因，但如何才能解決這個問題，首先要知道干擾產生的來源和傳播途徑，只有屏蔽產生干擾設備或把干擾產生降到最低，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：凡能在空間產生電磁場的電氣設備和輸電線路都能產生干擾。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生器，它向空間發射電磁信號；2）射頻干擾：指大功率的高頻發生裝置，比如凝泵變頻裝置，空冷變頻裝置，以及電氣裝置開、斷時產生的火花及電焊機產生的弧光等；3） 感應干擾：指信號電纜經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

根據我們機組日常維護過程中總結信號不穩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，出現性能下降的情況導致信號波動。

3 提高系統使用可靠性的建議

汽輪發電機組容量的不斷增大，蒸汽參數越來越高，熱力系統越來越復雜，需要監視和保護的項目越來越多。現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濟性，級間間隙、軸封間隙等都選擇的很小。如果沒有按規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，對汽輪發電機組本體的運行狀況和運行參數進行監視和保護。TSI系統中，邏輯報警信號是系統功能的重要構成部分，保護邏輯報警信號是系統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誤動情況發生率，對系統可靠運行具有重要作用。要保證本特利監測儀表正常工作必須做好以下幾點：

1）合理優化電纜排列層，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驗和技術，主通道的每節橋架間用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定可靠；

5）有效改善#1瓦速度振動傳感器的工作環境，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）根據機組實際情況合理優化振動跳機保護邏輯。比如為了防止保護誤動，我們在組態上是采用軸振（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生。

4 結論

3500系統是本特利內華達公司提供的第一套能夠被組態為多種冗余級別的系統，從單一模塊到雙重電源，再到完全的TMR(三重模塊冗余)組態。TMR組態有三個相同的監測器通道(或可選的傳感器)，采用三選二規則和專用繼電器實現相互表決，使3500系統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、監測器通道或傳感器發生誤動作或拒動作，大大提高系統的可靠性。汽輪發電機組系統中，TSI系統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。而當前環境下TSI系統運行的可靠性存在著一些問題，對系統正常使用影響很大，極大削弱TSI系統的實際效果。必須采取針對性措施，進行有效管理與維護，才能保證TSI系統的可靠運行。

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