汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)軸向位移故障原因分析與改造

賀志中

（江蘇大唐國(guó)際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇 啟東226246）

0 引言

江蘇大唐國(guó)際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司為4×660MW超超臨界機(jī)組，汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)軸向位移共四個(gè)測(cè)點(diǎn)，均安裝在汽輪機(jī)前箱內(nèi)。由于種種原因軸向位移數(shù)值在正常運(yùn)行中出現(xiàn)一些偏差，使得無(wú)法判斷其準(zhǔn)確性且易造成機(jī)組非停。為了避免機(jī)組誤動(dòng)，應(yīng)將軸向位移探頭、前置器、卡件等進(jìn)行改造。

1 汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)軸向位移故障原因分析

通過(guò)軸向位移運(yùn)行情況，我簡(jiǎn)略統(tǒng)計(jì)出影響軸向位移數(shù)值偏差或造成機(jī)組非停的主要原因。

1.1 軸向位移測(cè)量一次元件故障導(dǎo)致機(jī)組非停

機(jī)組正常運(yùn)行中，軸向位移其中一個(gè)數(shù)值突然跳變，超過(guò)軸向位移定值誤發(fā)信號(hào)，過(guò)段時(shí)間自己自動(dòng)恢復(fù)為正常值。這種情況并不多見(jiàn)，一般為軸向位移測(cè)量一次元件故障，如果遇到這種情況，可以等到機(jī)組具備檢修條件或者機(jī)組停機(jī)時(shí)，對(duì)有問(wèn)題的軸向位移測(cè)點(diǎn)探頭及前置器進(jìn)行更換。

1.2 電纜接地不規(guī)范

電纜的屏蔽層在敷設(shè)時(shí)未做好防護(hù)，電纜在機(jī)組運(yùn)行時(shí)有磨損，造成有兩點(diǎn)及以上接地情況。不同的地網(wǎng)間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，在屏蔽層內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，從而造成軸向位移數(shù)值的波動(dòng)。因此我們安裝時(shí)就必須做好接地和電纜屏蔽層的防護(hù)工作，這也是保證軸向位移測(cè)點(diǎn)準(zhǔn)確的重要措施之一。

1.3 延長(zhǎng)電纜至前置器接頭松動(dòng)

對(duì)于軸向位移來(lái)說(shuō)，軸向位移探頭、延長(zhǎng)線及前置器為一個(gè)測(cè)量整體，它們有相應(yīng)的阻抗和特性曲線。隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)間、氣候及金屬氧化的影響，原來(lái)的接頭和接線會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，這樣會(huì)使它們相應(yīng)的阻抗和特性發(fā)現(xiàn)一定的變化，導(dǎo)致軸向位移測(cè)點(diǎn)的波動(dòng)。為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，我們可以根據(jù)軸向位移的使用壽命，在大、小期間對(duì)軸向位移進(jìn)行整體的更換。

另外軸向位移探頭與前置器之間盡量減少中間接頭的使用，讓故障點(diǎn)減到最低。如使用有中間接頭的軸向位移探頭時(shí)，對(duì)軸向位移中間接頭應(yīng)正確安裝，切勿將小lemo頭插緊后旋轉(zhuǎn)，這樣會(huì)使lemo頭松動(dòng)。只需將lemo插緊后用熱縮套管熱縮后即可。

圖1 軸向位移中間接頭正確安裝方法

1.4 周圍環(huán)境因素，導(dǎo)致信號(hào)跳變

軸向位移的一次元件主要是一個(gè)電渦流探頭，在探頭中有一線圈，前置器中的高頻振蕩電流通過(guò)延伸電纜流入該線圈，產(chǎn)生一個(gè)軸向磁場(chǎng)；當(dāng)被測(cè)金屬體靠近這個(gè)磁場(chǎng)時(shí)切割磁力線而產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小隨探頭與被測(cè)體表面間的間距變化，并經(jīng)延伸電纜送至前置器檢波、放大，轉(zhuǎn)化成隨機(jī)械位移(間隙)變化的電壓信號(hào)。當(dāng)有外部磁場(chǎng)影響該線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，電渦流的大小就不能正確地反映探頭與被測(cè)物間的距離，引起測(cè)量顯示異常。

除了外部磁場(chǎng)影響軸向位移測(cè)量，還有另一個(gè)重要的隱患存在就是測(cè)量回路電纜的老化。由于軸向位移的一次元件是裝在汽輪機(jī)前箱之內(nèi)，所以測(cè)量回路電纜很容易受高溫影響迅速老化，造成絕緣層開(kāi)裂。測(cè)量回路電纜應(yīng)遠(yuǎn)離高溫環(huán)境或采用高溫電纜來(lái)避免迅速老化的惡果。

1.5 單點(diǎn)保護(hù)易勿動(dòng)

為保證軸向位移信號(hào)觸發(fā)保護(hù)系統(tǒng)的及時(shí)性，火電機(jī)組軸向位移輸出的觸發(fā)保護(hù)信號(hào)，原設(shè)計(jì)多采用單點(diǎn)測(cè)量信號(hào)且不加延時(shí)。但由于軸向位移在電廠運(yùn)行的環(huán)境是一個(gè)強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境，包括來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的異常（測(cè)量一次元件、前置器、裝置等）和外部環(huán)境因素產(chǎn)生的干擾（電導(dǎo)耦合、電磁輻射等），這些干擾都可能引發(fā)單點(diǎn)信號(hào)保護(hù)回路的誤動(dòng)。根據(jù)我廠及其他火電廠長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，軸向位移因?yàn)檎鎸?shí)變化導(dǎo)致跳機(jī)的情況很少見(jiàn)，由于它本身一次元件、前置器及卡件損壞造成停機(jī)的也是少之又少，最常見(jiàn)的就是外部因素誘導(dǎo)下的誤發(fā)信號(hào)造成停機(jī)。這樣我們就很有必要的將軸向位移的單點(diǎn)保護(hù)更換為三取二邏輯，或者限于現(xiàn)場(chǎng)條件改為二選二，或者增加一點(diǎn)點(diǎn)延時(shí)，那么由于軸向位移測(cè)點(diǎn)誤動(dòng)次數(shù)都將大大減少。

1.6 單電源供電造成機(jī)組非停

目前有些機(jī)組TSI系統(tǒng)采用單電源供電，或雖采用了雙路電源但電源模塊仍為單個(gè)。如果這路電源失去軸向位移等重要保護(hù)參數(shù)將失去監(jiān)視，所以正常運(yùn)行時(shí)必須有可靠的兩路獨(dú)立的供電電源，應(yīng)優(yōu)先考慮單路獨(dú)立運(yùn)行就可以滿足TSI系統(tǒng)容量要求的二路不間斷電源（UPS）供電，正常運(yùn)行時(shí)各帶一半負(fù)荷同時(shí)工作，確保電源切換對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生擾動(dòng)。或者采用一路UPS、一路保安電源供電，如果保安電源電壓波動(dòng)較大，應(yīng)增加一臺(tái)穩(wěn)壓器以穩(wěn)定電源。

圖2 TSI系統(tǒng)雙電源冗余配置

1.7 軸向位移測(cè)點(diǎn)在同一卡件造成機(jī)組停運(yùn)

我廠軸向位移的一次元件與卡件沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，單一卡件故障極易造成軸向位移保護(hù)誤動(dòng)。

2 汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)軸向位移故障的改造方法

前面對(duì)軸向位移一次元件故障、電纜接地、延長(zhǎng)線至前置器接頭、周圍環(huán)境、單點(diǎn)保護(hù)和單電源供電等因素造成機(jī)組非停的處理方法已做了簡(jiǎn)要的闡述。下面我們主要對(duì)軸向位移的一次元件與卡件沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，單一卡件故障極易造成軸向位移保護(hù)誤動(dòng)這一故障進(jìn)行改造分析。

以我廠軸向位移為例，原系統(tǒng)和設(shè)備的基本情況如下：

江蘇大唐國(guó)際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司為4×660MW超超臨界機(jī)組，其中2-4號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)軸向位移共四個(gè)測(cè)點(diǎn)，均安裝在汽輪機(jī)前箱內(nèi)，其中測(cè)點(diǎn)1、2接入位于汽機(jī)電子間的TSI機(jī)柜的R6位置MMS6210卡件上，同樣，測(cè)點(diǎn)3、4接入R7位置MMS6210卡件上，保護(hù)的動(dòng)作方式為測(cè)點(diǎn)1、2同時(shí)達(dá)到跳機(jī)值±1mm,或者測(cè)點(diǎn)3、4同時(shí)達(dá)到跳機(jī)值±1mm，則觸發(fā)TSI機(jī)柜內(nèi)ZJ7繼電器，送兩路閉合接點(diǎn)到DCS中的ETS系統(tǒng)中，觸發(fā)汽輪機(jī)ETS動(dòng)作。

因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)1、2接在R6位置的MMS6210卡件上，測(cè)點(diǎn)3、4接在R7位置的MMS6210卡件上，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)接在一個(gè)卡件上，如果卡件故障則軸向位移必然會(huì)動(dòng)作，導(dǎo)致機(jī)組誤跳。針對(duì)這種情況，我們制定了詳細(xì)的改造措施：利用檢修期間，TSI系統(tǒng)具備停電條件，汽機(jī)電子間TSI機(jī)柜剩余卡槽增加兩塊軸向位移卡件MMS6210。使軸向位移1接到R6卡槽位置，軸向位移2接到R7卡槽位置，軸向位移3接到R24卡槽位置，軸向位移4接到R25卡槽位置，后面配線插頭隨探頭挪動(dòng)，保護(hù)動(dòng)作接線保持不變。連接調(diào)試電腦，對(duì)R6、R7、R24、R25位置的卡件重新組態(tài)，刪除每個(gè)卡件無(wú)用的通道2上的組態(tài)。下裝完組態(tài)后調(diào)試，保證動(dòng)作正常，并做好實(shí)驗(yàn)記錄。調(diào)試完畢，軸向位移保護(hù)具備投運(yùn)條件。這樣每一個(gè)軸向位移的一次元件和MMS6210卡都一一對(duì)應(yīng)，即使某一塊MMS6210卡件故障，也不會(huì)對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成威脅。

圖3 改造后軸向位移獨(dú)立卡件位置

3 結(jié)束語(yǔ)

為了保證軸向位移在正常運(yùn)行的系統(tǒng)中安全穩(wěn)定的運(yùn)行，以上幾點(diǎn)影響軸向位移的因素是應(yīng)該徹底消除的，優(yōu)良的設(shè)備和環(huán)境是保證軸向位移安全穩(wěn)定運(yùn)行的先決條件。本文對(duì)汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)軸向位移故障原因和改造方法進(jìn)行了探討，從而得出了提高軸向位移的安全穩(wěn)定運(yùn)行的措施。

［1］EPRO軸向位移說(shuō)明書(shū)[Z].

［2］振動(dòng)測(cè)試與動(dòng)態(tài)分析[M].航空工業(yè)出版社,1992.

［3］設(shè)備故障診斷手冊(cè)[M].西安交通大學(xué)出版社,1998.