本特利3500系統在我廠TSI系統中的應用

吳東

摘 要：在發電生產的過程中，對汽輪機運行狀態的監測具有至關重要的意義，而本特利公司生產的3500監測系統是目前國內應用的比較多的一套系統。該文主要介紹了本特利3500監測系統的結構、主要功能，包括就地傳感器的類別、型號、數量和配套使用的附件，電子設備間的所有模塊及其型號以及框架組態計算機系統所使用的相關軟件。還介紹了TSI系統在西塞山發電有限公司的汽輪機監測方面實現的所有功能，簡要分析了TSI系統控制的邏輯，系統各個參數的保護定值，在文章的最后部分，介紹了本特利3500監測系統在我廠使用的情況，包括的效果，以及幾次邏輯的改造和完善。

關鍵詞：TSI 本特利3500 邏輯 改造

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0037-02

汽輪機監測系統的應用具有很重要的意義。汽輪機作為對發電廠整個生產過程具有決定性作用的主設備，其運行狀態需要被實時而準確地掌握。一套完整的TSI（汽輪機監測系統）可以做到以下幾點。

（1）幫助確認汽輪機正運行在本身的設計和規范范圍之內的信息。

（2）能夠對汽輪機機械狀態的信息進行識別和描述。

（3）能夠對汽輪機機械狀態的變化或者惡化的情況較早做出預判。

1 我廠TSI系統簡介

湖北西塞山發電有限公司一期#1、#2兩臺330MW汽輪機是由北京汽輪機電機有限公司按照法國ALSTOM公司技術生產的N330-17.75/540/540型、亞臨界一次中間再熱、單軸、三缸雙排汽、凝汽式汽輪機。汽輪機監視儀表系統（TSI）主要采用的是美國本特利內華達公司生產的3500監測系統（軸位移和脹差監測采用AMREIN公司的產品）。在本套系統中，主要實現對汽輪機主要參數的監視，包括轉速、軸承振動、偏心、汽缸膨脹等。兩臺機組分別于2004年7月和12月投產，3500監測系統亦隨之投入使用。

本特利3500監視系統是本特利公司最新的監視系統，它采用積木式模塊方式，可在其框架內安裝不同種類及數量的插件，完成各種測量。本特利3500系統與本特利3300系統不同，它沒有機柜內的顯示面板，其測量數值通過上位機顯示及在DCS中顯示，大部分內部設置都在軟件中完成。

1.1 硬件

就地一次設備主要包括以下幾部分。

振動探頭16支：3300XL系列8mm，電渦流探頭，附8m延長電纜和3300系列8mm前置放大器；

轉速探頭6支：3300XL系列8mm，電渦流探頭，附8m延長電纜和3300系列8mm前置放大器；

SM-D型脹差監視器3套；

SM-D型軸位移傳感器1套；

偏心探頭1支：型號及附件同振動探頭；

鍵相探頭1支：型號及附件同轉速探頭。

電子間設備主要包括：框架組態計算機、數據采集/DDE服務器計算機、操作者顯示計算機以及模塊若干。

模塊統計：

3500/15 電源模塊 2塊

3500/20 框架接口模塊 1塊

3500/25 鍵相模塊 1塊

3500/42M 振動、偏心模塊 5塊

3500/45 絕對膨脹模塊 1塊

3500/50 零轉速模塊 1塊

3500/53 轉速模塊 3塊

3500/33 16通道繼電器輸出模塊 2塊

3500/92 通訊接口模塊 1塊

3500面板圖見圖1。

1.2 軟件

在本特利3500汽輪機監測系統內具有3個軟件包。

框架組態軟件，可對3500系統所有的模塊進行組態。

DDE（動態數據交換）/數據采集服務器軟件：對來自于3500系統的全部靜態數據均可進行采集和保存，同時還能夠將這些數據輸出，主要是用于和第三方軟件的集成功能，比如加入到發電廠的歷史數據存儲、某些人機操作界面或者是過程控制系統等。

操作員顯示軟件：可對本特利3500數據的采集軟件采集的信息進行圖形顯示，主要包括監視器通道值的條狀顯示、汽輪機鏈圖和相應的實時數值、實時趨勢圖、系統事件列表、當前的報警信號列表等。

2 TSI系統功能

我廠的TSI系統主要對以下一些模擬量進行監測。

（1）轉子轉速。監測汽輪機轉子的轉速，可對轉速值進行連續指示、記錄，發出報警和保護信號。有自檢功能。汽輪機額定轉速為3000rpm，在機組運行過程中應嚴密監視，以防發生超速。

（2）零轉速測量。主要用于盤車啟停的自動控制，兼有鍵相功能。

（3）軸承振動。測量汽輪機軸和發動機軸的相對振動，包括X和Y兩個方向的振動，每個方向需安裝一個傳感器。具體定義為：站在汽輪機高壓缸正前方，朝發電機看去，右側與水平面成45°的方向為X向，左側與水平面成45°的方向為Y向。量程為0～250um，可對振動值進行連續指示、記錄、報警和保護。傳感器的數目由機組的軸承數來決定（包含發電機部分）。

（4）軸向位移。又叫串軸，指沿軸的方向上產生的位移。如果負荷、汽溫、頻率或者蒸汽流量發生變化，均可導致軸位移改變，對軸位移的測量。如果運行中出現軸位移偏大，甚至報警，一般采用降負荷的方式，以減小軸位移，如果情況惡化則需直接停機處理。

（5）脹差。也叫相對膨脹，即轉子相對汽缸的膨脹，包括高壓缸脹差、中壓缸脹差和低壓缸脹差。監測是為了避免運行中，動（轉子）靜（汽缸）部分發生相互碰撞，造成設備損壞，也具有連續指示、記錄、報警、保護及自檢功能。

（6）汽缸膨脹。也叫絕對膨脹，就地裝有兩個傳感器，分別用來測量高中壓缸左、右兩側的脹縮值。endprint

（7）鍵相。在轉子上開一個凹槽，并正對傳感器，軸做周期性的轉動時，凹槽就會周期性的經過傳感器，由于測量面的突變，使得傳感器產生一個脈沖信號，將脈沖信號采集下來，就記錄下了每一個轉動周期內，軸所在的位置。

（8）偏心。汽輪機軸在轉動一周的過程中，傳感器會分別記錄下軸距離傳感器最近和最遠的一次，配合鍵相的凹槽所在的相位，就可以知道軸彎曲的方向。

3 TSI系統的控制邏輯

TSI系統所有測量參數達到停機值時，通過繼電器輸出模塊送至ETS系統（汽輪機危急遮斷保護系統），邏輯描述為：TSI超速（三選二）、振動越限、軸位移越限的信號送至ETS系統，當任一信號為1時，使之發出停機指令。

邏輯示意圖見圖2。

TSI系統各定值如下：

轉速：停機值為3292rpm；

軸位移（A路）：報警值為-0.5～+0.3mm停機值為-0.7～+0.5mm；

軸位移（B路）：報警值為-0.5～+0.3mm 停機值為-0.7～+0.5mm；

高中壓缸膨脹（左）：報警值為34.7mm；

高中壓缸膨脹（右）：報警值為34.7mm；

高壓缸脹差：報警值為-1.2～+6.6mm 停機值為-2.0～+7.4mm；

中壓缸脹差：報警值為-3.5～+6.0mm 停機值為-4.5～+7.0mm；

低壓缸脹差：報警值為-2.2～+8.0mm 停機值為-3.3～+9.1mm；

偏心：報警值為29.7μm。

振動部分的有關情況將在第四部分詳細介紹。

4 3500系統在西塞山電廠中的使用和邏輯改造情況

自投產以來，兩套3500系統工作正常，TSI系統未發生信號大幅跳變、誤發及漏發情況，測量、顯示相當穩定，對汽輪機的安全運行起到了很好的監測作用。其中振動部分進行了邏輯方面的進一步完善。

我公司的TSI系統中，原振動監測參數為：轉速>2900rpm時，報警值為100μm，停機值為130μm；轉速<2900rpm時，報警值為140μm，停機值為180μm。

邏輯描述：當轉速<2900rpm時，任意一軸承的X或Y向振動達到高二值180μm則停機；當轉速>2900rpm時，由于保護未投入，振動保護不起作用。

原邏輯認為：在轉速>2900rpm時，正常情況下振動很難達到廠家給出的停機值，出現振動大的情況下，可以要求運行人員手動打閘，所以保護未投入。

熱控專業安全性評價專家查評發現此問題，提出了整改建議：完善汽輪機振動保護邏輯，滿足機組運行中振動保護全程投入的要求。

我公司隨即按照專家組的建議，采取了相應的整改措施：與北重聯系，明確機組振動保護投入方案，報公司批準，并分別利用06年4月的#1機組大修停機和06年10月的#2機組小修停機機會，對系統進行改造，投入了機組振動保護。

現改造后振動監測參數為：轉速>2900rpm時，報警值為120μm，停機值為140μm；轉速<2900rpm時，報警值為120μm，停機值為180μm。

邏輯描述：當轉速<2900rpm時，任意一軸承的X或Y向振動達到高二值180μm則停機；當轉速>2900rpm時，任意一軸承的X和Y向振動都達到高二值180μm，且同時另一軸承的X或Y向振動達到高一值120μm，則延時5s停機。

改造后至今，TSI系統長期運行穩定，測量準確，為汽輪機的安全和穩定運行提供了強有力的保障。

5 結語

綜上所述，本特利3500系統監測精度高，反映靈敏，而且組態界面友好，便于檢查和維護，在該廠的應用中經受住了時間的考驗，對提高機組的經濟效益和保證機組主設備的安全的兩方面都起到了重要作用。

參考文獻

[1] 張亮.汽輪機TSI系統的原理與應用[J].東北電力技術.2011（2）：37-40.

[2] 馮偉，曹龍輝，杜文彬.本特利3500系統組態及典型問題淺析[J].工業控制計算機.2011（4），24（4）：21-22.

[3] sf2000nust本特利3500操作手冊[S].中文最新版北極星電力論壇.2012-8-24.endprint