淺析汽輪機(jī)TSI保護(hù)控制系統(tǒng)

摘 要：監(jiān)測汽機(jī)的重要參數(shù)有兩方面的作用，一是調(diào)節(jié)系統(tǒng)，例如汽機(jī)的轉(zhuǎn)速控制；二是保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)測的參數(shù)達(dá)到保護(hù)的定值時(shí)，觸發(fā)ETS，保護(hù)汽輪機(jī)不發(fā)生危險(xiǎn)事故。以下，主要對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的組成進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：TSI；汽機(jī)保護(hù)；控制系統(tǒng)

引言

汽機(jī)TSI指的是汽輪機(jī)的安全監(jiān)測系統(tǒng)（Turbine Supervisory Instrumentation），通過對(duì)汽機(jī)轉(zhuǎn)速、脹差、膨脹、偏心。軸位移等監(jiān)測，讓汽機(jī)安全運(yùn)行，針對(duì)熱工來說，監(jiān)測汽機(jī)的重要參數(shù)有兩方面的作用，一是調(diào)節(jié)系統(tǒng)，例如汽機(jī)的轉(zhuǎn)速控制；二是保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)測的參數(shù)達(dá)到保護(hù)的定值時(shí)，觸發(fā)ETS，保護(hù)汽輪機(jī)不發(fā)生危險(xiǎn)事故。以下，主要對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的組成進(jìn)行分析。

1 概況

本單元機(jī)組為兩臺(tái)300MW上海汽輪機(jī)機(jī)組，TSI使用艾默生CSI6500監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)。

2 TSI保護(hù)控制系統(tǒng)簡介

TSI的保護(hù)系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)方面：（1）TSI超速保護(hù)。當(dāng)TSI監(jiān)測到汽機(jī)轉(zhuǎn)速大于3300轉(zhuǎn)時(shí)，觸發(fā)保護(hù)自動(dòng)停機(jī)。（2）轉(zhuǎn)子的軸向位移保護(hù)。轉(zhuǎn)子推力盤相對(duì)于推力軸承的軸向位移正向或負(fù)向大于1mm時(shí)，觸發(fā)保護(hù)自動(dòng)停機(jī)。（3）機(jī)組的膨脹保護(hù)。汽缸的絕對(duì)膨脹和轉(zhuǎn)子與汽缸間的軸向膨脹差大于規(guī)定值，觸發(fā)保護(hù)自動(dòng)停機(jī)。（4）機(jī)組的軸系振動(dòng)保護(hù)。大型機(jī)組的軸系比較復(fù)雜，該監(jiān)視系統(tǒng)一般可細(xì)分為：a.轉(zhuǎn)子絕對(duì)振動(dòng)峰一峰值；b.軸承座振動(dòng)峰一峰值；c.轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸承座的相對(duì)振動(dòng)峰一峰值。一般使用轉(zhuǎn)子與軸承的相對(duì)振動(dòng)值，來做振動(dòng)保護(hù)。當(dāng)振動(dòng)大于125μm時(shí)，發(fā)振動(dòng)報(bào)警；當(dāng)振動(dòng)大于250μm時(shí)，觸發(fā)保護(hù)自動(dòng)停機(jī)。

3 TSI保護(hù)系統(tǒng)的分析及改進(jìn)

3.1 原有的TSI超速系統(tǒng)，是由三個(gè)轉(zhuǎn)速探頭，分別經(jīng)三塊TSI卡件，和保護(hù)定值比較，輸出三路保護(hù)信號(hào)至ETS不同的卡件中，在ETS的CPU中進(jìn)行三取二的判斷，輸出保護(hù)信號(hào)。整個(gè)回路中，任意一個(gè)探頭故障，或者任一一個(gè)卡件故障，都不引起超速保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)，保護(hù)回路依舊能正常工作。另外三取二亦是國際上公認(rèn)的控制最佳表決策略，所以該保護(hù)我們不做改動(dòng)。

3.2 原有的軸位移保護(hù)，包含4個(gè)軸位移探頭，分別布置在推力軸承的左右兩側(cè)，其探頭方向朝向轉(zhuǎn)子推力盤，根據(jù)推力盤的靠近和遠(yuǎn)離，來測定大機(jī)的軸位移。我們用X代表左，Y代表右。則左邊兩探頭為X1和X2，右邊兩探頭為Y1和Y2。X1和X2接入到TSI的同一塊卡件，Y1和Y2接入TSI的另一塊卡件上，當(dāng)左或右側(cè)的兩個(gè)測點(diǎn)都監(jiān)測到軸位移超標(biāo)后，觸發(fā)保護(hù)。其示意圖如圖1所示。

該TSI模件如果故障，會(huì)默認(rèn)讓輸出繼電器閉合，使保護(hù)輸出，容易在卡件故障的時(shí)候誤動(dòng)，導(dǎo)致跳機(jī)。修改為每側(cè)的探頭分別接入不同的卡件，然后再將單側(cè)的探頭跳機(jī)保護(hù)相與后輸出，對(duì)單個(gè)卡件上接入的不同側(cè)的探頭增加報(bào)警。這樣在卡件故障時(shí)不會(huì)導(dǎo)致跳機(jī)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警，使人及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換模件。修改后示意圖如圖2所示。

3.3 機(jī)組的差脹保護(hù)，原保護(hù)方式一直存在，不考慮機(jī)組的狀態(tài)。但是，實(shí)際上，在機(jī)組帶負(fù)荷超過50MW的時(shí)候，汽機(jī)的轉(zhuǎn)子和缸體都已充分暖透，且蒸汽溫度不會(huì)有大幅的波動(dòng)，因此在此時(shí)，機(jī)組的差脹超限已不存在，如果此時(shí)測點(diǎn)誤動(dòng)，機(jī)組就會(huì)有誤跳的風(fēng)險(xiǎn)。所以，給差脹保護(hù)增加了一個(gè)判斷條件，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷超過50MW時(shí)，解除差脹保護(hù)。示意圖如圖3所示。

3.4 在每個(gè)軸承套的左右側(cè)，成90度各安裝一個(gè)振動(dòng)探頭。我們依舊按左側(cè)為X，右側(cè)為Y。則一瓦的振動(dòng)探頭為1X，1Y，二瓦的為2X，2Y，依次類推。原軸振保護(hù)，1X，1Y接在同一個(gè)卡件上，當(dāng)任一一個(gè)達(dá)到跳機(jī)值時(shí)，觸發(fā)跳機(jī)保護(hù)。其它軸承相同。示意圖如圖4所示。

這種保護(hù)方式，只要任意一個(gè)測點(diǎn)誤動(dòng)，都會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)。但在生產(chǎn)過程中，如果汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大，不會(huì)只在一個(gè)方向增大，另一個(gè)方向也會(huì)相應(yīng)有增大的變化。所以，在同一個(gè)軸瓦處，如果某個(gè)方向的振動(dòng)探頭顯示超限，此時(shí)參考另一方向的探頭值，再做出是誤動(dòng)還是振動(dòng)確實(shí)大的判斷，將使振動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)更加完善。我們?cè)趯?shí)際修改中，使用某軸承處X的跳機(jī)與上Y的報(bào)警，或Y的跳機(jī)與上X的報(bào)警來作為最終的保護(hù)輸出。同時(shí)為避免單個(gè)卡件故障導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，我們將同一軸承處的軸振測點(diǎn)分布到不同的卡件上。其示意圖如圖5所示。

4 改造方案的實(shí)現(xiàn)

拆除#1-#6軸振報(bào)警停機(jī)邏輯短接線、拆除#1-#4位移停機(jī)邏輯短接線；安裝48芯插座與卡件導(dǎo)軌，連接各卡件485通信線到新安裝插座上D4、Z4上；安裝繼電器并短接好電源線；調(diào)整軸振卡件輸入輸出信號(hào)線，使得同一測點(diǎn)的X、Y不在同一塊卡件上；調(diào)整位移卡件輸入輸出信號(hào)線，使得同一測點(diǎn)的ADla、ADlb不在同一塊卡件上；軸振邏輯改為1X報(bào)警與1Y停機(jī)相與，1X停機(jī)與1Y報(bào)警相與然后再相或；#2-#6軸振邏輯改法同上，最后#1-#6軸振改后邏輯相或輸出三路開關(guān)量信號(hào)至三個(gè)繼電器上，以實(shí)現(xiàn)三取二要求；位移邏輯改為la的停機(jī)與lb的停機(jī)相與輸出到繼電器K7，2a停機(jī)與2b的停機(jī)相與輸出到繼電器K9；分別給各卡件設(shè)置端口與通訊波特率，安裝6831通訊卡并測試掃描各卡件參數(shù)信息以及軸振與位移卡件的通道命名，最后把每個(gè)卡件的組態(tài)作備份；最后對(duì)修改后的軸振及位移邏輯加信號(hào)作實(shí)驗(yàn)。差脹的保護(hù)投退在ETS中實(shí)現(xiàn)。