火力發電廠汽輪機軸位移監測系統異常分析

肖慶余

摘要：汽輪機軸位移測量參數，是火力發電廠中重要的監測參數之一。利用軸位移測量裝置，對導致軸位移測量參數變化的各種因素進行分析，產生誤差的原因包括傳感系統、被測面、安裝條件、汽輪機運行工況、環境干擾等。針對下花園電廠軸位移存在的問題，提出解決方案。通過實踐，得出了一些軸位移安裝、運行、維護經驗，對目前各電廠軸位移測量存在的問題，提供了可供借鑒解決的方案。

關鍵詞：汽輪機； 軸位移 ；測量；

中圖分類號：TK26 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（b）-0000-00

1 前言

現在300MW、600MW的火力發電機組，為了提高效率，汽輪機的動靜葉之間的間隙設計的都很小，其軸向間隙是靠轉子的推力盤及推力軸承固定的。[1]汽輪機高速運轉過程中，軸向間隙不當，汽輪機動、靜部分就會磨損，轉子前后竄動，造成推力瓦塊溫度升高損壞，嚴重時就會損壞汽輪機大軸，造成嚴重事故。所以要對汽輪機的軸向間隙進行監視，一旦間隙達到危險值，就要停機，避免發生事故。然而在現場實際測量中，軸向位移測量受到很多因素的影響。

2 電渦流傳感器測量原理

傳感器系統的工作原理是電渦流效應。當接通傳感器系統電源時，前置器內會產生一個高頻電流信號，該信號通過延伸電纜送到探頭頭部，在頭部周圍會產生一個交變磁場H1。如果在磁場H1范圍內沒有金屬導體材料接近，則發射到這一范圍內的能量會全部釋放；反之，如果有金屬導體材料接近探頭頭部，則交變磁場H1將在導體的表面產生電渦流場，該電渦流場也會產生一個方向與H1相反的交變磁場H2.由于H2的反作用，就會改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度和相位，即改變了線圈的有效阻抗。這種變化即與電渦流效應有關，又與靜磁學效應有關，即與金屬的電導率、磁導率、幾何形狀、線圈幾何參數、勵磁電流頻率以及線圈到到金屬導體的距離等參數有關。 [2]

3 軸位移出現異常原因

3.1 被測體表面平整度對傳感器的影響

不規則的被測體表面，會給實際測量帶來附加誤差，因此對被測體表面應該平整光滑，不應存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷，一般要求位移測量被測表面粗糙度要求在0.4～1.6μm 。[2]

3.2 軸位移零位不準

機組的軸位移機械安裝零位和監測系統保護零位不統一。檢修后經常發生機組因軸位移監測系統傳感器的零位設置不當，使系統測量誤差較大，檢修后機組的軸位移傳感器的零位設置直接影響到啟機后軸位移監測系統能否正常工作。

軸位移定位基本是根據機組廠家設計的要求來定，我廠#3機組是將轉子推向工作面來定位零位。也有機組是將轉子推向非工作面來定零位；指示為0mm時的相對渦流傳感器的電壓根據前置放大器的輸出電壓定，有-10V、-12V等。

3.3 安裝不正確

安裝時出現支架松動、探頭與被側面不垂直、探頭與被側面間隙過大或過小產生測量誤差。另外測量面應與軸是一個整體，這個測量面是以探頭的中心線為中心，寬度為1.5倍的探頭圓環。探頭安裝距離距止推法蘭盤不應超過305㎜，否則測量結果不僅含軸向位移的變化，而且包含脹差在內的變化，這樣測量的不是軸位移的真實值。另外如果探頭沒有固定在軸瓦上而是固定在前箱上，那么還應考慮前箱的位移量。在安裝時，測量探頭與被測面保持垂直并安裝牢固，否則將出現測量誤差。這是在機組大小修時特別注意的問題。

3.4 測量系統元件故障

測量系統包括了探頭、延伸電纜、前置器、顯示儀表燈等。不論哪個中間環節出現損壞都會引起測量誤差。因此為了軸位移保護系統可靠安全一般采用三選二停機。需要指出的是被測體也是傳感器的一部分，測量面參數會影響到傳感器的性能。

3.5 環境干擾對軸位移的影響

環境因素對軸位移的干擾因素很多，如電磁干擾、設備強電源干擾、信號電纜屏蔽多點接地等。對于環境干擾需要耐心細致的排查，及時和運行人員溝通、查找相關歷史趨勢、現場實地做試驗等方式解決。

3.6 運行工況的影響

通常汽輪機運行時，轉子推力盤向發電機側緊靠推力軸承工作面，但有時在啟停和正常運行過程中，轉子可能發生前后竄動。向前傳動的原因有：（1）當機組甩負荷時，產生反向的軸向推力。（2）當高壓軸封嚴重損壞，調節級葉輪前因凝汽器抽吸作用而壓力下降，出現反向軸向推力。向后竄動的原因有：（1）轉子軸向推力過大，推力軸承過負荷，推力盤與推力軸承間的油膜損壞，推力瓦塊五金燒熔。（2）潤滑油系統油壓過低，油溫過高，油膜損壞，推力瓦塊烏金燒熔。

4 測量系統的組成

測量系統包括了探頭、延伸電纜、前置器、顯示儀表燈等。前置器由高頻振蕩器、檢波器、濾波器、直流放大器、線性補償等組成。檢波器將高頻信號解調成直流電壓信號，此信號經低通濾波器將高頻的殘余波除去，再經直流放大器，線性補償電路放大處理后，在輸出端得到與被測物體和傳感器之間的實際距離成比例的電壓信號。前置器（信號轉換器）的額定輸出電壓為 -4～-20V（線性區）。[3]

5 下花園發電廠#3機組軸位移出現的問題及處理

我廠#3機組為200MW凝氣式機組，軸位移探頭為瑞士vibro-meter電渦流傳感器，型號：TQ402。[4]軸位移系統有A、B、C三套探頭、延伸電纜、前置器及一臺軸系測量TSI裝置VM600，2014年2月9日發生一次B點顯示異常、報警缺陷，并在檢查分析過程中發現A、C點存在干擾問題，因該系統保護定值為三選二，+0.8或-1mm報警，+1.3或-1.1mm停機，所以此次異常給機組帶來了極大的安全隱患，直接危及到機組的安全運行。

5.1 現狀調查

通過統計分析表1中可以看出，其中軸位移B點為固定不變值（之前已確定為探頭損壞），A、C點受到了異常干擾，特別是在潤滑油壓和2#軸瓦回油溫度變化時影響較大，因為該三套軸位移探頭及延伸電纜均處在#2軸瓦處的中箱位置，且內部有大量流動的潤滑油。

現狀調查結論：軸位移A、C干擾主要原因為受到了潤滑油高溫和流動沖刷振動的影響。

5.2 調查設備存在的問題及解決方案

通過檢查、核實，該廠各軸位移測量系統存在著較多的問題，總結如下：

5.2.1 探頭延伸電纜外皮接地：伸電纜接頭部位熱縮管老化，松動，部分延伸電纜接頭露出與汽輪機金屬部位接觸。

解決方案：在汽機本體專業人員的配合下將#3機#2軸瓦蓋打開，將所有延伸電纜舊的熱縮管去掉，清理接頭內的積油，清理干凈后，延伸電纜接頭重新用耐油熱縮管縮封，防止熱縮管在高溫和潤滑油的浸泡下老化，外部采用絕緣帶纏繞。

5.2.2 軸系設備、機柜接地：用多種方法測量機柜接地情況，發現機柜與相鄰的繼電器柜相連，電阻只有1歐姆，與固定機柜的槽鋼相通。

解決方案：采用環氧樹脂板將機柜與繼電器柜隔開，在軸系TSI機柜底部墊絕緣膠皮將機柜與槽鋼，隔開。在軸系設備底部墊絕緣膠皮與機柜隔開。

5.2.3 三只探頭間的距離太近。

解決方案：將原探頭拆下后，經過精確測量尺寸，在不影響其它部分的前提下，重新加工了一塊鋼板基座，按不小于探頭三倍直徑的距離上鉆眼。同時對損壞的B探頭進行了更換，并對另兩只探頭認真檢查，確認良好后安裝回鋼板上，根據前置器輸出電壓進行了靜態和頂軸零點調試，確認無誤后緊固探頭螺母。

5.2.4 電纜敷設走向不規范，有部分電纜與動力電纜相距很近。

解決方案：重新拉不符合要求的電纜，信號電纜要遠離其它動力電纜。電纜走走專用電纜槽盒，規范電纜走向，遠離干擾源。

5.2.5 電磁干擾。通過分析歷史站趨勢數據及做大量的干擾試驗，排除了監測參數實際越限報警，確定是軸系TSI系統存在干擾。最后通過試驗確定干擾源主要來自安全門保護上線圈失電時產生的長時間繼電器接點拉弧干擾和當操作凝結水再循環到除氧器電動門時干擾，通過檢查凝結水再循環到除氧器電動門動力電纜與TSI電纜相距很近。

解決方案：重新布置電纜，遠離TSI電纜。根據安全門控制回路的實際情況，對安全門控制回路進行了改造，消除了接點拉弧現象。

處置效果：通過以上處置措施，軸位移A、B、C信號均沒有出現異常波動及干擾，始終保持同樣的正常變化趨勢，能夠真實準確地反應汽輪機軸位移量見表2，確保了機組的安全運行。

表5-2軸位移監測情況分析表

調查 調查 軸位移A點 軸位移B點 軸位移C點 潤滑油壓 #2瓦回油溫度

日期 時間 /（ mm） /（ mm） /（ mm） /（ MPa） /（℃）

2015-06-22 09：02：00 0.30 0.23 0.10 0.12 61.3

2015-06-22 10：02：00 0.28 0.21 0.09 0.12 61.4

2015-06-22 11：02：00 0.28 0.22 0.09 0.11 62.2

2015-06-23 09：02：00 0.29 0.22 0.09 0.12 61.4

2015-06-23 10：02：00 0.28 0.21 0.09 0.12 61.6

2015-06-23 11：02：00 0.29 0.22 0.09 0.12 61.8

6 結束語

對于下花園發電廠軸位移測量的問題，在其它電廠也有一定的普遍性和代表性，解決方法可供借鑒。由于本人知識面和技術水平的限制，可能還有一些在測量中的問題沒有發現。使軸位移系統能準確監測顯示在線數據，為運行人員的操作監視提供了可靠的判斷依據，為機組的穩定安全提供了可靠的保證。需要指出的是影響軸位移測量因素很多，學習及應用其它專業知識，如運行、汽機專業系統理論，才能更全面、準確的做出判斷。

參考文獻

[1]山西省電力工業局.發電廠集控運行（高級工）.北京：中國電力出版社，1997，（169）：70～71

[2]郭義杰.某火力發電機組在開機過程中軸向位移異常的原因分析及處理.[J].河南電力，2015

[3]秦順富.汽輪機軸向位移保護系統改進[J].四川電力技術.1994（3）：9～12

[4]大唐下花園發電廠#3機組TSI系統安裝調試報告[R].2003