3500機組狀態監測系統在汽輪機的應用

中國石油化工股份有限公司廣州分公司 楊 敬

1.前言

廣州石化動力事業部現正常運行有4套汽輪發電機組，所有機組的狀態監測系統采用的都是3500系列TSI保護系統。在這里重點介紹電渦流探頭的選型、安裝技巧以及故障處理。

2.汽輪機安全監視以及聯鎖功能的內容

2.1 轉速及零轉速

機器轉速值是汽輪機組開車、停車以及穩定運行時的重要參數。而零轉速是預先設定的軸旋轉速度，當運行的機器需停車時，機器轉速達到零轉速設置點，繼電器觸點動作，使盤車齒輪嚙合，使軸持續慢速旋轉，來防止軸產生彎曲，以避免在接踵而來的開車中由于軸彎曲對機器造成損壞。

2.2 超速保護

對于機組，超速是最危險的情況之一，如不加以控制，會造成機組重大的事故。

2.3 軸振動監測

對旋轉機械來說，衡量其全面的機械情況，轉子徑向振動振幅，是一個最基本的指標。

2.4 蓋振

大軸的振動可以傳遞到軸承殼上，該系統可利用速度傳感器測量機殼相對于自由空間的運動速度，變成位移信號。

2.5 偏心

轉子的偏心也叫軸的徑向位置，是轉子在軸承中的徑向平均位置，一旦機器承受預加負荷，軸頸就會出現偏心，其大小由偏心度峰-峰值來表示，即軸彎曲正方向與負方向的極值之差。

2.6 軸位移

軸在運行中，由于各種因素會使軸在軸向有所移動。這樣轉子和定子之間有可能發生動靜磨擦，所以需用傳感器測量轉子相對于定子軸向位置的變化。

2.7 脹差

脹差是轉子和汽缸之間的相對熱增長的差值，超過允許間隙時，便可能產生磨擦。所以監視脹差值的目的，就是在產生磨擦之前采取必要的措施。

2.8 熱膨脹

汽輪機在開機過程中由于受熱使其汽缸膨脹，如果膨脹不均勻就會使汽缸變斜或翹起，知道了汽缸膨脹和脹差，就可以確定轉子和汽缸的膨脹率。

3.探頭工作原理

整個測量回路由趨近式探頭、延伸電纜、前置器、信號電纜、監測器組成。根據麥克斯韋電磁理論，趨勢傳感器線圈中通入高頻電流之后，線圈周圍會發生高頻磁場，該磁場穿過靠近它的轉軸金屬表面時，會在其中感應產生一個電渦流。根據楞次定律，這個變化的電渦流又會在它的周圍產生一個電渦流磁場，其方向和原線圈磁場的方面剛好相反，這兩個磁場相疊加，將改變原線圈的阻抗。將阻抗的變化測出，并轉換成電壓或電流輸出，即可以反應間隙的變化。

4.探頭的標定

4.1 做探頭曲線原理

間隙和電壓之間成正比。但由于邊緣效應。在其低端和高頻呈非線性關系。要準確檢測軸的振動位移變化量，必須讓探頭工作在線性段，以確保監視儀在整個監測范圍的準確性。

4.2 傳感器校驗

4.2.1 校驗儀表：

TK3-2E校驗儀；電壓表；直流穩壓電壓

4.2.2 特性曲線校驗

a.用把探頭固定在探頭座上，使頂端接觸到校驗靶片，調節TK3-2E校驗儀上千分尺，使示值對準0mm；然后增加0.25mm，記錄電壓表的電壓值每次增加0.25mm間隙，直到示值為2.5mm，記錄每一次的輸出電壓，校驗點不小于10點。

b.以所記錄的數據繪制被校探頭傳感器系統的間隙－電壓曲線，根據所繪制出的間隙－電壓曲線，確定傳感器系統的線性范圍，應不小于2mm，計算出的傳感器系統的靈敏度應為7.874v/mm，在線性范圍內非線性偏差不大于20μm。傳感器線性范圍的中心為軸位移傳感器的靜態設定點。

c.振動傳感器的校驗方法與數據記錄同軸位移傳感器一樣，同時也要繪制出傳感器系統間隙－電壓曲線，并計算出靈敏度。在2mm的線性范圍內傳感器系統的誤差不大于5%.

4.2.3 傳感器的動態調校步驟如下

a.將千分尺固定于TK-3振蕩器擺臂上，調好零位。然后滑動擺臂，撥轉振動盤使震蕩幅度等于欲校點值，如：50μm、100μm、150μm、200μm等固定擺臂。

b.拆下千分尺，換裝上探頭，調到曲線中點間隙檢查。

c.開啟TK-3振蕩器電源，調整轉速到機組轉速3000r/n,記錄萬用表輸出交流電壓值是否與理論計算值相等。

d.計算公式

校驗點電壓值＝校驗點示值×靈敏度×0.707/2

例：校驗點示值為100μm，靈敏度：7.874v/mm

校驗點電壓值＝100×0.007874×0.707/2＝0.278V

5.探頭的安裝及使用要求

(1)被測處軸平面不得有凹凸不平的錘痕，孔隙，或槽溝等，并經消磁處理，托架和其他結構的材料應是剛性的。

(2)3300系列雙平面徑向振動探頭，須在同一軸截面互成90°安裝。

(3)軸向位移探頭應裝在與軸向運行一致的表面，探頭頂端絕緣層必須保持完好、無破損，延伸電纜也一樣。

(4)為防止電磁干擾，前置器必須絕緣安裝，并應采取正確的信號線屏蔽接地，并在控制室內接地，避免形成接地環路。

(5)軸振動探頭安裝間隙電壓應在探頭線性曲線中心，軸位移探頭安裝，應由機修人員把軸撬到零位參考位置（工作面），把軸位移探頭間隙電壓調至探頭線性曲線中心，也就是軸位移表校驗時的零位，探頭裝好之后，還需和監控儀核對，看是否指示零位。如零位一致，再由機修人員將軸撬到非工作面，分別看監視儀所指示的上下行串量是否和機修人員用千分表測得的軸串量一致，若不一致，可從機械、儀表兩方面找原因，若一致，可緊固探頭。

(6)探頭支架緊固螺絲及探頭緊固都必須加彈簧墊片及墊片，防止振松。

(7)探頭與延伸電纜連接前必須用電氣清洗劑清洗，接頭必須擰緊，用生料帶包扎再用熱縮管密封，用尼龍扎帶扎緊。探頭及延伸電纜在機組內必須捆扎好，防止機組軸承高速旋轉時將延伸電纜磨壞。延伸電纜引出缸體時，必須用密封膠598進行密封防止漏油。

6.3500系統硬件及組態

6.1 3500系統硬件組成

框架：3500/05

電源：3500/15

框架接口：3500/20

通道繼電器模塊：3500/32

位移監測器：3500/40（可用于徑向振動、軸位移、軸偏心、差脹）

差脹/軸向位置監視器：3500/45

轉速模塊：3500/50

超速保護模塊：3500/53

6.2 系統組態

硬件組態：

Rack Configuration Software為3500系統與用戶的人機接口，安裝好后，將計算機與3500系統用專用電纜連接起來便可進行系統組態。軟件的左邊的“Options”與“Setpoints”分別為各模塊的組態及模塊報警值的設定。選擇與工作目的一致的按鈕后，便可點擊對應的模塊，如選“Options”后點第二塊模塊后出現如下畫面：為各通道的簡要說明，各通道的具體參數設置可以在對應的通道下點“Options”便可出現該通道的具體參數設置畫面。各通道的具體參數設置可以參考具體的軟件操作手冊，相對明了，不做具體介紹。當組態修改完給，便可點擊主畫面上的“Download to Rack”，在確認出現的對話框中后便可將新的組態下裝到3500系統中。

7.故障檢查及處理

常見故障檢查：

在機組運行過程中振動、位移指示有偏差，可用如下方法進行檢查。（此方法是在探頭、延伸電纜正常工作的情況下）

例1：如軸振動現指示150um，此軸振動靈敏度為8.874v/mm。

1.軸振動的峰峰值＝150×0.00874×0.707／2 =0.417V

2.再到現場前置器接線盒用萬用表交流的擋2V擋測量前置器COM與OUT電壓是否0.417V，就可判斷此指示是否正確，是否偏大還是偏小。

例2：如軸位移現指示＋1mm，此軸位移靈敏度為3.94v/mm（此探頭設置為遠離為正向），如零位電壓值為10V。

1.先算抽位移1mm的電壓值＝10＋3.94V×1=13.94V

2.再到現場前置器接線盒用萬用表直流電壓擋20擋，測量前置器COM與OUT電壓是否是13.94v，就可判斷此指示是否正確。

8.結束語

動力事業部汽輪機組的狀態檢測系統經過由哈汽國產監測系統、7200狀態監測系統、3300狀態系統，再到現在的3500狀態監測系統，經過多次精心改造，對現場儀表精心維護，目前全部汽輪機狀態聯鎖系統運行良好，系統穩定可靠，為廣州石化千萬噸煉油改擴建提供了有力保證。