汽輪機振動監測保護裝置分析與改進

謝晨輝

摘 ? 要：廣東華電韶關熱電有限公司汽輪機的軸系檢測使用艾默生公司生產的CSI6500系統，本文主要對各種原因引起的振動信號波動做出分析，并進行了相應的防誤動的技術措施及改進方法，經實施效果分析可知這次改進不僅提高了汽輪機軸系振動監測的可靠性，而且保證了機組的經濟運行，取得了較好的改進效果。

關鍵詞：傳感器 ?監測保護系統 ?CSI6500

中圖分類號：TH13 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）05（a）-0019-02

1 ?TSI概述

廣東華電韶關熱電有限公司#1、#2號汽輪機組采用東方汽輪機廠生產的型號為C350/325-24.6/1.25/569/569的超臨界，一次中間再熱，單軸、三缸、雙排汽、單背壓、單抽凝汽式汽輪機，設計新蒸汽壓力24.6MPa，溫度為569℃。

#1、#2號機組汽輪機振動監測裝置使用艾默生epro公司的CSI6500系列產品。主汽輪機監測的有：大軸偏心、機組鍵相、汽輪機轉速、汽輪機相對振動、推力軸承軸向位移、脹差、高、中壓缸絕對膨脹等。除高、中壓缸絕對膨脹采用位移式LVDT、汽輪機轉速鍵相采用霍爾效應探頭以外，其余監測均采用電渦流式傳感器。自2018年底雙機投產以來，曾經出現汽輪機發電機組軸相對振動監測信號故障，導致汽輪機“非停”事件發生。使主機軸系振動保護監測裝置的可靠性發生下降。優化提高主機軸系振動監測保護裝置的可靠運行成為雙機安全穩定運行迫切解決的問題[1]。

艾默生公司所生產的TSI汽輪機主要監測系統由測量一次元件、探頭專用電纜、就地前置器、控制電纜和監測保護系統機柜（框架）組成。一次元件（傳感器探頭）安裝在機組軸系軸承座上（或軸承箱內部）。一次元件（電渦流傳感器）通過探頭專用電纜與就地前置器相連。電渦流傳感器探頭電纜與延伸電纜的卡針接頭應使用專用的接頭保護器并熱縮管熱縮、PVC絕緣膠帶纏繞。

機組各個軸承相對振動就地前置裝置通過控制電纜與汽輪機軸系監測保護系統機柜（框架）端子排相連接。控制電纜應選用帶銅網屏蔽的1.0×4電纜，單芯電纜的截面積2.5mm2。控制電纜的其中的四根線芯與就地前置裝置的24+、com、24-接三個接線端子應接觸良好牢靠，電纜銅網屏蔽層在此處不與任何端子連接，做浮空處理。控制電纜與汽輪機軸系監測保護系統直接連到監測保護系統機柜（框架）的接線端子排，控制電纜的銅網屏蔽層與公共（COM）端相連接。

在汽輪機軸系監測保護系統獨立運行時，將系統電源的公共端與機柜框架的接地端子相連，確保軸系監測保護系統的單點接地要求，達到防止系統干擾的目的。在汽輪機軸系監測保護系統與DCS或DEH控制系統通過硬接線或通訊數據接口相連接時，要考慮整個系統防干擾，按主機系統要求實現單點接地。2018年11月一號汽輪發電機組發生一次非停，首出原因是軸振大停機，在對軸振動探頭逐一檢查時發現#6軸承X向振動信號線與傳感器電纜的連接處磨破，屏蔽線與旁邊導體連在了一起，引起#6軸承X向振動信號的大幅擺動導致機組跳機。可見信號電纜及屏蔽線必須正確、完好，這是保證測量準確、可靠的有力保障[2]。

2 ?原因分析

（1）系統軸系振動監測測量回路的抗干擾不好，造成外部環境信號干擾振動測量信號而誤發軸振大超限，觸發ETS系統動作，導致汽輪發電機組緊急停機。

（2）軸振監測系統的測量回路中，一次元件與延伸電纜卡針接頭處松動造成信號波動而誤跳汽輪機，存在機組運行安全隱患。

（3）探頭安裝工藝不嚴格，沒有執行電力行業建設標準，未考慮到周圍溫度、軸承排油的油流沖擊對其造成的不利影響。

3 ?改進方法

（1）東方汽輪發電機組（350MW等級）的TSI系統共有十六項軸承相對振動信號，分別來自汽輪機側的十二個軸振測點和發電機側四個軸振測點。十六項軸承相對振動信號通道任意一個達到高二值即遮斷值（250μm）即觸發汽輪機保護動作，緊急遮斷汽輪發電機組。這種保護設計方式能很大程度保護機組主設備，但考慮到保護裝置可能存在的誤動情況并給機組“非停”帶來不良影響，因此對保護動作條件進行分析改進是必要的。

汽輪機軸系振動理論上分析，高速旋轉的汽輪發電機組軸系，其軸系的相對振動是整體的平穩狀態，出現某一點X或者Y方向的突然變化，而其他相鄰或者間隔的軸承振動點沒有變化的情況極其罕見，常態是當某一個軸承的振動（比如2號軸承）發生振動增大時，汽輪發電機組相鄰的高壓或者中壓段轉子軸系的動平衡被破壞，汽輪發電機的整根軸系振動都會發生變化，相鄰的軸承振動變化幅度越大。基于此，汽輪發電機組軸振動保護邏輯可以進行優化完善，實現及時發現軸系振動異常迅速停機又不會由于干擾因素大致測量失靈，而造成機組發生“非停”的目的。

綜上所述，與東方汽輪機廠和自控中心充分溝通后將汽輪機組軸振保護邏輯優化為以下動作條件：汽輪發電機組十六項軸振測點，任意一軸振動高二值（250μm）AND任意軸振動高一值（125μm）發出汽輪機軸振大信號（延時3s）緊急遮斷汽輪發電機組，避免軸承振動受到干擾導致測量出現失真，而使汽輪機“非停”事故。

（2）公司一、二號機組汽輪機監視保護裝置采用CSI6500雙通道軸振動測量模塊卡件，6110軸相對振動監測模塊關于限值監測功能有五種選擇方式。其中一項報警抑制功能作用是：此項功能開啟后如果模塊出現通道故障，該通道的報警輸出將被抑制。通道不會發出報警值，以避免發生誤跳汽輪發電機。

根據公司兩臺機組實際情況，走訪溝通多個兄弟電廠和監測系統技術專工分析、研究，將兩臺機組汽輪機監測系統軸相對振動卡件的監測模式選擇采用報警抑制功能，提高汽輪機軸振動監測的可靠性，避免了軸振監測發出失真信號，導致“非停”汽輪機。

（3）針對艾默生公司的CSI6500系列產品探頭專用電纜引線、延伸電纜進行熱縮（內、外接頭），規劃電纜在軸承箱內走向，對敷設進行固定，加強電纜絕緣保護，避免發生破損;一次元件傳感器到前置器中間都有一個插針的接頭，而在實際機組運行中碰到該接頭會使振動值突變，進而造成振動保護誤動作。對于個別振動傳感器到前置器中間插針的接頭，將插針接頭剪掉，將振動傳感器到前置器的引線直接焊接，在焊接中要注意防止卡件燒損。經過長周期的運行，發現這種方法能保證振動測量不發生突變，保證了機組的穩定運行。

（4）做好探頭的原始間隙電壓的測量與記錄;對一次元件、前置器、專用電纜的拆除做好保護、標記清晰、擺放整齊劃一，避免造成一次元件的磕碰及安裝錯位。軸承回裝過程中發現一次元件、專用電纜破損的必須更換。

4 ?實施效果

通過細致、嚴謹的優化和現場安裝，更改CSI6500卡件報警抑制功能，確保一次元件的專用電纜等措施的整改到位，真正的避免了軸振動測量出現失真而“非停”汽輪機事故，提高了汽輪發電機組軸振動監測的可靠性，保證公司機組的長周期安全經濟運行。

5 ?結語

本文所提出的接地問題希望引起有關技術人員的借鑒，目前機組投產時間短暫，在現場檢查接線時要嚴格按照設備的產品說明書中給出的技術要求進行接線，以保證信號測量的準確、可靠。使汽輪機軸系監測系統保護系統安全、可靠地工作，避免設備損壞。使公司的設備保護和管理達到一個新水平，為公司創造更大的經濟效益。

參考文獻

[1] 錢進.汽輪機轉子振動試驗與分析[D].重慶大學，2008.

[2] 凌榮宇.300MW火力發電機組運行與檢修技術培訓教材-儀控[M].北京：中國電力出版社，2002.