汽輪機高中壓缸脹差信號負差大原因分析和優化改進措施

陰玉清

（廣州發展電力科技有限公司，廣東 廣州 510000）

汽輪機監視儀表（TSI）是一種連續監視汽輪發電機軸系和氣缸的機械工作參數（包括轉速、振動、差脹、偏心、軸位移等）的系統，并在被測參數超出預設值時發出報警和停機信號。隨著機組容量的增大，汽輪機TSI系統，已成為汽輪機保護的重要組成部分，其參數測量的準確性影響汽輪機的安全運行。

某電廠汽輪機監視儀表（TSI）使用了EPRO MMS6000型監測系統，其方便的軟件組態形式和可靠硬件質量，將為電廠的安全運行提供了有力保障。TSI系統的信號有：轉速、軸位移，高中壓缸脹差、低壓缸脹差、軸振、蓋振、偏心、鍵相信號。其中，參與機組保護的信號主要有轉速（3支）、軸位移（2支），脹差（高、低差各1支）、軸振動（同一個軸裝有X向和Y向2支）信號，高、中壓缸脹差信號安裝在汽輪機前箱1號軸承處，低壓缸脹差裝在4#軸承處，因為高、低壓缸脹差信號只安裝有一組信號送至ETS保護系統進行汽輪機的安全保護，在機組的運行中測量參數出現異常，根據一支脹差信號無法判斷該探頭是否正常，為了保證汽輪機的安全，只能選擇停機進行處理。因此，經過此次的異常處理后，專業組和TSI廠家共同提出方案對脹差信號進行優化改造。

1 脹差探頭的測量原理

高、中壓缸脹差探頭和低壓缸脹差探頭屬于電渦流傳感器，電渦流傳感器是基于電磁感應原理，前置器中的高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產生交變的磁場H1。當被測金屬體靠近這一磁場，則在金屬表面產生感應電流。與此同時，該電渦流場也產生一個方向與H1相反的交變磁場H2，由于H2的反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變，即改變了線圈的有效阻抗。這一變化與金屬體磁導率ξ、電導率σ、線圈的幾何參數T、激勵電流頻率ω、以及頭部線圈到金屬導體表面的距離D等參數有關。通常我們能做到控制ξ、σ、T、ω在一定的范圍內不變，則線圈的阻抗就只與D有關的函數，雖然整個函數為非線性的，但是，可以選取其中它近似為線性的一段。于此通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化與頭部線圈與金屬導體之間距離D轉換成電壓或電流變化。輸出信號的大小隨探頭與被測面之間距離的變化而變化。正是根據這一原理，實現了汽輪機脹差信號、軸位移、振動等信號的測量。

圖1

2 脹差探頭的安裝

脹差探頭的安裝對探頭測量的準確性也有很大的影響。在安裝差脹傳感器前，首先，要進行汽輪機轉子推軸定零位，把傳感器調整支架旋轉到合適位置，安裝傳感器時，應使傳感器端面與被測面保持平行，測量前置器的輸出電壓，將零點間隙電壓定在-12V，鎖緊傳感器的鎖緊螺母，傳感器就安裝好了。

接下來，要離線采集傳感器的線性，調節手輪，先正向旋轉1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm，記錄此時前置器的電壓值，然后回零。然后再往負向旋轉，并記錄下電壓值。

用計算機連接脹差卡件，并把表中記錄的位移和電壓值輸入組態進行線性化。做好以后，對組態進行保存和備份。完成后，用上述的步驟調整手輪，再進行數據測量值的比對并記錄在表一中。在此過程中，檢查報警和停機值是否與設定值相一致。

最后，進行支架的固定，慢慢鎖緊螺母并微調手輪使得間隙電壓與零點電壓差值不超過0．05V。固定支架一定要有耐心，不能敷衍，因為脹差探頭安裝的質量直接影響數據測量的準確性。

3 存在的問題

在去年8月、9月、10月在機組運行的過程中，曾經出現2#汽輪機高中壓缸脹差信號負向增大，最大時達到5．0（高中壓缸脹差保護定值為：7mm）的現象，該信號在機組運行過程中慢慢增加（并非信號跳變），11月，運行人員對中壓供熱做出調整后，高中壓缸脹差信號維持在-1．8mm左右，未出現繼續下降。鑒于機組主要保護丟失，經公司開專題會討論決定停機對高、中壓缸脹差信號進行校對，以此排除脹差探頭故障，為設備缺陷的進一步分析提供依據。

停機前經過初步的分析判斷，導致高中壓缸脹差信號異常，熱控信號異常原因主要有：（1）安裝支架松動，導致零位發生變化；（2）中間接頭老化接觸不良；（3）探頭和前置器存在故障，導致信號測量異常；（4）探頭測量正常，探頭和測量面之間的距離發生變化。所以本方案是在停機時進行檢查確認高中壓脹差測量系統是否正常，以最終確定高壓缸脹差異常原因，從而制定下一步工作和要求。

經過專業組會議討論決定，2#機汽缸缸溫在150℃度以上時，只對熱工測點的測量數據進行跟蹤，熱控專業無須對2#機TSI測量裝置進行檢查，待滿足開前箱條件時，熱控專業按照以下步驟對測點進行檢查：

第一步：熱控人員進行連接2#機的TSI軟件檢查高、中壓缸脹差信號通道輸出電壓值，確認通道輸出值與DCS顯示值一致。如果出現不一致的現象，則需要首先檢查DCS通道，確保兩者一致后進行第二步。

第二步：開前箱后，檢查高、中壓缸脹差信號就地設備，檢查探頭安裝支架、固定螺栓安裝是否牢固和支架底座的焊點是否脫焊，如果螺栓牢固和焊點正常就可以進行第三步；如果有松動，說明該信號已經不能準確反應脹差實際情況，經熱控和汽機專業組及公司領導同意后可以拆除探頭，并檢查出現松動的原因，在回裝時避免再次出現相同問題。

第三步：檢查高、中壓缸脹差探頭的延長電纜的自鎖轉接頭，輕輕晃動脹差探頭延長線，看電壓信號是否穩定，如果電壓信號穩定可以進行第四步；否則，需要緊固延長電纜的中間接頭，緊固后觀察探頭輸出電壓值有變化，就可基本確定原因，并經熱控和汽機專業組及公司領導同意后可以拆除探頭，在回裝時，安裝不帶中間接頭的脹差探頭。

第四步：通過在高、中壓缸脹差探頭與測量面之間放入塞尺的方法檢查探頭的線性是否正常，根據現場實際情況，取三個厚度的塞尺放入（0．2mm、0．4mm、0．6mm），并記錄前置輸出電壓值變化情況，在DCS上會顯示減少或增加相應的數值，如果顯示數值和塞尺數值基本一致，就可判斷測量系統正常，然后，進行第五步；如不對應就可證明探頭和前置器的線性不良造成的測量誤差。

按步驟進行檢查至第四步后，發現脹差探頭自身異常，輸出的電壓與安裝時電壓不一致，拆除后，按照前面的安裝步驟，重新安裝新的脹差探頭，重新啟動汽輪機后，高壓缸脹差信號正常。

通過此次缺陷的處理，讓我們意識到脹差探頭在沒有備用的情況下，一旦探頭異常，只能停機處理，增加汽輪機運行的成本。鑒于此，熱控專業提出對該信號進行優化改造，保證汽輪機保護信號的可靠性。

圖2

4 優化改進措施

經過這次事件，讓我們意識到汽輪機主保護測點尤其是安裝在汽輪機內部的測點，設備的可靠性對汽輪機的安全運行有著很大的影響。鑒于此，在機組前箱增加一路備用的高中壓缸脹差探頭，探頭型號為：PR6426/010-110，前置器型號為：CON021/916-200，并在1#機組電子間原TSI機柜中增加一塊脹差檢測卡型號為：A6210。

信號送至DCS中顯示，并增加高中壓缸脹差大報警和跳機輸出繼電器。探頭的安裝方式如圖（脹差探頭的安裝方式）所示。新增加脹差信號2的安裝方式為與脹差探頭1相對安裝，重新設置卡件參數，保證兩路脹差信號的測量值保持一致。

因為新裝探頭2的安裝方向與原探頭1方向相反，因此，新加裝探頭2按照脹差探頭的安裝時，按照前面脹差探頭的安裝步驟進行探頭的線性采樣并做好記錄，采樣的過程中要注意，探頭1和探頭2的方向為相反方向，在將位移和電壓值輸入組態進行線性化的過程中，要注意兩個探頭的安裝方向相反。

新增高中壓缸脹差信號2作為備用和參考，在機組運行過程中，兩路信號保持一致。當兩個信號出現較大的偏差時，說明其中一路信號已經異常，可以退出保護對兩路信號進行檢查，兩個測點出現偏差時，說明其中一個點存在異常，需要進行檢查處理。當測點1出現信號出現故障時，可以通過測點2對機組進行監測，同時，報警通道接入機組的脹差大的保護通道中，保證機組在運行過程中主要保護不能退出。

改造后，經過一段時間的觀察，兩個信號均正常，運行中兩個信號的偏差較小，為運行中汽輪機脹差信號的準確性提供了判別的依據，使得汽輪機高壓缸脹差保護能夠正常投入，增強了汽輪機保護的可靠性。