630MW機組TSI系統的安裝調試及常見故障分析

淮浙電力鳳臺發電分公司 張新鈺

1 引言

TSI（Turbine Supervisory Instrumentation）全稱汽輪機安全監視系統，在大型汽輪機組中，TSI 系統有著非常重要的作用。不僅可以實時監測軸向位移、熱膨脹、汽機轉速、軸承振動等重要參數，實時為運行人員提供機組信息，為大型汽輪機組的安全、穩定運行提供可靠保障。而且可以在異常工況引起的嚴重損壞前遮斷汽輪發電機組，避免造成更大的事故，保護汽輪機組安全[1]。

2 TSI 測量原理介紹

TSI 系統主要由各種不同類型的傳感器、前置放大器和各種可自由組態定義的智能卡件組成。使用傳感器測量汽輪發電機組中高、低壓缸脹差、轉速、軸振動、軸向位移、汽缸熱膨脹等參數，這些參數對汽輪發電機組的安全穩定運行有著非常重要的作用，通常用于汽輪發電機組的保護邏輯。如有異常參數，通過合理的邏輯保護及時停運機組。

2.1 電渦流傳感器

工作原理：當有一個高頻的電流流入傳感器線圈會產生一個頻率非常高的振動磁場，當有金屬物體靠近這個磁場的時候，在這個金屬物體的表面會產生電渦流，且這個電渦流的大小會隨著傳感器與金屬物體之間距離的變化而變化。輸出直流電壓信號，該元件與被測物體之間沒有直接的機械接觸，具有比較寬的頻率使用范圍（0～10Hz），輸出的是直流電壓信號。

2.2 磁電式速度傳感器

工作原理：磁電式速度傳感器是基于一個導體作切割磁感線運動時，會產生一個與它運動速度成正比的電動勢的原理制成的。該元件主要由彈簧片、線圈、線圈骨架組成。當機組的振動頻率大于這個慣性質量系統的固有頻率時，線圈相對大地是靜止的，而通常傳感器剛性固定在汽輪機軸承外殼上，磁鐵與汽輪發電機組的振動完全一致，這就相當于磁鐵在線圈內運動，所以線圈內會產生與振動信號成比例的電壓信號。通過測量這個電壓信號，來計算汽輪發電機組的振動值。

2.3 LVDT 傳感器

工作原理：LVDT 傳感器即線性可變差動變壓器，是一種測量物體線性位移的傳感器，在汽輪發電機組中通常用于測量可調節閥門的開度大小。工作原理實際是一個鐵芯可動的變壓器，由一個初級線圈、兩個一樣的次級線圈和一根鐵芯組成。將兩個次級線圈反極性串接，將一根圓柱形鐵芯一端與被測物體剛性連接，鐵芯隨著被測物在線圈內自由移動，次級線圈輸出電壓也會隨之線性變化，這樣就可以通過測量次級線圈電壓的大小來測量被測物的位移量。

3 TSI 現場安裝及調試

3.1 軸承振動

3.1.1 安裝

通常，在汽輪機軸承處垂直于軸承，左、右側與水平面成45°方向各安裝一個軸振動測點，在面向汽輪機機頭方向，將左側定義為X 向振動，右側定義為Y 向振動。安裝過程中要注意防止用力過猛損壞探頭。首先將振動探頭安裝在專用的支架上，方向垂直于大軸，然后一邊使用萬用表測量前置器的輸出電壓，一邊緩慢調整探頭與大軸間的間隙，直至輸出電壓達到-12V 左右時，開始用力緩慢鎖緊固定螺絲，再逐步微調使輸出電壓穩定在-12V，鎖緊螺絲。鎖緊后輕敲探頭，確保輸出電壓穩定無波動。線路與延長電纜的接頭處要用耐油熱縮管處理，以免接地。并且信號電纜應在軸承箱內固定牢靠，防止軸承箱內潤滑油沖刷電纜，在汽輪機內部棱角處磨損電纜。

3.1.2 調試

在調試過程中，可以在回路中串聯一節9V 的電池模擬直流分量，用信號發生器的頻率輸出信號來模擬交流分量，通過改變頻率信號的交流電壓幅值來仿真汽輪機軸承的振動幅值。

3.2 軸向位移安裝調試

3.2.1 安裝

在安裝大機軸向位移之前，需要確定汽輪機的推力間隙，所謂推力間隙就是推力盤在推力軸承工作瓦面與非工作瓦面之間的距離，即K 值；在安裝探頭時，可通過“中間定零”法，機務工作人員需先將大軸推向工作面，再推向非工作面，使用千分表測出推力間隙，然后以K/2的位置為零點，如圖1所示。

圖1 推力間隙示意圖

另外還有一種工作面定零法，某廠一期大機共有軸向位移測點3個，就是采取工作面定零位法，在冷態時，將大軸推向推力軸承的工作面，推緊后，將該位置定為零位，調整間隙電壓為-12V。或是推向非工作面，定零位，調整間隙電壓為-12V。從零位逆時針向發電機方向移動，每0.2mm 記錄一次數據，再零位順時針向機頭方向移動，每0.2mm記錄一次數據，將走出來的線性填入軸向位移卡件。最后固定時以-12V 固定。根據不同的廠家的汽輪機，選擇不同的定位方式。

安裝小機軸向位移時，安裝之前首先確認探頭、延長線、前置器SN 號一致。然后開始安裝，小機軸向位移的零位是以推力間隙的中間位置為零位，安裝前要求機務核對汽輪機安裝記錄，支好千分表，然后對汽輪機進行推軸，從當前位置推向負工作面（工作面），調整千分表到零位，然后把軸推向工作面（負工作面），記錄軸的移動距離，然后再要求機務將軸推向工作面。在推軸的過程中要多推幾個往返以保證大軸位移的測量數據穩定。最后要求相關負責人簽字確認。根據推力間隙計算小機軸向位移的理論安裝電壓值V=（-10-推力間隙/2×8）V，根據安裝電壓安裝探頭，安裝后DCS 顯示值應為+（推力間隙的1/2）。安裝后要求對整個測量通道進行核對，從探頭到DCS 顯示要對應一致。中間接頭部分用精密儀器清洗液清理后用熱縮管熱縮好。讓機務將軸推至負工作面位置，核對DCS 顯示是否為-（推力間隙的1/2），即安裝結束。

3.2.2 調試

軸向位移的大小直接與前置器輸出電壓是線性對應的關系，因此可在回路中直接加入直流電壓信號來模擬軸向位移的大小，假如信號發生器的輸出電壓不夠，也可在回路中串接一個干電池（平時機組啟動前的聯鎖保護試驗時用）。就地可通過水平移動安裝支架模擬實際位移，用百分表測量位移量的大小，對照DCS 顯示，檢查保護動作的正確性（此方法僅在機組檢修時，汽輪機軸承蓋打開的情況下用）。

3.3 高壓缸脹差安裝調試

3.3.1 核對安裝是否正確

檢查高壓缸脹差探頭與前置器的SN 號是否一致，標記以就地安裝位置為準。檢查前置器與TSI柜的卡件標記是否一致，拔掉前置器探頭查是否變壞點。檢查TSI 柜的卡件標記送至DCS 機柜接線方式是否為無源接線，與上位機KKS 是否一致。

3.3.2 就地拉線性調試

就地為兩個高壓缸脹差探頭，上下布置安裝，以調試上探頭為準，無需進行下探頭的調試。通過就地支架將上探頭電壓調至-4V，作為調試基準電壓，即0mm。按照-7.5～14.5mm 的行程，每2mm 走線性行程，記錄當前行程及對應的電壓值，上下行程各走一遍，算出每行程對應的電壓值平均值。

3.3.3 更新TSI 卡件線性參數

將每行程對應的電壓值平均值，填入TSI 卡件線性欄中，點數有變化可新增或刪減點，填入參數后請復核。

3.3.4 就地與DCS 核對線性行程

就地一人，利用高壓缸支架的百分表走-7.5 ～14.5mm 的行程，每2mm（百分表擰2圈）走線性行程。DCS 一人，就地每走2mm，DCS 側熱控人員將當前數值記錄下來。在低壓缸脹差跳機值附近，就地熱控人員需緩慢擰百分表逼近跳機值，確認脹差死區是否符合要求。此次線性參數用來判斷高壓缸差脹探頭安裝是否合格，線性是否基本滿足機組運行要求。

3.3.5 恢復基準電壓-4V

就地熱控人員將高壓缸脹差探頭基準電壓恢復至-4V，DCS 側熱控人員觀察上位機是否為0mm。

3.3.6 緊固探頭及支架

聯系外委熱控人員，緊固支架，確保緊固后安裝電壓在-4V 左右。熱控人員進行緊固后檢查，合格后方可聯系機務進行后續操作。

實習動員會上，指導教師根據多年的實習經驗，講解即將進入實習的工廠的設備特點、設備內部結構和運轉狀況，彌補了學生認識實習不能身臨其境的不足，并且，指導教師要布置任務，讓學生利用課余時間查閱相關文獻，使學生能夠更多地了解與實習企業所采用的工藝相關的工藝技術，讓學生在實習之前就有一定的知識儲備，從而能夠更好地到實習現場接收更多的知識，實習效果更好.

3.4 轉速安裝調試

3.4.1 安裝

3.4.1.1 電渦流探頭的安裝

電渦流探頭的安裝按間隙電壓安裝，在安裝電渦流轉速探頭時一定要將探頭與齒輪的齒尖對正，然后才能定位。

3.4.1.2 磁阻傳感器的安裝

磁阻傳感器的安裝需要按照探頭與齒輪齒尖的間隙安裝，首先需要將轉速探頭與齒輪的齒尖正對，使用塞尺安裝1mm，允許有±0.2mm 的偏差。安裝時可以適當將間隙調大0.1mm，因為正常運行時頂軸油啟動后軸會往上抬一點。安裝后，緊固螺絲，確保探頭安裝牢靠無松動。

3.4.2 調試

紅為電源端、藍為信號端、白為公共端。拆線后，正端接COM，負端串入信號端，需將9V 直流電池串入回路提供直流電壓，信號發生器提供交流Hz。

轉速信號可通過信號發生器來模擬，在交流電壓為1.0V 的情況下，分別對轉速加以670Hz、3350Hz、6700Hz、7370Hz 的頻率來模擬300150030003300RPM，轉速偏差正負1轉內。

4 TSI 常見故障及事故案例

4.1 探頭與延伸電纜、延伸電纜至前置器的接頭松動、污染

4.2 絕對振動單點信號保護誤動概率大

案例：某電廠#4機組正常運行中，1y 軸振動信號突變，觸發振動保護動作，汽機跳閘。另一電廠的#3機組，#11軸承振動高高保護動作跳機。

原因分析：以上兩個案例均是由于單點振動高造成的保護誤動引起的跳機。某廠振動保護邏輯不是單點保護。

4.3 汽輪機內部探頭損壞

案例：2011年7月2日，某廠1號機汽輪發電機組4號軸承Y 方向振動跳變，經檢查，故障原因為汽機內部振動探頭損壞或探頭與延長線連接接頭松脫（因機組運行無法打開軸承蓋檢查）。后在2012年1號機組臨修中開蓋發現該振動探頭其根部扯斷。判斷原因為探頭引出線固定不牢，在大軸的高速旋轉下被扯斷。2012年4月24日，1號機汽輪發電機組4號軸承Y 方向振動又變壞點，2012年4月25日2號機6號軸承X 方向振動測點跳變。停機后檢查發現故障出在探頭與延長線的接頭處。

4.4 低壓缸差脹信號跳變

案例：某廠1、2號機組存在低壓缸差脹信號突變的情況，2號機組在夜間負荷低時，低壓缸差脹1示值會出現突然從8.8mm 跳變至6.43mm，在幾個小時后又突變回8.7mm。1號機組在啟機階段也發生過低壓缸差脹2示值從8.96mm 跳變至11.15mm 的現象。

原因分析：兩個探頭的結合面存在重疊，即在某個點出現兩個探頭的前置器均輸出有效電壓，造成示值突變。

5 提高TSI 系統可靠性的辦法

5.1 日常巡檢

日常巡檢可及時發現TSI 系統中出現的一些隱患，通過采取相應的措施消除隱患，可較大程度提高TSI 系統的可靠性。在日常巡檢過程中，主要需檢查220VAC 電源是否在合閘位置；檢查兩路24V電源指示燈是否均亮；檢查卡件為綠燈亮，且無閃爍；檢查24V 繼電器電源是否在合閘位置；檢查柜后接線是否脫落。

5.2 電源設計

為了提高TSI 系統電源可靠性，應配置兩路可靠的220V 交流電源，用可靠的雙電源切換裝置實現冗余供電，且切換時間應滿足實際要求，一般要求小于5ms，保證TSI 系統不會因為失電導致系統初始化；同時每個TSI 機柜應配置至少兩塊24V DC電源模塊，保證機柜供電正常。

5.3 安裝規范

TSI 系統的元件在現場安裝時，必須要采取相應的防范措施，來提高整個TSI 系統的可靠性，TSI系統測量所用的元件大多都是電渦流傳感器，這種傳感器所輸出的交流電壓信號都是毫伏級的，所以非常容易受到外界的干擾。

5.3.1 接地應規范

TSI 系統中信號電纜的屏蔽層應完好無損，并且應在電子間機柜處單點接地，在就地元件處浮空，元件的前置器應安裝在金屬材質的箱內，并且金屬箱應做到可靠接地。信號電纜應固定牢靠，防止磨損導致多點接地。

某廠曾發生4號機組因引風機汽機TSI 參數異常導致機組MFT 事件。檢查發現兩個問題：一是引風機小機TSI 柜內24V 電源對地浮空，負端有+16V 左右電壓存在，24V DC 電源負端沒有接地；二是現場振動探頭延長線的接頭存在接地現象。

5.3.2 安裝位置應選在振動小的地方

應將安裝前置器的金屬盒底座墊上一層橡膠墊，將金屬盒安裝在振動比較小的位置，并且安裝位置應便于檢修。

5.3.3 安裝位置應避免強磁場和高溫區域

TSI 元件的安裝位置應避免強磁場和高溫區域，否則會對電渦流傳感器線圈產生的磁場造成影響，引起測量偏差甚至測點故障。

5.4 線路連接

線路連接對提高TSI 系統運行可靠性有著重要作用，在安裝、檢修及維護中應注意：盡量選擇傳感器與延伸電纜一體化的元件，可降低中間接頭接觸不良帶來的隱患；延伸電纜應固定牢靠，避免電纜磨損；每次檢修拆除元件時，每個接頭都應用布包裹好，防止油污雜質落入接頭，帶來安全隱患；安裝之前要對接口處使用精密儀器清洗劑進行清洗，保證接頭處潔凈無污染；定期檢查緊固前置器接頭、接線和TSI 機柜內的接線端子。

5.5 設置合理的保護邏輯

為提高系統的可靠性，可設置合理的閉鎖條件。對于TSI 系統的單點保護信號，應改為多點保護，防止單一信號誤發導致保護誤動；軸向位移保護信號應使用三取二判斷邏輯，并設計信號質量變壞點自動踢除功能，且從現場測量到機柜卡件必須全程獨立、冗余；對于脹差保護應設置一定的延時，防止信號誤發；大屏報警信號發出后復位需要采用手動復位，而邏輯中保護動作后的復歸方式應為自動復位。

5.6 運行維護

要加強對TSI 系統中探頭、卡件、電纜、電源等在運行過程中出現的異常及時進行檢修。

TSI 的渦流探頭系統校驗時，應保證探頭、延長電纜和前置器成套進行，校驗周期隨機組B 級檢修進行，有資質的檢定機構出具的校驗合格報告和機務配合下進行的傳動效驗記錄可溯源[2]。要定期調閱TSI 系統中重要信號的歷史曲線，應對出現跳變現象的信號或異常信號引起足夠重視，要及時檢查相應傳感器的接頭是否接觸不良或信號電纜存在干擾，并采取針對性措施進行處理。振動探頭處應貼有醒目的警示牌，防止無關人員誤碰導致信號誤發。在進行聯鎖試驗時，對TSI 系統的每條保護應進行逐一確認。

6 結語

TSI 系統作為火電機組非常重要的系統，任何一個故障都有可能影響機組的安全穩定運行，只有做好TSI 系統的安裝調試和日常維護工作，才能使TSI 系統更加可靠，才能確保機組的經濟、安全、穩定運行。這就要求工作人員必須熟練了解并掌握TSI 系統的探頭測量技術原理以及安裝方法，并不斷總結經驗，積累相關知識。