TSI安全監測系統在透平機中的應用

李傳軍，王會華，蘇鵬，吳子永

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪 271100）

經驗交流

TSI安全監測系統在透平機中的應用

李傳軍，王會華，蘇鵬，吳子永

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪 271100）

泰鋼熱電公司透平機組采用TSI汽輪機安全監測系統，系統實現了對轉速、偏心、軸振、軸位移、脹差、熱膨脹等參數進行數據分散采集并進行集中控制，系統具有實時參數監測趨勢和歷史趨勢查看功能，為機組的安全、穩定、可靠運行奠定了良好的基礎。

透平機；安全監控系統；系統監測；數據

1 前言

透平機組是發電單元能量轉換的中間環節，出現故障會直接導致鍋爐急停和發電機跳閘，進而危及設備和人身安全。老式熱工繼電保護式控制回路較繁雜，中間環節多，而且繼電器和數顯表體積大，功耗大，動作時有一定的延遲時間，經常出現誤動或誤報警現象，給透平機的安全運行帶來了很多安全隱患。為保證透平機組的正常運行，泰鋼熱電公司采用了TSI汽輪機安全監測系統，當機組發生異常時，保護系統將提示報警信號。當機組發生嚴重異常時，保護系統將自動使機組停止運轉，以免造成設備破壞性或災難性的嚴重毀壞。

2 泰鋼熱電TSI系統監測

泰鋼熱電公司在線生產的透平機組共7臺，其中蒸汽透平機組N27/3.43兩臺、C30-8.83/0.981-1一臺、燒結余熱發電BN12-1.8/0.45和煉鋼余熱發電S3-0.7各一臺、煤氣透平機組MPG13.2－290.5/180兩臺，均為單元制機組，其特點是機、爐、電在生產過程中組成一個有機的整體，總功率達到125 MW。

泰鋼熱電公司TSI系統主要采用兩種，一種是美國本特利公司的3500控制系統，第二種是國產江陰電子的3800控制系統。兩種控制系統替代了老式的熱工繼電保護式控制。主要檢測項目包括：軸振動監測，軸位移監測，轉速監測，大軸偏心監測，脹差監測，熱膨脹監測，主汽門行程監測。

2.1 軸振動監測

目前泰鋼熱電公司透平機采用的振動監測是由兩點來監測，即X軸和Y軸，X、Y兩個方向的振動合成可得到軸心軌跡。由于軸在垂直方向與水平方向并沒有必然的內在聯系，亦即在垂直方向（Y方向）的振動已經很大，而在水平方向（X方向）的振動卻可能是正常的，因此，在水平和垂直方向上各安裝一個探頭，能夠全方位的監測軸的振動。

軸振探頭實際是一種電渦流傳感器，它通過傳感器端部線圈與被測物體（導電體）間的間隙變化來測量物體的振動。在傳感器的端部有一線圈，線圈通以頻率（1～2 MHz）較高的交變電壓。當線圈平面靠近某一導體面時，由于線圈磁通鏈穿過導體使導體的表面層感應出渦流，而渦流所形成的磁通鏈又穿過原線圈，這樣原線圈與渦流線圈形成了有一定耦合的互感。耦合系數的大小與二者之間的距離及導體的材料有關，當材料給定時，耦合系數與距離有關。距離增加，耦合減弱，使等效電感增加。由于探頭輸出電壓是調幅信號，需檢波才能得到間隙隨時間變化的電壓波形，而且傳感器還需高頻振蕩源，因此渦流傳感器還需加測量線路（前置器），從前置器輸出電壓正比于間隙電壓，可分為兩部分：直流電壓對應于平均間隙（或初始間隙）；交流電壓對應于振動間隙。

2.2 轉速監測

轉速值顯示是透平機啟停機以及穩定運行的重要參數，并且振動值與機組轉速的相關性對最終分析機組性能十分重要。泰鋼熱電公司透平機采用的轉速傳感器是磁電式，原系統采用的是機械式轉速表，靠撞擊轉速表的凸球計數，受齒輪等機械影響誤差較大。

泰鋼熱電公司27 MW蒸汽透平鼓風機的超速保護是由相互獨立的三通道電子超速保護系統WOODWARD PROTECH 203提供的。它能直接切斷從汽輪機保護系統到緊急停機閥上的一對電磁閥的控制電流。PROTECH 203帶有3路獨立的轉速傳感器和顯示器，當任一路出現超速時都會觸發1個脫扣繼電器。PROTECH 203的脫扣繼電器是按3取2的表決原則來連接的。因此當其中一個信號出現故障時，PROTECH 203仍可提供正確和有保障的輸出，因此系統具有高精度和高可靠性。

轉速測量由裝于機頭內部正對60齒盤的渦流傳感器和前置器組成，而汽輪鼓風機組的齒輪盤為100齒（汽輪鼓風機組轉速4 600 r/min）。當機組旋轉時，齒盤的齒頂和齒底經過探頭，探頭將周期地改變輸出脈沖信號，模塊接收到此脈沖信號后進行計數、顯示以及控制。

2.3 脹差監測

透平機脹差是透平機轉子和缸體受熱膨脹時軸向伸長的長度差，主要反映透平機動靜間隙的變化情況。脹差大產生的主要原因有以下幾點：轉子和缸體材質不同，受熱后膨脹系數也不同；膨脹時受到的阻力不同；在機組運行時，受熱面積及感受到蒸汽的溫度不同。

2.4 軸向位移監測

透平機軸向位移是透平機轉子受熱膨脹時軸向伸長的長度，它主要反映透平機轉子膨脹量及推力瓦和推力盤間隙的變化情況。引起軸位移大的主要原因有：透平機進汽量和進汽壓力變化差值大；在機組運行時調門故障等；凝汽器真空度高；負荷變化大或快速甩負荷。

測量方式：與脹差基本相同，使用渦流傳感器+前置器+模件，定位方法根據不同廠家設備要求不同而略有不同，一般是在設備冷卻到一定溫度時，將轉子推向工作面，調整探頭間隙，測量間隙電壓，定零位后緊固探頭。

2.5 熱膨脹監測

透平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形，這種變形會使汽缸與基礎之間產生巨大的應力，由此帶來不對中現象。這種現象通常是因為滑銷系統卡澀所引起的。測量出汽缸膨脹和脹差，就可以確定轉子和汽缸的膨脹率。把傳感器的鐵芯與汽缸連接，當膨脹時鐵芯運動產生成比例的電信號，輸入測量板件進行線性處理，輸出一路4～20 mA信號送至透平機DEH系統，另一路信號送至DCS系統。

2.6 主汽門行程監測

通過主汽門位置反饋變送器實現主汽門行程檢測，此變送器與熱膨脹工作原理相同，利用電磁原理將變送器的鐵芯與主汽門連桿相連，主汽門動作帶動鐵芯動作，從而改變磁場強度，繼而測量主汽門變化的物理量。

3 結語

泰鋼熱電公司目前采用的TSI控制系統，無論在硬件配置和功能使用上都遠優于老式繼電保護控制，可以實現對轉速、偏心、軸振、軸位移、脹差、熱膨脹等參數進行數據分散采集并進行集中控制，這種控制系統將老式的數顯表和繼電器以及聲光報警等各功能融合為一體，節省了繼電器和信號接線，只輸出一組開關量給系統，以實現緊急停機控制。同時TSI系統有實時的參數監測趨勢和歷史趨勢查看功能，能夠幫助運行人員判別機組故障，使機組能在不正常工作引起的嚴重損害前急停汽輪發電機組，保護機組安全運行。減少了操作人員由誤判斷導致的誤操作，為機組的安全、穩定、可靠運行奠定了良好的基礎。

圖1 重新設計后的燒嘴外形

4）燒嘴前空煤氣支管對應相應的燒嘴，去掉多余的管道，換向閥與燃燒控制系統不做改動。

5）與改造前相比，均熱段和二加熱段空煤氣燒嘴由原來的32減少到20個，空氣燒嘴蓄熱室的容積減少到原來的60%，蓄熱體總重量為原來的70%；煤氣燒嘴蓄熱室的容積減少到原來的44%，蓄熱體總重量為原來的95%。

4 改造效果

1）改造后基本杜絕了燒嘴冒火的現象，提高了加熱爐的熱轉換效率，加熱能力顯著提升。同時延長了加熱爐使用壽命，該爐檢修周期相對改造前延長了2個月以上。

2）燒嘴前火焰形態得到改善，空煤氣混合均勻，火焰改變了之前紊亂灼亮的現象，而又不失剛度，爐內氣氛清晰，解決了火焰直接灼燒鋼坯表面的問題，坯料加熱更加均勻，坯料一次除鱗效果顯著提升。

3）燒嘴密閉變小，避免了管路密集排列布置，便于檢修維護。同時，減少了爐墻與燒嘴間的結合的薄弱部位，消除了此處煤氣泄露、冒火等問題。

TP277.2

B

1004-4620（2014）04-0075-02

2014-07-09

李傳軍，男，1964年生，1989年畢業于山東科技大學地下開采專業。現為泰鋼生產安全部副部長，工程師，從事安全管理工作。