大型汽輪機安全監視系統的發展及應用

尚蕾

(東方電氣自動控制工程有限公司，四川德陽，618000)

大型汽輪機安全監視系統的發展及應用

尚蕾

(東方電氣自動控制工程有限公司，四川德陽，618000)

文章簡述了汽輪機安全監視系統的發展、應用及重要性。以美國本特利公司的3 500系統和德國EPRO公司的MMS 6000系統兩種典型的汽輪機安全監視保護系統 （TSI）為例，對其性能特點進行分析比較，提出了各自的優點和不足，并提出了一種國產化TSI的解決方案和應用實例。

汽輪機，安全監視系統，發展，應用

0 引言

隨著機組容量不斷增大，汽輪機參數也越來越高，如果缺乏合理的運行維護，機組部件可能在接近設計極限值的工況下運行，而任何超過設計極限的運行都會造成機組部件的永久性損壞。同時，大功率機組為了提高運行的經濟效率，汽輪機級間間隙、軸封間隙設計較小，運行中如操作不當，很可能造成動靜部件之間的摩擦，從而引起主軸彎曲，振動過大，最嚴重的將導致超速飛車的特大事故。大功率機組一旦損壞，即使能修復，也將造成巨大的經濟損失。汽輪機安全監視保護系統 （TSI）監測汽輪機運行狀態參量，保護機組安全。隨著技術的不斷發展，TSI系統逐步演變成了集信號采集、顯示、記錄、分析、控制于一身的智能監控系統。

1 TSI的功能及發展

1.1 TSI的功能

TSI是一種能對機組運行狀態參數進行長期、有效、準確、連續監測的多路監測系統。它可用來連續顯示機組的啟停和運行狀態，為記錄儀表提供電流及電壓輸出信號，在被監測的參數超出預置的設定值時發出報警及停機信號。它也能提供故障診斷的各種測量數據。

在大型機組中，監測和保護系統是非常重要的。它不僅可以提高勞動生產率和電能質量，為大型機組的安全、經濟運行提供可靠保證，還能降低發電成本，改善勞動條件。TSI系統能連續監測汽輪機的各種重要參數，例如:轉速、偏心、軸振、蓋 （瓦）振、軸位移、脹差、熱膨脹等參數的監測，幫助運維人員判明機組故障，在這些故障引起嚴重損壞前能及時遮斷汽輪發電機組，保證機組安全。另外TSI監測信息提供了動平衡和在線診斷數據，運維人員可通過診斷數據的幫助，分析可能的機組故障，幫助提出機組維修預案，使機組維修更有計劃性，提高汽輪機組的可用率。

1.2 TSI的發展

目前，在國內汽輪機組上安裝的TSI系統分國產設備和進口設備兩大類。其中國內200 MW以上機組的TSI大多采用的是引進型產品。主要包括美國本特利 （BN）公司7200、3300、3500系列；德國飛利浦 （EPRO）公司RMS 700、MMS 6000系列等；瑞士、德國、日本等公司的產品也有不少應用。

其中，本特利公司的BN 3300系統是數字式儀表，其性能屬20世紀90年代初世界先進水平，能與DCS通訊，可與故障診斷系統接口，但存在傳感器在寬范圍測量時不能保證精度 （分段靈敏度）、監測板不能帶電插拔等問題。飛利浦公司的RMS 700系統為模擬監測儀表，隨著電站自動化水平的日益提高，存在著無通訊接口、只能通過4～20 mA與其他系統交換數據、低轉速測量不準、測量值顯示不直觀等問題。因此，目前國內電廠主要運行系統為本特利公司BN 3500，EPRO公司MMS 6000系統。

國產設備僅在一些小容量機組上應用，主要有兩種類型:一種是類似BN 7200或飛利浦RMS 700的模擬分立式或組合式單元儀表；另一類是由科研院所開發的數據采集器加通用計算機的后臺式檢測分析系統，此類系統一般并接在進口TSI系統的信號緩沖輸出上，作為進口TSI系統的補充部分，僅具有數據采集、波形分析、計算分析等后臺功能，不具有TSI必須的標準輸出和監視保護功能。

1.3 進口TSI產品簡介

以本特利BN 3500系統和EPRO公司的MMS 6000系統的性能特點作介紹和比較。

1.3.1 本特利BN 3500系統

BN 3500系統是在BN 3300系統的基礎上發展起來的一套智能化的汽輪發電機組在線監測系統。它由系統框架、監測器模塊、數據通信網關等組成。能實現監測并顯示，同時可以存儲和管理數據。當監測參數超限時，實現報警。該系統主要特點如下:

（1）安裝維護費用降低

·降低了電纜連接的費用；

·與多數BN公司的產品兼容；

·改善了空間利用率；

·先進的組態設計。通過軟件組態可以方便地對監測器進行選項，包括量程范圍、傳感器輸入、記錄儀輸出、報警延時、報警點設置、報警邏輯表決和繼電器組態的設置或修改；

·減少了備件的種類。如: 3500/42位移、速度、加速度監測器可以完成幾種不同的功能，只需通過系統組態，即可成為軸振、軸向位移、偏心等監測器。

（2）改進了電廠控制計算機系統的整體性

·支持多個協議。一個獨立的3500框架，可同時為不同的系統提供數據，如:同時給DCS系統和DEH系統提供數據，并且支持使用不同的通訊協議；

·同步過程和振動數據。振動和過程數據同步顯示運行時間，可把過程參數變化和機械振動變化進行相關處理，以便數據保存。

（3）增強了運行信息

·豐富了操作人員獲取到的振動相關信息。操作人員可以獲得的振動信息，包括:1）通頻振幅 （4～20 mA信號）；2）探頭間隙電壓；3）1倍頻振幅和相位；4）2倍頻振幅和相位；5）非1倍頻振幅。上述信息可以通過BN 3500系統的通訊通路獲得，且可多點顯示在計算機屏幕上，便于早期確認機組存在的問題，及時采取相應對策；

·以選項方式提供操作者顯示軟件，它可給運行人員提供需要的所有信息。

（4）可進行遠距離的數據通信

·支持Windows。BN 3500系統運行人員顯示軟件可以在任何版本的Windows環境下運行，電廠中的任何Windows終端都可以觀察到數據。

·支持TCP/IP。提供以太網TCP/IP（傳輸控制協議和Internet協議）接口，能夠直接給控制系統、編程控制器或人機界面提供數據。

1.3.2 EPRO公司MMS 6000系統

MMS 6000系統是在飛利浦RMS 700系統的基礎上發展起來的一套計算機化的汽輪發電機組的在線監測系統，是EPRO公司最先進的數字化智能型TSI。該系統主要特點如下:

（1）采用冗余的工作電源配置，每個通道模塊都有兩個電源輸入，使系統更加安全可靠。

（2）系統將用于故障診斷的數據采集電路集成到每塊監視器模塊中，省去了增加故障診斷功能時另配采集系統的開支，也使系統更加緊湊。

（3）新系統利用微處理器處理速度快、存儲能力強的特點，每塊監視器模塊中都存儲了最后一次完整的啟停機數據、模塊改變設定的次數、連續工作時間、模塊自檢狀況等，為操作人員了解機組運行工況，分析事故原因提供可靠依據。

（4）MMS 6000軟件可對一次測量元件進行線性補償 （對低壓脹差尤為重要）。

（5）模塊在硬、軟件設計上考慮到兼容特殊測量要求，適用各種類型汽機測量環、臺、斜面。1.3.3 BN 3500系統和MMS 6000系統比較

BN 3500系統和MMS 6000系統都各有其優點，二者主要技術參數比較見表1。

1.3.4 國外TSI的優缺點

通過上述分析和比較，以及結合現場各系統的實際應用情況，可以得出以下結果:

1.3.4.1 國外TSI的優點

（1）普遍采用標準化的模塊結構。

（2）各模塊均內置一片微控制器（MCU），實現模塊的自診斷、數據采集、數據通信、檢測報警等功能。

（3）通過上位機軟件組態代替通過跳線和電位器設置模塊參數的傳統方式，使組態更加便捷。

（4）通過RS 232/RS 485總線與上位機進行數據通信，初步具備網絡化檢測系統功能。

（5）電源模塊采用雙重冗余結構，提高系統可靠性。

（6）硬件電路設計認真，保護措施較全面，加工工藝優良。

（7）傳感器可靠性高，穩定性和一致性好。

1.3.4.2 國外TSI的不足

（1）組態軟件及上位機運行軟件多為英文界面，操作方法復雜。

（2）TSI采集的有些數據模式不對外開放，其他診斷分析軟件利用困難。

（3）進口TSI價格高，對企業或最終用戶運行維護成本高。

2 國產化TSI的開發和應用

2.1 國產化TSI的研制

國產化TSI起步較早，比如北京英華達的EN 9000，江陰三儀的QBJ汽輪機保護系統等，現以DF 2000系統做簡單介紹，DF 2000系統是四川東方電氣自動控制工程有限公司與成都東能自控技術工程有限公司聯合，于1995年開始研制的具有自主知識產權的旋轉機械監測保護系統。

DF 2000可編程旋轉機械監測保護系統，應用最新的數字信號處理技術，是一個全功能監測系統。該系統主要有以下特點:

（1）該系統所有功能參數都可以通過DF 2000組態軟件來編程組態，安裝、調試操作符合我國技術人員使用習慣，具有使用方便和維護簡單的特點。

（2）基于DSP的高性能數字處理技術，使傳感器與儀表測量電路的線性、頻響、溫漂和抗擾能力得到最大限度的改善，加上所有參數都是數字設定，使得系統測量精度更高，保護動作更為精確可靠。

（3）多個框架可以通過總線互連成一個系統，RS 485接口支持Modbus協議，從而實現了DF 2000系統與DCS、PLC或其他控制系統的無縫連接。

（4）高通用性的硬件設計和豐富編程功能，使得每種監測器可以適合多種應用需要，用戶備件庫存可大大減少。

（5）數據采集、記錄、分析功能，讓運維人員能獲取更多的過程信息，有更多的信息處理工具，從而能更準確地掌握設備運行狀況，為設備安全高效運行提供可靠保障。

2.2 DF 2000 TSI的應用

DF 2000系統自1998年推出并投入現場運行以來，目前已經成功應用于遼寧清河電廠、新疆天龍電廠等近40個電廠，該系統在各電廠中運行穩定，深得用戶好評。DF 2000系統外形圖如圖1所示。

3 結語

DF 2000系統自投運以來，經與本特利專用便攜式振動儀測試數據的多次對比，測試數據吻合；十幾年來在全國各電廠的穩定運行表明，DF 2000系統與美國BN公司3500系統、德國EPRO公司MMS 6000系統性能基本相當，滿足API 670標準的要求，是目前國內性價比較高的旋轉機械監測保護系統，由于國內外制造工藝和材料上的差距，國產化系統與國外公司TSI產品在穩定性和一致性等方面存在一定的差距，這也是我國制造業普遍存在的問題之一。DF 2000系統可滿足我國大型汽輪機組對先進TSI系統的要求。

[1]Bently Nevada,LLC.Bently 3500 M onitoring System-Rack Hardware Installation,Operations,and Maintenance Manual. 2002

[2]epro ELEKTRON IK&SYSTEMTECHN IK GmbH.epro MMS 6000 M anual.2004

[3]北京松源艾普科技有限公司.epro旋轉機械檢測保護系統. 2002

Development and Application of Turbine Supervisory Instrument System

Shang Lei
（Dongfang Electric Auto Control Engineering Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

This paper offers a brief introduction of the development,application and importance of turbine supervisory instrument system（TSI）.basing on two specific TSI:Bentley 3500 system（USA）and EPRO MMS 6000 system（Germany）,the performance of MMS 6000 and 3500 system are analyzed by comparing their advantages and disadvantages in detail.An application solution to TSI localization is presented in final.

turbine,turbine supervisory instrument system（TSI）,development,application

TK39

：A

：1674-9987（2014）01-0070-05

尚蕾 （1963-），女，高級工程師，主要從事汽輪機安全監視系統設計、調試工作。